基于航天高光谱遥感的东胜地区矿物填图研究

论文摘要

本文应用航天高光谱数据Hyperion对内蒙古自治区东胜地区进行了矿物填图研究,首先对研究区的区域地质概况进行了研究,在此基础上按照矿物学分类确定了矿物填图的主要矿物,它们分别是:含粘土矿物（高岭石、蒙脱石、绢云母）、含碳酸根离子矿物（白云石、菱镁矿、方解石）、含二价铁离子矿物（菱铁矿）、含三价铁离子矿物（针铁矿、赤铁矿、黄钾铁矾）。应用矿物的标准波谱曲线,对它们的地物光谱曲线特征（吸收谷、反射峰）进行了分析和研究,为进一步的矿物填图打下理论基础。由于航天传感器所获取的数据受大气影响严重且存在大量冗余信息、噪声信号,因此在利用Hyperion数据进行矿物填图前,需要进行数据与处理,这些处理包括:未定标波段的去除,含水汽波段的去除,噪声条带的去除,以及光谱重建。采用傅立叶变换的方式对噪声信息进行了处理。通过对不同种类的大气校正方法的研究,在缺少同步野外实测数据的情况下,运用大气辐射传输模型对数据进行了大气校正,取得了良好的校正效果。由于Hyperion数据的空间分辨率以及轨道参数与LandSat卫星ETM+数据较为相近,因此采用图像对图像的相对校正方法,对Hyperion数据进行了几何校正。本文对高光谱数据地质填图的方法进行了总结,结合研究区实际情况特点选定了一套矿物填图流程,首先进行标矿物的准波谱分析,根据各种矿物波谱曲线的差异,选择合理波段进行比值处理并进行彩色合成,从颜色上确定特定矿物的位置,再提取该类矿物在彩色合成影像中的波谱曲线,建立该类矿物的波谱库。同时对Hyperion反射率数据进行MNF变换,根据变换结果人工确定变换维数,利用像元纯度指数（PPI）进行分析,根据n维光谱空间进行特征端元采集,将自行建立的矿物波谱库与自动采集的端元波谱曲线进行对比并修正,最后用光谱匹配、光谱特征拟合的方法,进行矿物填图。在矿物填图的基础上,利用地质图件和相关地理信息对矿物填图结果进行分析和验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 矿物填图的国内外研究现状及存在问题
• 1.2.1 矿物填图国内外研究现状
• 1.2.2 矿物填图研究中存在的问题
• 1.3 研究内容、技术路线
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 2 研究区概况及区域地质概况
• 2.1 研究区自然地理概况
• 2.2 区域地质概况
• 2.2.1 区域地层特征
• 2.2.2 研究区含矿物信息研究
• 2.2.3 区域构造特征
• 2.3 小结
• 3 地物识别的遥感物理基础
• 3.1 岩石矿物吸收光谱特征形成机理分析
• 3.2 东胜地区主要矿物光谱曲线特征研究
• 3.2.1 粘土矿物特征谱线
• 3.2.2 三价铁离子特征谱线
• 3.2.3 二价铁离子特征谱线
• 3.2.4 碳酸根离子特征谱线
• 3.3 小结
• 4 高光谱数据预处理
• 4.1 HYPERION数据源介绍
• 4.2 处理流程
• 4.3 受水气吸收影响波段的去除
• 4.4 误差条带影响及其去除
• 4.5 地物光谱重建
• 4.5.1 基于图像本身特征转换模型
• 4.5.2 基于地面定标的经验线性模型
• 4.5.3 基于大气辐射理论的定标模型
• 4.6 图像拼接、几何校正
• 4.7 小结
• 5 东胜地区主要矿物填图
• 5.1 高光谱填图方法研究
• 5.1.1 光谱减维和噪声弱化
• 5.1.2 光谱匹配方法
• 5.1.3 光谱相似性测度与整体光谱匹配算法
• 5.1.4 以诊断性光谱吸收谱带的特征参量为基础的局部光谱识别
• 5.1.5 矿物端元选择
• 5.2 东胜地区主要矿物填图
• 5.2.1 矿物填图的基本步骤
• 5.2.2 粘土矿物提取与填图
• 5.2.3 含三价铁离子矿物提取与填图
• 5.2.4 含二价铁离子矿物提取与填图
• 5.2.5 含碳酸根离子的矿物提取与填图
• 5.3 填图结果综合分析
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录