遥感蚀变信息提取步骤

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MPH技术
• MPH技术(Mask PCA and HSI)是排除临边效应影响 和提取矿化弱信息的一种数字图像处理技术。该 技术有机地组合了三种传统的数字图像处理方法 ：掩膜技术（MASK）、主成分变换（PCA）以及弱 信息色度与饱Leabharlann Baidu度调整（HSI）。
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3 基于ETM+数据的蚀变信息提取
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ETM+遥感数据基本参数及各波段主要应用领域
波段序号 波段 波长范围/µm 地面分 辨率/m 主要应用领域
1
蓝色
0.45~0.52
30
对水体有透射能力，能够反映潜水水下特征，可区分土 壤和植被、编制森林类型图、区分人造地物类型。 探测健康植被绿色反射率、可取分植被类型和评估作物 长势，区分人造地物类型，对水体有一定透射能力。 在叶绿素吸收带内，识别土壤边界和地质界线。 测定生物量和作物长势，区分不同类型的岩石，区分云、 地面冰和雪。 水的吸收率很高，区分植被类型，绘制水体边界、探测 水中生物的含量和土壤湿度 探测地球表面不同物质的自身热辐射的主要波段，可用 于地热制图，热惯量制图。 用于地质制图，特别是热液蚀变岩制图 用于数据融合提高其他各波段空间分辨率
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• 常见矿物：①含铁矿物，铁矿物以次生氧化物为主，部 分作为热液蚀变带的原生矿物，如常见的褐铁矿、针铁 矿、赤铁矿、黄钾铁矾等含大量Fe3+，也有少量Fe2+的 铁氧化矿物，它们在ETM+1和ETM+4波段有强吸收带； • ②含羟基基团和含水的矿物，如高岭石、绿泥石、绿帘 石、蒙脱石、明矾石及云母类等次生蚀变矿物，在 2.2—2.3μm（相当于ETM+7波段）附近有较强的吸收谱 带，使得这类含羟基和水的矿物及其所组成的岩石（蚀 变岩）在ETM+7波段产生低值，而在ETM+5波段有相对的 高值； • ③含碳酸根（CO32-）的矿物，如方解石、白云石、菱 铁矿、石膏等，在1.8—2.5μm和2.55μm附近为较强吸 收谱带。
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混合像元分解法
• 一个像素只包含了一种地物的信息，这种像素叫做 纯像素（pure pixel）。然而在遥感图像中，通常 一个像素包含了多种地物的信息，这种像素称为混 合像元（mixed pixel）。根据每个像素中某种地物 所占百分比对像素进行分解，这一过程叫混合像元 的分解（Mixed Pixel Decomposition）。 • 混合像元的分解的模型包括：线性模型，概率模型 ，几何光学模型，随即几何模型，模糊模型等。将 混合像元分解模型用于蚀变信息提取的目的是通过 计算每个像元中各典型地物(如植被)的丰度，除去 植被等干扰信息，为后续提取矿化蚀变信息提供可 靠的基础数据。
• 1.各波段的标准差要尽可能的大。 • 2.各波段的相关系数要尽可能的小。 • 3.各波段的均值大小不能相差太悬殊。 • 综合文献中的组合方式常选取ETM+741最为最佳波段 组合，该组合可以反映较多的地物信息。
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研究区遥感蚀变异常信息提取方法研究 • • • • • • 比值变换法 主成分分析法 光谱角填图法 对应分析法 混合像元分解法 MPH技术
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3 ETM+影像波谱特征
• ETM + 是NASA (美国国家航空和宇宙航行局)于 1999年4 月15 日成功发射的美国陆地卫星 LandSat 7 携带的对地观测传感器，是一台8波段 的多光谱扫描辐射计，工作于可见光、近红外、 短波红外和热红外波段。 • LandSat 7 平台轨道是近极地圆形太阳同步轨道 ，轨道高度705 km， 倾角98.22°，穿越赤道时 间为上午10 点，扫描带宽185 km，地面重复访 问周期为16天。
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• 遥感探测的是地表物质的光谱信息，因此只要有 一定面积的蚀变岩石出露，即便是矿体隐伏，只 要有蚀变岩出露，遥感卫星都可以探测出来，在 遥感图像上有一定的反应。这也是应用遥感技术 提取蚀变信息进而指导矿床预测的地质依据。
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2 蚀变异常信息提取的波谱依据
• 作为指示矿床和矿带存在的蚀变岩及蚀变带，具 有其独特的光谱特征。地物光谱特征的差异，是 遥感技术识别各类地物的主要依据。
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主 要 粘 土 矿 物 波 谱 曲 线 图
粘土矿物主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物 ，包括高岭石族矿物、蒙托石、蛭石、伊利石、海绿石、绿 泥石等。羟基是粘土矿物的重要组分，其光谱特征受羟基离 子的影响显著。一些主要的粘土矿物波谱特征如上图。
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主 要 含 铁 矿 物 波 谱 曲 线 图
• 在本次基于ETM+数据的蚀变信息提取的研究,我主 要采取主成分分析的方法，辅助波段比值，掩膜， 阈值分割，中值滤波等手段对研究区的矿化蚀变信 息进行了提取。
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3.1 ETM数据检查
• 通过乘法形成边框二值图像：ETMl×ETM5(0，1， 0，255)。括弧中四个参数的意义是，从运算后的 Min=0，Max≥l；拉伸为边框二值图像的Min=0， Max=255。 • 目的：去除 ETM各波段东西两头数据不齐的像素 （ETMl起始列数最左,ETM5终止列数最右 ）使之 不参与PCA处理。
铁元素在地球上广泛存在，在矿物的组成成分中，铁 是一种非常重要的元素，铁染信息具有重要的意义。 常见铁的氧化物和氢氧化物如赤铁矿、针铁矿、褐铁 矿，它们的光谱特征如下图。
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主 要 碳 酸 盐 矿 物 波 谱 曲 线 图
碳酸盐矿物光谱特征，吸收带最强的在2.35µm 处。
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铁蚀变和羟基蚀变的波谱依据
1.2 子区切取
根据研究需要，对经过大气校正和几何校正等预处理 之后的图像切割以选择研究区。
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• 1.3 遥感图像的波段选择
• 常常利用彩色合成的方法对多光谱图像进行处理，以 得到彩色图像。由于不同波段反映的地质现象不同， 选择最佳波段组合进行彩色合成显得尤为重要。
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• 选择 ETM+合成图像组合波段的一般原则是：
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对应分析法
• 对应分析(Correspondence Analysis)(R-Q型因子分析法) 是在R型和Q型因子的基础上发展起来的，又称R-Q型因子 分析，是由法国巴黎科学院统计研究室Benzeci教授于 1970年首次提出的。 • 对应分析提供以下信息： • （1）变量（波段）间的关系：在主成分空间，邻近的一 些变量（波段）点，表示这些变量（波段）紧密相关。 • （2）样品间的关系：在主成分空间，邻近的样品具有相 似的光谱特征，属于同一种地物类型。 • （3）变量（波段）与样品间的关系：同一类型的样品点 将为邻近的变量（波段）点所表征。
2 3 4
绿色 红色 近红外
0.52~0.6 0.63~0.69 0.76~0.9
30 30 30
5
短波红外
1.55~1.75
30
6 7 PAN
热红外 短波红外 全色波段
10.4~12.5 2.08~2.35 0.50~0.9
60 30 15
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• ETM+1：位于铁离子由晶体场和电荷转移所产生的吸收波段，因 而，可用于增强铁离子信息。 • ETM+3：位于含铁离子矿物的高反射波段，因而，被广泛应用于 增强铁染信息。 • ETM+4：拉大了植被与含铁离子矿物信息之间的区别。同时该波 段处于水体的强吸收区，对区分土壤湿度及寻找地下水、识别与 水有关的地质构造、地貌、土壤岩石类型等均有利。 • ETM+5：蚀变矿物在该波段具有高反射的特点，因此该波段对于 蚀变矿物的判定具有重要意义。 • ETM+7：包含了粘土化蚀变矿物吸收谷（2.2μm 附近）及碳酸盐 化蚀变矿物吸收谷（2.35μm），对岩石、特定矿物反映敏感， 有利于区分主要岩石类型、岩石的水热蚀变、探测与交代岩石有 关的粘土矿物等。
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三、蚀变信息提取的一般流程 蚀变信息提取的一般流程
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遥感蚀变信息提取的理论基础
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1、蚀变异常指示找矿的地质依据
• 近矿围岩蚀变是矿化的一个主要特征，是找矿的一个 直接标志 。近矿围岩蚀变主要是不同类型的热液与周 围岩石相互作用的产物，是成矿物质逐步富集成矿过 程中留下的印迹。热液流体在运移过程中由于温度等 物理、化学条件以及围岩组分差异，形成不同的蚀变 矿物，按照围岩组分可以分为三类：中酸性岩的蚀变( 云英岩化、绢云母化、钠长石化、钾长石化)、基性超 基性岩的蚀变(蛇纹石化、绿泥石化、青盘岩化、碳酸 盐化)、石灰岩及其他碳酸盐类的蚀变(矽卡岩化、硅 化、重晶石化、白云岩化)。
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主成分分析法 • 主成分分析法（PCA—principal components analysis ）（又称K-L变换）是现在广泛采用的提取岩石蚀变信 息的方法。这种方法是对图像数据的集中和压缩，对于 ETM+图像，通常PC1、PC2、PC3就包含了95％以上的信 息，而后面的主成分几乎多数是噪音。 • 由于所获各主分量之间不相关，故各主分量之间信息没 有重复或冗余。蚀变异常信息的提取正是利用了主成分 分析的这一基本性质。ETM+多波段数据通过PCA所获每 一主分量常常代表一定的地质意义，且互不重复，即各 主分量的地质意义有其独特性。
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国内
• 1997年，马建文提出了TM 掩模+主成分变换+分类识别 提取矿化弱信息方法； • 1999年，张远飞等利用“多元数据分析+比值+主成份 变换+掩膜+分类(分割)”的方法在新疆、内蒙古及江 西、云南成功的提取了金矿化蚀变信息 ； • 2005年，毛晓长、刘文灿等利用ETM + 和ASTER数据在 安徽铜陵凤凰山矿田进行了蚀变信息提取 ； • 2007年，张玉君等提出 “去干扰异常主分量门限化技 术”。 • 2010年，荆林海等提出“多元数据分析+比值+K-T变换 +分类(分割)”的提取矿化弱信息方法。
二、遥感蚀变信息提取的国内外研究 现状
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国外
• 1989 年，Crosta 利用Landsat TM 图像数据成功地 圈定了巴西Minais Gerais 半干旱地区铁染和泥化 现象； • 1998 年，Rutz’ Armenta ，J . R. 和Prol. Ledesma， R. M. 研究了提高TM 图像的热液蚀变 矿物的光谱响应的方法； • 2003年，Crosta利用具有更高分辨率的ASTER数据 对阿根廷巴塔哥尼亚地区的热液型金矿床蚀变进 行了研究等。
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光谱角填图法
• 光谱角度填图法(SAM－Spectral Angle Mapper) 将光谱数据视为多维空间的矢量，利用解析方法计 算像元光谱与光谱数据库光谱或像元训练光谱之间 矢量的夹角，根据夹角的大小来确定光谱间的相似 程度，以达到识别地物的目的。 • 该方法基于整个谱形特征的相似概率的大小，能有 效避免因岩石矿物光谱漂移或光谱变异而造成的单 个光谱特征的不匹配，并能充分综合利用弱的波谱 信息。
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比值变换法
• 波段比值法（Band Ratio）是根据代数运算的原理 ，当波段间差值相近但斜率不同时，利用反射波段 与吸收波段的比值处理增强各种岩性之间的波谱差 异，抑制地形的影响，并显示出动态的范围。因而 ，以矿物的特征光谱为基础，选用适当的波段比值 进行彩色合成，可增强弱信息。 • 识别热液蚀变常用的波段比值有：ETM+3/ 1，用于 识别褐铁矿；ETM+5/ 7，识别含羟基矿物，水合硫 酸盐和碳酸盐；ETM+7/ 4，区分云母、石膏与明矾 石；ETM+3/ 4，识别植被和区分褐铁矿化岩石。
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ASTER数据波段特征及其与ETM+数据的对比
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四、遥感蚀变信息提取与分级
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1 遥感图像处理 1.1 遥感数据的选择
根据需要选择合适的遥感影像（选择时主要考虑成像 时间和云量多少）。本次研究所采用LandSat ETM +遥 感数据景号为123/030，数据时间为2001年7月6日。
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3.2掩膜生成
1、阴影区 采用(ETM7/ETMl)<N的象素划入干扰窗，N值一般 在0.8左右。 植被掩膜 2、植被掩膜 植被的去除采用了传统的比值植被指数（RVI） 的方法（DNNIR/DNR），即ETM+4/ETM+3，此处取 灰度值大于等于1的为植被覆盖区