ETM_TM_蚀变遥感异常提取方法研究与应用_方法选择和技术流程_张玉君

ETM +(TM )蚀变遥感异常提取方法研究与应用

———方法选择和技术流程

张玉君,曾朝铭,陈　薇

(中国国土资源航空物探遥感中心,北京100083)

摘要:从原理、模型试验及实际数据处理等方面分析对比了比值法、光谱角法及主分量分析法的优劣;选择了以主

分量分析为主、光谱角法为辅进行蚀变遥感异常的提取;引用了误差理论某些基本概念,以标准离差σ作为遥感异

常切割的尺度;建立了“去干扰异常主分量门限化技术流程”。以西藏驱龙—甲马蚀变遥感异常群为例,展示了此

技术的效果,并与高光谱研究结果进行了比较。

关键词:主分量分析;光谱角法;比值法;异常切割量化尺度;门限化

中图分类号:T P 753　文献标识码:A 文章编号:1001-070X (2003)02-0044-06

0　引言

提取蚀变遥感异常信息的方法有多种,常用或

较常用的有比值法、主分量分析法、光谱角法以及它

们的混合法[1～7]。近期新出现但较少被使用的有小

波分析、神经网络、分数维几何(分形或分几)等方

法。为了选择最佳方法,我们以东天山139/31景、

东昆仑135/35景和冈底斯137/39景ETM +或TM

数据为例,对常用的3种方法异常信息提取效果进

行了对比试验,其结果表明,3种方法所获互洽性异

常虽有,但占比例不大。因为除139/31景外,其余

两景中已知矿床、矿点分布较少,缺少评判3种方法

优劣的足够已知条件,故而萌生进行模型试验的想

法,即通过简单的模型试验来直观地展示3种方法

(比值法、主分量分析法及光谱角法)的特点,对比其

优劣,并以此为基础确定技术流程的主体。1　模型试验1.1　模型一1.1.1　模型设计取一组二维数据点,它们在平面上呈椭圆形分布,而各点的数值按级差递增,且与坐标相关。第一维数值从左向右递增(插页彩片6上左),第二维数

值从下向上递增(插页彩片6上中)。此设计是为了

保证试验结果的直观性。这一模型的原始数据(插页彩片6上右)可比拟为一个2波段的TM 图像,如TM5和TM 7。待提取异常应具备的条件是TM5为高亮度值,TM7为低亮度值。1.1.2　方法试验结果对模型一分别进行主分量分析、比值法处理及光谱角填图等方法试验,对所获第二主分量进行高端切割,3种方法所获异常如插页彩片6左下图所示,其中,光谱角法异常提取以第二主分量异常区高位中心点的数值作为参考谱;比值法则为第一维/第二维,并对其进行异常切割。从插页彩片6可以直观地看出:①主分量分析所获异常位于第一维的高值区;②光谱角法所获异常区各点有相似的特征向量角,异常区内既包括高值点(与主分量异常互洽)也包括低值点;③比值法比较的是比值的大小,故该方法所获异常与原始值

的高低无直接关系,和主分量及光谱角法结果的互

洽区不大。这就不难理解3种方法所获异常不可能

全部互洽的原因。如果提取遥感异常的原则是以大

型、特大型矿(应有高异常)为主要目标,那么,提取

遥感异常的首选方法应是主分量分析法。

如果在比值计算之前进行数据截取,可以减少

低值区异常(插页彩片6的下右),但若先比值后截

取,则效果较差(插页彩片6的下中)。当然,对光谱收稿日期:2002-04-28;修订日期:2003-04-02基金项目:中国地质调查局“西部主要成矿带遥感找矿异常提取及应用研究”项目(200215000008)资助。

第2期,总第56期

国　土　资　源　遥　感No .2,2003　2003年6月15日REMOTE SENSI NG FOR LAND &RESOU RCES Jun .,2003　

角法也可以通过数据掩模处理来减少低值区异常,

且无论掩模在光谱角处理之前或之后做,其结果相

同(插页彩片6的下中和下右)。

1.2　模型二

1.2.1　模型设计

取模型二图像(540×360×4),分割为180×180

×4六个子图,每一子图对角线皆为255个像素。对

每一子图的4个图层分别送入某种岩性的TM1、

TM4、TM5、TM7波段亮度值,且令其按对角线方向

从0渐变至相应波段的TM 亮度值。为达此目的,

首先取一辅助图像(180×180×1),用试验图像工具

(Test Image )在对角线方向形成从0～255的渐变灰

阶,并借助此辅助图像将各岩性的各波段亮度值在

对角线方向做线性拉伸,然后逐一镶嵌入模型二各

子图各波段的相应位置,形成岩性的渐变图像组合。

6个子图分别对应于金矿蚀变岩、植被、白色大理岩、

辉长岩、冰和盐碱地(数据取自文献[6])。这样,便

形成一个有6种已知岩性的TM1、TM 4、TM5、TM 7

四个波段的数据模型。

1.2.2　方法试验结果

对模型二的4个波段数据进行主分量分析,从

本征向量可知,第2主分量表征冰,第3主分量表征

植被,第4主分量表征蚀变岩。对它们分别进行异

常切割,以绿、蓝、红三色示于插页彩片7中。可以

看到,白色大理岩形成对蚀变岩的干扰异常,经用光

谱角法提取蚀变异常(插页彩片7中的黄色区),可

以消除此干扰。比值法所得结果未在彩片中示出,

它在除辉长岩外的5种岩性中均形成异常,这是它

们在TM 5波段上的亮度值均高于TM 7的必然结

果。2　三种方法的特点讨论

2.1　比值法(RM )

(1)原始值的高低不直接左右比值的大小,也就

是说,高低值均可有同样的比值,低值区异常不可避

免(图1),这就使得比值结果中包含了大量假异常

(如阴影区、水域等)。

(2)差和比值法是一种非线性处理方法,该方法

高值区压缩,对低值区拉伸,这对于提取高值区异常

不利;TM 5-TM 7TM 5+TM 7

的实际值均在0～1/3之间,动态范围较小,也是不利因素(图2)

。图1　波段比值原理 图2　差和比值原理(据丰茂森,1992) (3)数据先截取再比值较先比值再截取更有益于减少低值区异常(图3,插页彩片6下中和下右)

。图3　数据截取比值原理虽然经数据截取所做比值对低值区异常有所抑制,但并不能从根本上改变比值法的前两个弱点,故在选择遥感异常提取方法时,不得不仅将比值法结果作为参考。2.2　光谱角填图法(SAM )光谱角法把每一个多维空间点以其空间特征向量来表征,并以空间向量角的相似性作为判据。它是一种监督分类,要求每一类别有一个已知参考谱。此参考谱可以是地面实测入库光谱,也可以是已知条件的图面单元的统计入库结果(又称图像采样)。为了直观,设三维空间点P 在彩色坐标系中的特征向量为OP ,以此向量为轴作小角锥(图4),凡位

于此小角锥内的空间点都视为相似的

。

图4　光谱角法原理

根据线性代数理论[9],向量α,β间夹角θ为θ=arccos (α,β)(1) 式中,(α,β)为n 维向量α,β的内积, α 、 β

分别为向量α,β的长度,当存在已知矿点或矿床时,可以利用光谱角法·45·第2期张玉君,等:　ETM +(TM )蚀变遥感异常提取方法研究与应用———方法选择和技术流程