基于线性光谱模型的混合像元分解高性能计算研究

混合像元分解是遥感技术向定量化、精细化发展的重要技术,是关系到地物精细分类的重要操作环节,而线性光谱模型确实是目前解决混合像元问题的有效策略.针对高光谱遥感影像数据量大,混合像元分解计算耗时长的问题,提出了一种基于CUDA的高光谱遥感端元投影向量法实现方法.在分析高光谱图像端元投影向量法串行算法的基础上,建立了在CUDA架构下以像元点为基准产生相应的进程数,每个进程负责一单位像元点的计算方式.实验结果表明,将该方法应用于实际的高光谱遥感影像的混合像元中,可极大地提高传统中央处理器(CPU)的运算效率.     

高光谱遥感岩矿端元提取与分析方法研究

端元提取是高光谱遥感信息提取与分析的基础,也是解决高光谱图像混合像元分解的关键.本文针对研究区高光谱遥感数据特点,进行了辐射校正、最小噪声分离变换(MNF)及纯净像元指数(PPI)处理,在此基础上,应用二维散点图和三维散点图分别提取了端元波谱,并开展了端元属性的判别研究.岩矿端元的提取与分析为后续岩矿种类识别奠定了基础,直接影响最终成果的准确度.     

混合像元分解法在植被覆盖区矿化蚀变信息提取中的应用——以江西大浩山金矿区为例

在植被覆盖区,由于高植被、多水系、多阴影的影响,遥感蚀变信息提取一直未能取得良好的矿化蚀变效果。江西大浩山金矿区位于九江坳陷与江南地块九岭隆起的交界部位,区内植被覆盖稠密、水系沟壑纵横,传统的干扰信息掩膜+主成分分析方法难以有效提取相关的矿化蚀变信息。采用混合像元分解技术（SMACC,端元提取技术）,通过对像元线性分解可从遥感图像中获取各个地物端元的反射亮度值及丰度信息;识别各地物端元,去除干扰端元（植被、水体等）,进而对有用地物端元进行有补偿机制的遥感影像重组;最终采用主成分分析法从重组影像中有效提取矿化蚀变信息。与传统的掩膜方法相比,在植被覆盖率较高的区域,混合像元分解法避免了传统方法在掩膜干扰信息的同时消除矿化蚀变信息的弊端,取得了良好的效果;在植被覆盖率较低的区域,混合像元分解能分离去除少量植被信息,提取更为微弱的矿化蚀变信息。     

应用PCA和ICA法对岩心光谱的定量解译

岩心光谱属于混合像元光谱,维度多、数据量大,在端元数量、端元光谱及混合矩阵未知的情况下,定量解译岩心光谱以提取岩心所含矿物信息难度大,噪声的存在使问题更加复杂。文章应用PCA和ICA法定量解译岩心光谱主要有三步:采用PCA法预处理混合像元光谱矩阵,在新的特征空间中保留特征值较大的少量特征矢量,有效滤除能量较小的成分,只保留主要成分信息,同时滤除数据中的噪声;采用ICA法分离岩心混合像元,得到混合像元中的端元光谱集,通过矿物识别获取岩心矿物成分;对端元光谱进行归一化处理,基于线性光谱混合模型进行丰度反演,得到岩心混合像元中各端元丰度。通过研究仿真数据获得光谱定量解译的一般规律,创建有效的算法模型,再处理实际测量的岩心光谱,获得了比较理想的结果。     

AN AUTOMATIC ALGORITHM ON ESTIMATING SUB-PIXEL SNOW COVER FROM MODIS

积雪覆盖(snow cover)是气候、水文和生态环境等研究领域中很重要的参数之一.与积雪覆盖二值技术不同,亚像元雪盖反演技术可以在给定卫星观测空间分辨率前提下进一步提高积雪覆盖面积的反演精度.“多端元光谱混合分析”方法反演亚像元积雪覆盖度具有物理意义明确、精度高等优势.但由于其需要通过端元选取、最小二乘法反演等计算,运行效率较低,难以满足大数据量计算.我们发展了一种改进“多端元光谱混合分析”方法反演MODIS亚像元积雪覆盖的算法.该算法通过对MOD09GA数据进行图像端元自动提取,并利用能够代表图像端元类的典型端元库进行“多端元光谱混合分析”反演亚像元积雪覆盖.我们在端元选取、多端元线性混合模型分解等方面进行了改进与发展,不仅保证了产品精度,同时提高了计算的时效性.     

遥感影像像元组分分解模型及其应用

像元组分分解模型主要包括线性混合模型(LSMM)、模糊分类器模型、神经网络模型以及高斯混合判别分析模型(MDA)。以线性光谱混合模型为例给出了像元组分分解的过程,并分析了各种模型在不同领域的应用。像元组分分解还处于探索阶段,应根据不同的应用领域,不同的前提条件来选择和发展更为合适的模型,或用几种模型进行组合。端元的类型和数量的确定要力求准确,端元光谱值的获取要根据实际分析,研究更为适合的方法,使组分像元分解的精度得到进一步的提高。     

青海木里煤矿区荒漠化的驱动因素及防治对策简

使用多期、多源遥感影像数据,选择青海省木里煤矿区开展了荒漠化遥感监测及变化趋势与采矿相关性分析研究。根据多期高分辨率遥感影像提取了矿业活动区信息。采用多期TM遥感影像,分别利用光谱混合像元分解和生物量遥感估算模型方法,提取了多期土地荒漠化信息。对采矿扰动下荒漠化驱动因素分析结果表明:矿业活动区内开采面、矿山占地增长驱动了荒漠化,矿山关停、复绿治理则扼制并减轻了荒漠化;矿业活动区外荒漠化主要受人类活动、道路修建、保护治理政策等因素影响。根据研究结果,提出了矿区荒漠化防治对策。     

混合矿物组合光谱在蚀变矿物填图中的应用—以云南香格里拉地区Hyperion 数据蚀变矿物填图为例勘察新技术的应用

[摘要]由于自然界中矿物的共生组合具有一定的规律性,因此,在地质找矿和蚀变矿物填图中, 蚀变矿物组合和分带往往比单一的蚀变矿物更具有指导和决策意义。根据矿物在岩石、矿石或蚀变带 中的共生和伴生组合规律及工作的地质目标,将某些不易区分且又不必要区分的矿物作为一个矿物组 合进行识别,在混合光谱分解中亦作为一个端元进行计算,是解决矿物混合光谱的另一种有效途径。本 文使用云南香格里拉地区的hyperion 高光谱数据,以提取褐铁矿+绢云母的识别矿物组合作为矿物填图 研究的组合端元矿物目标,对云南高海拔地区的岩石蚀变信息进行了提取和分析,制作了遥感蚀变异常 图,并在图中蚀变提取异常的研究区实地考察并与提取信息作了比较。识别结果表明:研究区山头海拔 高度基本都在4000 m 以上,原始植被较少,岩石露头较多,虽然受各种干扰较大,但提取出了比较满意 的效果,进而可以其它知识的辅助下,可以实现对成矿远景区以及靶区的圈定。     

混合矿物组合光谱在蚀变矿物填图中的应用——以云南香格里拉地区Hyperion数据蚀变矿物填图为例

由于自然界中矿物的共生组合具有一定的规律性,因此,在地质找矿和蚀变矿物填图中,蚀变矿物组合和分带往往比单一的蚀变矿物更具有指导和决策意义。根据矿物在岩石、矿石或蚀变带中的共生和伴生组合规律及工作的地质目标,将某些不易区分且又不必要区分的矿物作为一个矿物组合进行识别,在混合光谱分解中亦作为一个端元进行计算,是解决矿物混合光谱的另一种有效途径。本文使用云南香格里拉地区的hyperion高光谱数据,以提取褐铁矿+绢云母的识别矿物组合作为矿物填图研究的组合端元矿物目标,对云南高海拔地区的岩石蚀变信息进行了提取和分析,制作了遥感蚀变异常图,并在图中蚀变提取异常的研究区实地考察并与提取信息作了比较。识别结果表明:研究区山头海拔高度基本都在4000m以上,原始植被较少,岩石露头较多,虽然受各种干扰较大,但提取出了比较满意的效果,进而可以其它知识的辅助下,可以实现对成矿远景区以及靶区的圈定。     

基于FastICA算法的高光谱矿物丰度反演

高光谱分离是定性与定量岩矿分析的核心基础。仿真数据和测量数据可通过FastICA算法处理,计算混合像元中端元数量及端元光谱,并根据计算结果进行丰度反演。实验结果表明：FastICA算法即使在端元光谱、混合矩阵未知且没有任何先验知识的情况下,也能有效分离岩矿高光谱混合像元并得到端元的估计光谱,从而实现矿物识别和矿物丰度反演;但当混合像元中参与混合的端元光谱相似度较高或端元光谱的非高斯性较低时,混合像元的分离精度将降低,混合像元的分离精度越高,端元丰度反演结果越准确。     

利用混合像元线性分解模型提取卧龙泉地区粘土蚀变信息

利用混合像元线性分解模型提取植被覆盖中等的辽南卧龙泉地区植被丰度图像，并依此进一步提取了该区域的粘土类蚀变信息。在使用混合像元线性分解基本模型的同时，也结合研究目标对其进行了改进与补充，效果令人满意，为中等植被覆盖区的专题信息的提取提供了一种方法。     

ASD FieldSpec 3地物光谱数据在水磨—大河地区岩性分类中的应用

以四川省旺苍县水磨—大河地区为研究区, 利用美国ASD FieldSpec 3便携式地物光谱仪野外实测岩矿波谱数据和ASTER遥感影像数据, 基于GIS平台, 根据野外实测的岩石光谱曲线和USGS光谱库的典型岩石光谱曲线提取端元波谱, 对区域影像像元的光谱曲线进行匹配, 采用ENVI4.4软件自动信息提取与人机交互解译相结合的方式, 进行岩性分类, 可以有效地划分区内岩性界线, 满足填图需求, 对辅助该区区域基础地质调查、矿产普查等具有重要的应用价值。      

基于混合像元分解的高植被覆盖区蚀变信息提取——以福建上杭紫金山矿田为例

福建上杭紫金山矿田地处武夷山成矿带南端,该区域高植被覆盖严重阻碍了与成矿有关的矿化蚀变信息的提取。针对植被的严重干扰和混合像元影响,应用混合像元分解技术去除植被干扰,消除植被端元影响,增强非植被信息,结合主成分法提取与矿化有关的蚀变信息。经与区域地质资料对比表明,混合像元分解结合主成分分析方法取得了很好的应用效果。     

基于MODIS数据的朝鲜半岛土地利用变化信息提取

以朝鲜半岛为研究区域, 基于2000年和2007年的MOD IS数据, 应用线性光谱混合模型进行像元组分分解并提取分类特征, 对像元组分分解后有错分的地物类型结合纹理进行分析, 以决策树模型进行土地利用分类。结果表明, 像元组分分解后的决策树分类结果总体精度达78.346 5% , Kappa系数达0.681 3。与像元组分分解前最大似然法和决策树分类结果相比, 决策树分类精度优于最大似然法, 且像元组分分解方法提高了分类精度。经2000年和2007年像元组分分解后的决策树分类结果对比: 朝鲜耕地面积增加; 韩国耕地面积减少, 居民地面积增加。     

基于GF-5、Landsat8与GF-2遥感数据的蚀变信息提取研究——以四川宁南铅锌矿集区为例

四川宁南铅锌矿集区是中国重要的铅锌矿成矿区之一，区内铅锌矿床广泛分布，其围岩蚀变主要为白云岩化、方解石化、黏土矿化、硅化、黄铁矿化及赤铁矿化，是重要的找矿标志，同时也为遥感提取铁染、羟基、碳酸根离子蚀变信息提供了重要的理论依据。由于遥感卫星传感器类型的不同，同一研究区内不同种类影像所得到的数据会有所差异，且采用不同的提取方法所得到的蚀变信息结果也会有所不同，因此，对同一区域进行单一影像或单一提取方法的研究往往存在偶然性与不充分性。据此，文章基于对研究区内Landsat8与GF-5两种影像数据的详细解读，采用3种有效方法进行蚀变信息提取。①波段比值法，对影像数据采用波段比值计算，并对波段比值进行密度分割，从中突出铁染，羟基、碳酸根离子蚀变信息；②主成分分析法和主分量密度分割法对铁染蚀变信息，羟基、碳酸根离子蚀变信息进行提取并作分级处理，结合GF-2高空间分辨率影像以及依据同谱异物、同物异谱、混合像元等原理剔除伪异常，以得到有效的蚀变信息；③光谱角匹配法，通过提取GF-5高光谱影像数据的纯净端员，结合光谱角匹配技术提取有效的蚀变信息矿物。对2种影像数据分别用3种提取方法所得到的蚀变信息结果进行对比，讨论其差异性，并通过叠合已知矿产地信息的方法筛选出效果较好的蚀变信息，将选取出的结果进行综合比对，最终在宁南矿集区圈定出预测靶区，经过室内化探数据验证及野外实地工作验证，证实其真实性，同时也为该地区下一步工作提供真实可靠的资料。     

基于深度置信网络的CRISM影像火星表面矿物识别方法

鉴于传统的光谱特征参数方法存在不能综合考虑光谱在整个波长范围内的谱形、对于单一吸收带相似的不同矿物难以区分等问题,研究采用深度置信网络方法对火星专用小型侦察影像频谱仪(CRISM)高光谱影像中的火星表面矿物进行自动识别,该算法具体包括:①预训练阶段。利用非监督算法逐层训练受限玻尔兹曼机,自动学习模型参数,提取光谱特征。②调优阶段。将自动学习的光谱特征输入分类器,采用反向传播算法对模型进行监督微调,识别矿物在CRISM影像中的分布。在算法的研究中,采用光谱比值方法降低火星表面灰尘等噪声对矿物光谱的影响,并探讨样本数量、隐含层节点数、网络深度等对算法识别精度的影响,试图构建适宜于CRISM影像火星表面矿物识别的深度置信网络模型。以火星表面镁铁蒙脱石和氯盐为例进行测试,实验结果表明:该方法能够对火星表面矿物进行自动识别,准确率达到85%以上,与光谱参数法的识别结果基本叠合,并能够探测光谱参数法未能识别的部分矿物分布。     

基于混合像元分解提取多种类覆盖区遥感蚀变信息 ——以甘肃省岷县寨上金矿区为例

在多种类覆盖区,由于植被、河道、阴影、第四系等干扰因素影响,难于客观有效提取与成矿有关的遥感蚀变信息。应用混合像元分解的方法技术可以区分出混合像元中各类干扰信息的反射率值及其所占丰度值,从混合像元光谱中减去各干扰因素的反射率值及其所占份额,可以获取土壤或岩石的反射率值及其所占丰度值,将土壤或岩石反射率值除以其所占的份额...     

植被覆盖区高光谱遥感影像上蚀变岩与蚀变矿物信息的提取

在高光谱遥感找矿应用中,从影像上提取的蚀变信息经常包含了很多对找矿无用的信息。为了避免这些无用信息,本研究选取植被覆盖的云南普朗斑岩铜矿区作为研究区,使用该区高光谱遥感数据分别提取蚀变岩和蚀变矿物的信息,分析它们对找矿的有用性。提取蚀变矿物信息使用的是从影像上提取的矿物端元参考光谱,光谱匹配采用的是光谱角方法;提取蚀变岩信息使用的是野外蚀变岩参考光谱,光谱匹配不仅考虑光谱的整体形态,而且考虑吸收谷位置形态。在蚀变岩识别图上,4个典型蚀变岩点的野外验证表明:识别结果与实地地物基本一致。但是,在蚀变矿物信息图中,这4个圈定点无任何信息。这表明:这些点的蚀变岩信息较其表面蚀变矿物信息更丰富,因而能被有效提取出。通过比较蚀变岩、蚀变矿物的信息分布图,发现:一些粘土矿物(比如硬石膏和高岭石)的大量信息分布在沉积岩区,因而可能是假的蚀变信息。这表明:通过蚀变岩光谱获取的蚀变信息比通过蚀变矿物光谱获取的蚀变信息更可靠。在蚀变岩信息提取中,比较吸收谷位置识别前后的结果表明:考虑光谱整体和局部形态比仅考虑整体形态的识别结果具有更高的可靠性。     

基于实测高光谱数据空间特征的光谱混合模型

为提高高光谱混合像元分解精度, 利用地物多角度二向性反射平台和ASD FieldSpec3 Hi-Res便携式地物波谱仪, 设计等距离/等面积实验, 考虑探测距离远近对混合光谱的影响, 获取不同覆盖条件下叶片与方解石的混合光谱, 找出光谱数据空间特征变化规律, 提出等距离/等面积模型来消除空间位置对混合光谱的影响, 并将模拟混合光谱与实测混合光谱进行对比.通过实测数据分析, 混合反射率分布的权重系数随探测单位面积点与探头距离呈高斯变化规律; 与线性模型和线性改进模型进行光谱混合模拟结果相比, 应用权重系数高斯分布规律以等距离/等面积模型进行混合光谱模拟, 其模拟结果相似度平均增加了1.20%, 均方根误差平均降低了7.78%.等距离/等面积光谱混合模型考虑了光谱空间变化特征, 提高了光谱混合模拟的精度, 为进一步研究高光谱数据混合像元分解提供了新的方法.      

植被覆盖区羟基和碳酸盐矿物光谱吸收深度校正模型

为增强植被覆盖区羟基和碳酸盐矿物的吸收特征, 提高矿物信息提取精度.通过模拟单像元内新鲜植物、干枯植物、羟基和碳酸盐矿物的混合光谱, 发现在一定波段范围内4种端元的特征波段处吸收深度呈显著线性关系, 并建立了羟基和碳酸盐矿物的植物校正吸收深度(vegetation corrected continuum depths, VCCD)模型.将模型应用于黑龙江呼玛的Hyperion影像, 提取了高岭石和方解石矿物信息.在去除河床、道路等干扰信息后, 经野外实地验证和室内岩石鉴定, 矿物信息提取结果较好.