全约束线性分解的月表虹湾地区矿物含量反演

月表主要矿物含量的定量反演是月球科学领域的重要课题之一,对未来月表矿物信息解译有重要指导意义,因此提出一种对月表高光谱遥感数据线性分解获取矿物含量的方法。首先,利用Hapke辐射传输模型将Relab光谱库中的5种矿物(单斜辉石、斜方辉石、斜长石、橄榄石和钛铁矿)非线性混合的反射光谱转换为线性混合的单次反照率;然后,按照比例随机生成混合像元;最后基于全约束线性光谱分解方法建立上述5种矿物分解含量与真实含量的统计关系模型。利用Apollo登陆采样点实测数据对该模型进行验证的结果表明,辉石、斜长石、橄榄石和钛铁矿的反演结果与实测结果的相关系数分别为0.83,0.86,0.72和0.77。采用上述方法,利用印度探月卫星Chandrayaan-1搭载的月球矿物制图仪(moon mineralogy mapper,M3)高光谱数据得到月表虹湾地区矿物的含量分布图,表明利用全约束线性分解对高光谱矿物识别和含量反演是一种行之有效的方法。     

顾及矿物粒径的月表虹湾地区矿物填图

月表矿物丰度及其分布的研究对月球资源利用有重要的指导意义。Hapke模型是月表研究最常用的一种模型,粒径是该模型计算时必须明确的参数之一。为了研究月表5种主要矿物(单斜辉石、斜方辉石、斜长石、橄榄石和钛铁矿)的丰度及分布情况,在顾及矿物粒径对其光谱影响的情况下,利用Relab光谱库数据和Hapke辐射传输模型,采用全约束线性分解的方法,建立了5种矿物的反演模型,得到上述5种矿物的模型相关性分别为0.98,0.98,0.83,0.91和0.50,并用Apollo采样点数据对模型精度进行了验证,最后将模型应用到月表虹湾地区的印度探月卫星月球矿物制图仪(moon mineralogy mapper,M~3)高光谱影像上,得到了虹湾地区5种矿物的丰度分布图。结果表明,顾及矿物粒径的全约束线性分解方法可用于月表矿物分布特征研究。     

玉兔号月球车巡视点矿物丰度及粒径分布高光谱反演

矿物的类型、丰度及其粒径分布对理解月球和行星表面曾经存在过怎样的地质演化过程具有重要的意义。本文提出基于辐射传输模型和稀疏分解模型反演矿物丰度及其粒径分布的方法,利用辐射传输模型计算各矿物端元不同粒径的单次散射反照率以构建解混光谱库,然后基于稀疏分解算法得到在每个可观测像元的端元最优丰度和粒径分布。利用实验室测量数据进行验证,表明本文方法具有较高的精度。最后根据玉兔号月球车的实地测量光谱数据,利用本文方法获得了其矿物的丰度及粒径分布,结果显示,辉石、橄榄石、斜长石、熔融玻璃和钛铁矿的丰度在4个观测点的平均丰度分别为28.1%、4.5%、39%、28%、0.4%,辉石的平均粒径为166.02μm,橄榄石为8.34μm,斜长石为196.31μm,熔融玻璃为44.21μm,一定程度上表明在这些观测点不同矿物对太空风化的响应不同。     

基于光谱分解的Clementine UV/VIS/NIR数据月表矿物填图

月表主要矿物的空间分布是研究月球起源演化等科学问题的重要基础信息之一。基于Hapke模型与光谱线性分解的矿物提取方法,利用Clementine UV/VIS/NIR数据提取月表单斜辉石、斜方辉石、橄榄石、斜长石及钛铁矿等5类主要矿物的体积百分含量分布,并基于阿波罗（Apollo）月岩（壤）矿物分析数据对提取结果进行评价,对方法和提取结果中存在的问题进行分析,提出了进一步改进的措施。     

一种基于PPI的高光谱数据矿物信息自动提取方法

本文通过分析PPI算法后续处理存在的问题,引入最大距离法(MD)实现基于PPI的端元自动分类,并将获得的未知端元在波谱库中遍历以匹配最佳地类,最终完成基于PPI端元的矿物信息的自动提取。实验采用美国内华达州Cuprite地区的机载AVIRIS和我国东天山地区的星载Hyperion高光谱遥感数据,利用IDL编程实现矿物信息的自动提取,通过对实验结果的比较分析,验证了本文方法的有效性和实用性。     

利用端元坐标的高光谱影像端元提取方法

通过研究凸面几何体理论,找出端元在高维空间中的分布特点,将对整幅影像的搜索转变为对影像中DN值最大和最小像元的分析,并将其应用到最大距离法初始端元的提取。考虑到高光谱影像在获取及处理过程中会产生误差,引入了距离阈值概念,计算距离原始端元小于距离阈值像元的平均光谱。实验证明,用平均光谱代替原始端元光谱,显著提高了光谱相似度,并用线性波谱分离,对Cuprite地区的AVIRIS数据进行丰度反演,取得了较好的效果。     

火星Eberswalde撞击坑三角洲矿物丰度反演

矿物的种类与含量可限定其形成时特定的地质环境,因此火星表面矿物识别和丰度反演研究对了解火星的地质构造及历史演变过程具有重要意义。Eberswalde撞击坑具有复杂的水文系统,是火星探测的热点地区,而对该地区大范围矿物反演则鲜有研究。基于紧凑型侦查成像光谱仪(CRISM)目标探测模式数据和CRISM光谱库,首先,通过高光谱数据子空间识别算法(Hysime)分析CRISM数据信号子空间,并将光谱库所有矿物光谱投影到子空间上,保留投影误差较小的光谱作为约简后的端元光谱库;然后,使用协同稀疏解混对Eberswalde撞击坑西北部三角洲地区的矿物丰度进行定量反演,得到5种原生矿物:辉石、橄榄石、斜长石、菱铁矿、硬水铝石和1种蚀变矿物透闪石,并从矿物光谱、分布分别对反演结果进行验证;最后,从矿物学的角度对可能成因做出解释,推测该区域存在接触变质作用。     

藏东罗布莎蛇绿岩遥感岩矿信息提取方法研究

为研究如何利用遥感技术进行蛇绿岩岩矿信息识别和提取,以藏东罗布莎蛇绿岩为例,基于ETM和ASTER遥感数据,分别采用比值法和主成分分析法提取羟基类(蛇纹石、绿泥石)和铁染类(磁铁矿、橄榄石)矿物信息;利用纯净像元指数法(pure pixel index,PPI)提取端元波谱,结合地面已知岩性信息,分别采用光谱角分类法(spectral angle mapping,SAM)和波谱特征拟合法(spectral feature fitting,SFF)识别纯橄岩和橄榄岩,研究了罗布莎蛇绿岩及其主要蚀变矿物的空间分布特征.经过对比分析可知,用多种方法、多种数据提取的岩矿信息可以相互验证;提取出的纯橄岩和橄榄岩与所提取的羟基类和铁染类蚀变遥感异常信息有较好的空间重叠,且与地面调查结果基本吻合.研究表明,该方法用于蛇绿岩遥感岩矿信息提取是可行的,并取得较好的地质效果.     

色那地区高光谱数据蚀变矿物提取及特征分析

以西藏班公湖-怒江成矿带西段多不杂矿集区东部的色那有利成矿区为研究区,基于Hyperion高光谱遥感数据,开展蚀变矿物提取研究;提取出褐铁矿、绿泥石和高岭土3类地表蚀变矿物波谱端元,并利用光谱角填图方法进行填图。野外验证结果显示,填图结果与野外调查基本吻合,矿物分带特征明显,并根据蚀变矿物分布情况划定了2个斑岩型矿床重点勘查区。     

一种采用稀疏促进的高光谱影像端元提取方法

利用稀疏促进原理以及高光谱影像端元提取传统算法,结合线性光谱混合模型,提出了一种采用稀疏促进的高光谱影像端元提取方法.该方法不需要预先对端元数量进行估计,也不需要假设影像中存在纯像元.利用模拟数据以及真实高光谱影像对提出方法、ICE算法和NMF算法进行了对比实验分析.实验结果表明:提出方法能稳定地从影像中提取端元并同时...     

空谱协同多尺度顶点成分分析的高光谱影像端元提取EI北大核心CSCD

针对顶点成分分析方法无法实现复杂地表环境下的高光谱影像端元精确提取问题,提出了一种基于空谱协同多尺度顶点成分分析的端元提取方法,通过影像空谱特征融合和聚类分割,对不同分辨率空间尺度下的分割影像进行端元协同提取,并考虑噪声对影像端元提取精度的影响,提升端元提取的精度。首先,对影像进行预处理,采用低秩矩阵分解去除噪声。其次,对高光谱影像进行空谱多特征提取,利用多特征融合和K-means算法进行聚类分割,获取地物分布的空间异质性信息,提升后续端元提取的精度。然后,对高分辨率影像空间降采样,利用顶点成分分析方法对降采样后的低分辨率分割图像进行端元提取,并利用坐标映射寻找高分辨率影像中的相应端元,利用光谱角来判定是否为纯端元。最后,遍历上述方法至所有分割影像以获取最终的端元集合。使用模拟数据和真实的高分五号高光谱数据对提出的方法进行实验验证。实验结果表明,空谱协同多尺度顶点成分分析方法可提取高精度的纯净端元,且计算效率较高。     

基于单次散射反照率的矿物高光谱稀疏解混

矿物的混合多属于致密型混合,在可见光—短波红外波段的混合呈现非线性特征,同时由于矿物混合的复杂性以及图像中完全纯净的像元可能不存在等原因,使得从图像上提取端元具有较大不确定性。本文根据矿物单次散射反照率的线性可加性,提出一种基于矿物单次散射反照率光谱库的稀疏解混算法,利用Hapke模型将矿物反射率转换成矿物单次散射反照率,构建矿物单次散射反照率光谱库,以半监督的方式通过稀疏回归的方法从光谱库中寻找最优端元组合,并估算混合像元中各端元的丰度。利用RELAB矿物混合光谱库进行算法验证,结果表明,丰度反演的平均绝对误差为3.12%;将本文方法应用于美国内华达州铜矿区的AVIRIS高光谱图像数据,所得丰度图与美国地质勘探局USGS矿物识别结果具有较好的一致性。本文算法不需要从图像提取端元,并且考虑到了矿物的非线性混合特征,能够得到较高的反演精度,在近地行星和卫星表面岩矿成分的探测等领域具有较好的应用前景。     

嫦娥一号IIM数据应用处理流程分析

对嫦娥一号干涉成像光谱仪（IIM）数据的特点进行了分析,并就存在的一些问题提出了解决方案,制定了IIM数据应用处理流程,为该数据的正确使用提供方法参考。研究结果表明,在空间域传感器左侧响应偏低,右侧响应偏高;在波谱域长波段响应存在较大偏差。经过绝对定标和辐射畸变校正后的反射率与地基望远镜光谱匹配良好,可以用于应用研究。利用校正后的数据对Aristarchus地区岩石类型开展初步研究的结果表明,该地区在纵向和横向上都存在岩性的多样性。校正后的图像不仅提高了分类精度,还被识别出撞击坑可能存在的滑坡。嫦娥一号IIM能够在全球、区域和局部尺度上以较高的空间分辨率和光谱分辨率获取月表元素和矿物成分信息,有助于深化对月球形成和演化的认识。     

一种非监督快速端元提取方法

正交子空间投影(OSP)方法广泛用于目标与背景的分离之中,对于高光谱影像,OSP可用于目标提取和混合像元分解,但缺点是需要端元的先验知识。针对这一问题,本文基于OSP的原理提出了一种非监督快速端元提取方法。实验使用模拟高光谱数据和由OM ISⅠ获取的真实高光谱数据,结果精度令人满意,证明了本文算法进行端元自动提取的可行性。     

基于粒子群算法的高光谱影像端元提取技术

基于凸面几何学理论,由端元作为角点的单形体的体积应该是最大的.著名的N-FINDR和SGA算法正是基于以上理论,通过在数据云中寻找体积最大的单形体来实现端元的自动提取.本文利用粒子群优化(PS0)技术,基于凸面几何学理论,设计了一个新的端元提取算法.利用模拟和真实高光谱影像对其进行了实验,并将其结果与N-FINDR和S...     

最小二乘混合像元分解的端元丰度信息提取研究

针对无约束最小二乘混合像元分解算法提取地物端元丰度出现的局限性问题,通过野外实地采集的地物光谱数据建立研究区典型的地物波谱库,以Landsat OLI影像作为主要数据源,在经过Gram-Schmidt(GS)影像融合的基础上,利用纯净像元指数(PPI)及基于几何顶点的端元提取技术提取研究区典型地物端元,最后通过完全约束的最小二乘混合像元分解算法完成对研究区典型地物端元丰度的提取。结果较好地解决了无约束最小二乘混合像元分解算法提取的端元丰度信息出现负值的情况,并且提高了典型地物丰度信息提取的精度。完全约束最小二乘混合像元分解算法的RMSE误差均控制在0.174 913左右,在很大程度上提高了混合像元分解精度及实用性。     

Hyperion高光谱遥感在新疆西南果勒地区蚀变信息提取的应用

新疆西天山博罗科努成矿带交通状况较差,工作条件艰苦,制约了找矿突破,而运用高光谱遥感技术可以更方便、准确地提取地区岩矿信息。本文获取了研究区Hyperion高光谱遥感影像,完成波段筛选、坏线去除、Smile纠正、绝对辐射值转换、大气校正等预处理工作。通过纯净像元指数法和N维散度分析提取影像端元,运用波谱角填图法和波谱特征拟合法,对高光谱数据提取了研究区的蚀变矿物,完成了黄铁矿、黄钾铁矾、绿泥石、绿帘石、闪锌矿和蒙脱石等主要矿物的填图,并结合区域地质资料与成矿条件,对提取的蚀变信息进行了分析与验证,发现提取的蚀变信息较为准确可靠。该方法对新疆西天山地区遥感提取蚀变信息具有很大的意义。     

一种顾及上下文的高光谱遥感图像端元提取方法

端元提取技术是混合像元分解中重要的步骤之一,传统的端元提取方法仅考虑了像元的光谱信息。本文将数学形态学算子扩展到高光谱空间,并应用到端元提取技术中,可以顾及像元的上下文信息。利用AVIRIS高光谱仿真数据对算法进行了实验验证,结果表明本文算法具有较强的抗噪能力和较高的可靠性。在此基础上,结合徐州地区的EO-1 Hyperion高光谱遥感图像,使用本文算法进行了端元提取应用研究,将实验结果与纯净像元指数、顶点成分分析方法做了对比分析和精度评价,证明本文算法是一种可靠的高光谱遥感图像端元提取技术。     

一种基于空谱协同的高光谱端元提取方法研究

结合空间信息和投票机制,提出了将ISODATA与K-means投票融合的空间预处理方法用于端元提取,并结合3种经典的端元提取算法N-Finder、VCA和OSP进行验证。通过模拟数据与矿区真实数据的对比实验,验证了加入空间信息的端元提取算法能够更有效抑制噪声,从而使提取的端元光谱更加准确。     

基于权重光谱解混方法的高光谱矿物填图

提出了一种基于Fisher权重分析的迭代光谱解混方法(WLSMA),该方法首先对高光谱图像进行区域分割,在分割后的各子块中自动提取端元;再次对提取的端元进行聚类,从光谱的整体特征上将不同类别的端元区分开,针对聚类结果中的每一类别各选取几个具有代表性的端元光谱,并对最优光谱进行窗口卷积处理,结合In_CoB指标构建端元光谱样本库;最后对图像进行迭代光谱解混处理,在丰度反演过程中引入基于Fisher准则的补偿权值矩阵以提高反演精度。AVIRIS高光谱数据实验证明,WLSMA不需要大量先验信息,利用Fisher准则和迭代光谱分析理论增强了相似性矿物的可分性,为加强对矿区地表岩性的认识和模拟提供了更大的灵活性和可能性,对高光谱矿物填图有一定的借鉴意义。