一種基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法
2023-11-30 20:43:36 1
一種基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法
【專利摘要】本發明屬於一種赤鐵礦化識別方法，具體公開一種基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法，該方法包括如下步驟：步驟(1)獲取高光譜影像數據和預處理；步驟(2)高光譜影像數據特徵波段選擇；步驟(3)高光譜數據特徵波段圖像端元提取；步驟(4)建立光譜特徵識別規則區分識別赤鐵礦化和褐鐵礦化端元；步驟(5)利用混合協調匹配濾波對赤鐵礦化和褐鐵礦化端元進行填圖。本發明的方法能夠識別赤鐵礦化和褐鐵礦化，識別的精度高，礦物的檢出限低。
【專利說明】一種基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於一種赤鐵礦化識別方法，具體涉及一種基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法。
【背景技術】
[0002]赤鐵礦化又稱為紅色蝕變，是尋找中、低溫熱液鈾礦床的特殊標誌之一，在其他中、低溫銅、金礦床中也常有發現，是重要的成礦要素。因此，如何準確識別和提取與成礦密切相關的赤鐵礦化分布，對圈定成礦靶區具有重要的現實意義。當前，在遙感蝕變信息提取領域，對鐵染信息的提取已開展多年，發展已較為成熟，但鮮有見到進一步對鐵染信息進行區分進而識別出赤鐵礦化的案例。由於提取鐵染信息中同時包含的褐鐵礦化，多為其他礦物風化形成，實際找礦意義並不大，影響了遙感信息的實用價值。因此，遙感圖像上提取出的鐵染信息中究竟有多少是真正與成礦作用密切相關的，成為遙感地質工作者需要進一步探究的問題。
[0003]目前對鐵染信息的提取多採用多光譜TM、中光譜解析度Aster數據等，方法歸納主要有以下幾種:(1)波段運算法，如波段比值；(2)統計分析法，如主成分分析法、獨立成分分析法等；(3)綜合法，如將波段比值和主成分分析法相結合。波段運算法通過波段加減組合、比值運算能夠增強不同地物之間的差異，但是由於鐵化信息的光譜特徵較寬緩，特徵波長位置較不明確，難以構建準確的運算法則；統計分析法通過數學變換將圖像數據進行集中和壓縮，將信息集中到少數幾個互不相關的新變量中，但是這些新變量不像原始變量含義那麼清楚、確切，帶有一定的模糊性；綜合法儘管將兩者進行結合，但是算法中的不確定性仍然存在，並且在運算過程中容易引入其他噪聲。總之，這些方法的共同缺陷是:物理意義不明確，且容易引入噪聲，最根本的缺陷是難以準確區分識別赤鐵礦化和褐鐵礦化，因此，有必要開發赤鐵礦化識別的新方法。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在於提供一種基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法，該方法能夠識別赤鐵礦化和褐鐵礦化，識別的精度高，礦物的檢出限低。
[0005]實現本發明目的的技術方案:一種基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法，該方法包括如下步驟:
[0006]步驟(I)獲取高光譜影像數據和預處理；
[0007]步驟(2)高光譜影像數據特徵波段選擇；
[0008]步驟(3)高光譜數據特徵波段圖像端元提取；
[0009]步驟(4)建立光譜特徵識別規則區分識別赤鐵礦化和褐鐵礦化端元；
[0010]步驟(5)利用混合協調匹配濾波對赤鐵礦化和褐鐵礦化端元進行填圖。
[0011]所述的步驟(I)中對高光譜影像數據進行預處理包括輻射校正、幾何校正、影像裁剪、圖像掩膜，並對高光譜影像數據進行大氣校正和光譜重建，得到高光譜數據的反射率光譜數據。
[0012]所述的步驟(2)中採用光譜重採樣方法對高光譜數據進行特徵波段選擇，截取可見光-近紅外光譜區間波段作為特徵波段。
[0013]所述的步驟(3)中對上述步驟(2)中得到的高光譜數據特徵波段進行最小噪聲分離變換、多維空間旋轉、聚類，初步圈定高光譜數據特徵波段圖像中的端元。
[0014]所述的步驟(4)中根據赤鐵礦化和褐鐵礦化的高光譜數據特徵波段區間上的光譜特徵差異，建立兩者的區分規則，依據規則區分識別赤鐵礦化和褐鐵礦化端元。
[0015]所述的步驟(5)中對述步驟(4)中對識別出的赤鐵礦化和褐鐵礦化端元進行混合協調匹配濾波處理，分別得到赤鐵礦化和褐鐵礦化的匹配結果灰度圖和不可行性灰度圖，實現圖像識別填圖。
[0016]本發明的有益技術效果在於。(I)本發明充分利用高光譜圖像圖譜合一的特點，從光譜角度建立赤鐵礦化和褐鐵礦化的光譜特徵區分規則，與傳統方法相比，通過高光譜遙感填圖技術，把遙感信息提取領域引入鐵化信息的識別分類中，提高了識別的精度。(2)針對高光譜數據波段較多、信息量巨大的特點，針對識別和提取的鐵化信息光譜特徵波段區間，對預處理和光譜重建好的高光譜數據進行特徵波段選擇，達到降維、優化信息量的目的。(3)通過最小噪聲分離變換實現信噪分離；通過觀察特徵值和相關圖像，確定數據的內在維數，有利於進一步在多維空間中進行聚類和圈定各類端元。(4)採用線性混合分解與匹配濾波相結合的方法進行混合調製匹配濾波，綜合了匹配濾波不需要其他背景端元光譜的優點和線性混合分解的像元中各端元的含量為正且總和為I的約束條件，因而降低礦物的檢出限。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明所提供的一種的基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法的流程圖。【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。
[0019]如圖1所示，一種基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法，該方法包括如下步驟:
[0020]步驟(I)獲取高光譜影像數據和預處理
[0021]利用機載或星載成像光譜儀獲取高光譜影像數據，成像光譜儀的光譜範圍至少覆蓋可見光-近紅外波段，如機載Cas1、Hymap、星載Hyperion等傳感器,航空飛行或衛星過境時間選擇正午或接近正午，天氣晴朗無雲。
[0022]利用ENVI軟體對高光譜影像數據進行預處理，預處理包括輻射校正、幾何校正、影像裁剪、圖像掩膜等，並對高光譜影像數據進行大氣校正和光譜重建，得到高光譜數據的反射率光譜數據。
[0023]步驟(2)高光譜影像數據特徵波段選擇
[0024]採用光譜重採樣方法對高光譜數據進行特徵波段選擇，截取可見光-近紅外光譜區間400-1000nm之間的波段作為特徵波段。
[0025]步驟(3)高光譜數據特徵波段圖像端元提取
[0026]對上述步驟(2)中得到的高光譜數據特徵波段進行最小噪聲分離變換，得到最小噪聲分離變換後的各分量；通過觀察各分量特徵值和相關圖像，確定數據的內在維數；將像元投影到在多維空間中旋轉、聚類，交互式選擇分布於數據云主體的外圍或末端的集群，初步圈定高光譜數據特徵波段圖像中的端元。
[0027]步驟(4)建立光譜特徵識別規則區分識別赤鐵礦化和褐鐵礦化端元
[0028]根據赤鐵礦化和褐鐵礦化的高光譜數據特徵波段區間上的光譜特徵差異，建立兩者的區分規則，依據規則區分識別赤鐵礦化和褐鐵礦化端元。判別規則依據端元光譜的特徵波峰、谷的反射率值和波長位置。
[0029]獲取端元光譜曲線750nm附近處的反射率最大值Rl, IOOOnm附近處的反射率最大值R2 ;獲取750-1000nm間反射率最小值R3，設R3的波長位置為λ 3，規則如下:
[0030]①若R3 < Rl < R2，且λ 3 e (800, 900)，判斷為赤鐵礦化，λ波長單位為納米；
[0031]②若R3 < R2 < R1，且λ 3 e (900, 1000)，判斷為褐鐵礦化，λ波長單位為納米。
[0032]步驟(5)利用混合協調匹配濾波對赤鐵礦化和褐鐵礦化端元進行填圖
[0033]對述步驟(4)中對識別出的赤鐵礦化和褐鐵礦化端元進行混合協調匹配濾波處理，分別得到赤鐵礦化和褐鐵礦化的匹配結果灰度圖和不可行性灰度圖。由於和端元最匹配的像元有一個大於背景分布值的較高的匹配濾波值和一個較低的不可行性值，通過建立匹配結果灰度和不可行性灰度的二維散點圖，圈出圖像上赤鐵礦化和褐鐵礦化最匹配的像元，實現赤鐵礦化和褐鐵礦化端元圖像識別填圖。
[0034]混合調製匹配濾波採用線性混合分解與匹配濾波相結合的方法。
[0035]上面結合附圖和實施例對本發明作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。本發明中未作詳細描述的內容均可以採用現有技術。
【權利要求】
1.一種基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法，其特徵在於，該方法包括如下步驟: 步驟(I)獲取高光譜影像數據和預處理； 步驟(2)高光譜影像數據特徵波段選擇； 步驟(3)高光譜數據特徵波段圖像端元提取； 步驟(4)建立光譜特徵識別規則區分識別赤鐵礦化和褐鐵礦化端元； 步驟(5)利用混合協調匹配濾波對赤鐵礦化和褐鐵礦化端元進行填圖。
2.根據權利要求1所述的一種，其特徵在於基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法:所述的步驟(I)中對高光譜影像數據進行預處理包括輻射校正、幾何校正、影像裁剪、圖像掩膜，並對高光譜影像數據進行大氣校正和光譜重建，得到高光譜數據的反射率光譜數據。
3.根據權利要求2所述的一種，其特徵在於基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法:所述的步驟(2)中採用光譜重採樣方法對高光譜數據進行特徵波段選擇，截取可見光-近紅外光譜區間波段作為特徵波段。
4.根據權利要求3所述的一種，其特徵在於基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法:所述的步驟(3)中對上述步驟(2)中得到的高光譜數據特徵波段進行最小噪聲分離變換、多維空間旋轉、聚類，初步圈定高光譜數據特徵波段圖像中的端元。
5.根據權利要求4所述的一種，其特徵在於基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法:所述的步驟(4)中根據赤鐵礦化和褐鐵礦化的高光譜數據特徵波段區間上的光譜特徵差異，建立兩者的區分規則，依據規則區分識別赤鐵礦化和褐鐵礦化端元。
6.根據權利要求5所述的一種，其特徵在於基於高光譜數據識別赤鐵礦化的方法:所述的步驟(5)中對述步驟(4)中對識別出的赤鐵礦化和褐鐵礦化端元進行混合協調匹配濾波處理，分別得到赤鐵礦化和褐鐵礦化的匹配結果灰度圖和不可行性灰度圖，實現圖像識別填圖。
【文檔編號】G06K9/62GK103984940SQ201410242036
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2014年6月3日
【發明者】張川, 葉發旺, 劉洪成 申請人:核工業北京地質研究院