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1、遙感信息提取方法
如何下載高光譜遙感影像（如何下載高光譜遙感影像文件）
發(fā)布時間：2023-04-07 12:15:06
稿源：
創(chuàng)意嶺 閱讀：
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本文目錄:
一、遙感信息提取方法
一、ASTER遙感信息提取方法
（一）圖像預處理
本次研究所采用的ASTER數(shù)據(jù)產(chǎn)品等級是1B和3A01，數(shù)據(jù)已進行了傳感器相關(guān)系數(shù)輻射校正。在進行幾何精校正過程中，校正控制點主要源于研究區(qū)于20世紀70年代完成的1∶100000地形圖，地形圖的精度不高，因此控制點的總平均誤差控制在2個像元內(nèi)。
依據(jù)《ASTER礦物指數(shù)處理手冊》的數(shù)據(jù)處理程序進行暗像元糾正，以消除大氣散射對圖像的影響。依據(jù)直方圖找出各波段最小值的像元，像元的每個波段最小值代表或近似于大氣輻射的影響，減去最小值的像元即可。ASTER圖像經(jīng)過暗像元處理后相當于進行了一次背景值濾波，使短波紅外區(qū)間的特征更加明顯，有利于提取礦物指數(shù)，從而提取巖礦信息。
由于研究區(qū)下墊面影響因子復雜，必須要消除云、雪和植被等下墊面復雜因素對基巖信息的干擾，掩膜圖像處理技術(shù)可以有效地扣除這些干擾信息。具體處理過程為：首先，在植被、云及雪覆蓋的原始圖像上提取植被NDVI指數(shù)，制作NDVI指數(shù)圖像，然后做植被0-1掩膜，再進行云和雪0-1掩膜，最后將植被掩膜與云、雪掩膜圖像疊加，在此基礎(chǔ)上進行有用信息的進一步處理，制作掩膜圖像。掩膜圖像的效用有兩個方面，一是壓縮圖像處理樣本的統(tǒng)計空間，使有用的信息相對得到增強，二是排除干擾信息可能引起的假異常。
（二）巖石與礦物信息提取方法
可見光-近紅外波段區(qū)域?qū)Τ噼F礦、針鐵礦和黃鉀鐵礬等鐵氧化物敏感，而短波紅外波段可以探測粘土和層狀硅酸巖礦物的特征吸收，實現(xiàn)更為詳細的礦物巖石識別。在熱紅外譜域，8～14μm是最佳大氣窗口，由于硅酸鹽巖在熱紅外區(qū)間隨著SiO2含量的減少，巖石寬緩的吸收帶向長波段方向系統(tǒng)位移，從而能夠探測SinOk、SO4、CO3、PO4等原子基團基頻振動及其微小變化，很容易識別硅酸鹽、硫酸鹽、碳酸鹽、氧化物、氫氧化物等礦物，使困擾遙感地質(zhì)的巖石識別成為可能，大大拓寬了遙感巖礦識別的廣度與深度，從而彌補連續(xù)波段高光譜在熱紅外譜域的不足，使ASTER遙感技術(shù)成為巖礦識別的重要補充手段。
本次試驗采用的主要信息提取方法包括基于掩膜圖像的主成分分析、礦物指數(shù)和光譜角度填圖方法等。
對于所有ASTER數(shù)據(jù)，常規(guī)圖像均采用通道7、3、1（紅、綠、藍）假彩色合成，這種合成方案盡管植被的信息比較突出，但有利于后續(xù)使用者對照其他信息的圖件判別地質(zhì)體的色調(diào)異常與來源于植被的干擾異常。在該類圖像中通常的規(guī)律是藍色調(diào)大多為碳酸鹽，紫色調(diào)的地質(zhì)體二價鐵含量相對較高。主成分圖像通常采用4～9波段的主成分分析，依照試驗結(jié)果，選用不同的主成分，其中3、4、5等弱信息的主成分使用較多。
1.主成分分析
主成分分析是遙感地質(zhì)最有效和最常用的圖像信息提取方法之一，它是將原始的遙感數(shù)據(jù)集變換成非常小且易于解譯的不相關(guān)變量，這些變量含有原始數(shù)據(jù)中大部分信息，通過正交變換去除多波段圖像中的相關(guān)信息，使新的組分圖像之間互不相關(guān)，各自包含不同的地物信息，這是一種重要的圖像增強方法。
在本次研究中，應用預處理后的掩膜圖像進行主成分分析，通過將原始圖像進行主成分變換，得到SWIR系統(tǒng)4到9波段的5個主成分的影像，將其中的PC3、PC4、PC5主成分分別置于綠、紅、藍影像層，生成主成分合成影像，并將該影像與高空間分辨率的VNIR段影像進行融合，生成新的主成分彩色合成影像。與傳統(tǒng)的彩紅外合成影像相比，主成分合成影像色差可以識別更細微的巖性差別。
從圖9-6不難看出，對掩膜前后的圖像均采用相同的主成分組合方案，但掩膜后的主成分圖像細節(jié)更加突出，中三疊統(tǒng)鬧倉堅溝組（T2n）板巖（藍色調(diào)條帶）被突出了。
2.礦物指數(shù)法
ETM數(shù)據(jù)只能提供一些鐵錳成分異常和羥基蝕變礦物異常等一些籠統(tǒng)的信息，而ASTER的波段劃分更精細，能夠提供更為明確的礦物信息。常見礦物的特征吸收帶集中在2～2.3μm之間（圖9-1），即在ASTER的5～9波段之間，而ASTER的第4波段盡管沒有特征吸收存在，但它是地質(zhì)體反射率統(tǒng)計差異最大的遙感窗口。目前，國際上流行的各類礦物指數(shù)方法很多，它們主要是基于上述這些礦物特征吸收帶的波長位置及其與ASTER波段設置的關(guān)系，通過簡單的各類比值運算得來，如《ASTER礦物指數(shù)處理手冊》所收集的澳大利亞科工組織（CSIRO）和美國地質(zhì)調(diào)查局等機構(gòu)經(jīng)常使用的一些礦物指數(shù)（圖9-7）。
圖9-6 溫泉水庫地區(qū)ASTER掩膜主成分分析圖像
（短波紅外4～9波段的4、3、5主成分合成圖像）
波段比值是一種經(jīng)常被用來提取波譜信息的有效手段。根據(jù)代數(shù)運算的原理，當波段間差值相近但斜率不同時，反射波段與吸收波段的比值處理可增強各種巖性之間的波譜差異，抑制地形的影響，并顯示出動態(tài)的范圍。波段比值通常是在對大氣路徑輻射或由多光譜傳感器產(chǎn)生的疊加偏移進行初步校正的基礎(chǔ)上，由兩個波段對應像元的亮度值之比或幾個波段組合的對應像元亮度值之比獲得。通常是選擇特定目標的最小或最大反射或輻射波段作為比值波段。一種地物在兩個波段上波譜輻射量的差別，常被稱為波譜曲線的坡度。不同地物在同一波段上坡度有大有小，有正有負。比值法就是增強不同地物以及巖石間的這種微小差別。因而，以巖礦的特征光譜為基礎(chǔ)，選用適當?shù)牟ǘ伪戎颠M行彩色合成，可增強巖性和蝕變帶信息，便于提取蝕變信息。
我們選取了20個各類礦物比值進行試驗應用，在圖像處理軟件中進行流程式的批量處理，再依據(jù)具體地質(zhì)背景和圖像質(zhì)量進行篩選，獲得了較好的應用效果。尤其對粘土類礦物的蝕變和層狀硅酸鹽礦物的巖性識別非常有效，對巴顏喀拉山群淺變質(zhì)巖巖性劃分具有良好的應用效果。
所采用的各類遙感礦物指數(shù)擇要描述如下：
（1）波段12/波段13比值：基性度指數(shù)（BDI）。由澳大利亞科工組織Bierwith提出，BDI與巖石中的二氧化硅含量有很好的負相關(guān)，高亮度為基性成分高的地質(zhì)體，低亮度為酸性地質(zhì)體，可以很好反映地質(zhì)體的基性程度。在東大灘銅礦區(qū)花崗巖體外接觸帶及前寒武紀變質(zhì)巖區(qū)，BDI顯示出很好的異常及其與銅礦之間的關(guān)系。
（2）波段14/波段12比值：富石英巖類異常。異常效果良好，是硅化蝕變的重要依據(jù)。在昆侖山巴顏喀拉山群地層和溫泉水庫西部的下二疊統(tǒng)中普遍存在該指數(shù)的異常，表明均為一套高硅質(zhì)的淺變質(zhì)巖系。在卡巴紐爾多南部，沙地表現(xiàn)為高二氧化硅含量的正異常。此外，高山冰緣區(qū)土壤濕度存在垂直分帶現(xiàn)象，同樣會引起基性度指數(shù)或二氧化硅指數(shù)的假異常，這種異常往往沿等高線分布。
（3）波段13/波段14比值：碳酸鹽巖異常。該比值由于熱紅外14通道的噪聲較大，應用效果并不理想，僅在溫泉水庫和昆侖山一帶有較好的顯示。
（4）波段4/波段5比值：鐵礬土異常。Bierwith定義為鐵礬土，而Volesky定義為硅酸鹽蝕變。高濃度異常的大面積分布通常具有重要的找礦指示意義。
圖9-7 《ASTER礦物指數(shù)處理手冊》中常用礦物指數(shù)匯總
（5）波段5/波段3+波段1/波段2比值：二價鐵異常。該比值需要謹慎對待，尤其在高山區(qū)，雪在1波段的高反射常常引起假異常，需要結(jié)合常規(guī)合成圖像具體分析。
（6）波段4/波段2比值：鐵帽異常。試驗區(qū)圖像效果較差，尚未發(fā)現(xiàn)有意義的異常，但由于鐵帽在找礦中的重要意義，以及其負異常的突出特征，保留這一指數(shù)是必要的。
（7）波段7/波段5比值：高嶺土礦物異常，該比值不確定性較強。溝谷中條帶狀分布的異?？赡芘c表生作用下的風化高嶺土有關(guān)，大面積的團塊狀異常才具有內(nèi)生蝕變礦物的意義。
（8）（波段4+波段6）/波段5比值：明礬石和高嶺土指數(shù)。在納赤臺萬保溝群中大面積出現(xiàn)這種異常，但實地考察屬硅化大理巖異常。
（9）波段7/波段6比值：白云母異常。白云母在2.2μm附近的特征吸收（ASTER第6波段）較強，實踐證明該指數(shù)較為敏感，對板巖類有良好的識別能力。
（10）（波段5×波段7）/（波段6×波段6）比值：粘土礦物蝕變異常。具有明確的找礦指示意義，在水泥廠東北部存在這種異常。
（11）（波段7+波段9）/波段8比值：碳酸鹽-綠泥石-綠簾石組合異常。主要分布在1∶5萬水泥廠幅東北部和溫泉水庫西部?？梢耘c波段13/波段14比值圖像碳酸鹽異常對比，進一步區(qū)分碳酸鹽異常和綠泥石-綠簾石異常。
（12）波段5/波段6比值：多硅云母異常。
（13）（波段5+波段7）/波段6比值：絹云母-白云母-伊利石組合異常。該組礦物高濃度異常具有明確的找礦指示意義，但大面積異常通常意味著變質(zhì)巖區(qū)的片巖，如內(nèi)蒙古狼山地區(qū)的大面積異常與該地區(qū)偉晶巖化、云母片巖、板巖等區(qū)域變質(zhì)或侵入接觸變質(zhì)作用有關(guān)。在東昆侖試驗區(qū)也具有很好的效果，昆侖山巴顏喀拉山群和溫泉水庫西部的下二疊統(tǒng)均有大面積的該類礦物異常。
必須指出的是，實際信息提取過程中，白云母和高嶺土異常經(jīng)常在空間上相伴生，在昆侖山和1∶250000填圖區(qū)北部出現(xiàn)這種情況，很有可能僅僅是一種異常。在變質(zhì)巖區(qū)有可能僅僅是白云母，而非高嶺土。從圖9-1不難看出，高嶺石和白云母的特征吸收帶都出現(xiàn)在ASTER的第6通道，波長位置的細微差別有可能是ASTER礦物指數(shù)方法容易產(chǎn)生混淆的原因。在1∶50000填圖區(qū)東北部的異常也同樣出現(xiàn)類似狀況，綠簾石、綠泥石、角閃石和碳酸鹽均出現(xiàn)異常。實際上這種異常均出現(xiàn)在第8通道附近，這幾種礦物均存在較強的吸收帶。這種情況可能僅僅是碳酸鹽，但它們與典型的碳酸鹽（731為藍色調(diào)）又有明顯的區(qū)別。
盡管如此，礦物指數(shù)方法在實際應用中也存在一些問題，從典型礦物曲線和ASTER波段的對比中不難看出有可能出現(xiàn)幾種易混淆的礦物組：如高嶺土-白云母和方解石-白云石-綠簾石-綠泥石-角閃石等礦物組。因此，集中在第6和第8通道的異常僅僅說明具有顯著的某種礦物類的異常，而不能明確說明是何種礦物。在復雜條件下只能明確礦物類，可以在此基礎(chǔ)上進行野外驗證，從而確定礦物種類。
在熱紅外區(qū)間，巖石的二氧化硅含量與Si-O2振動強吸收帶的波長位置呈現(xiàn)反比的系統(tǒng)位移規(guī)律，這是ASTER識別硅酸鹽巖的基本依據(jù)。此外，碳酸鹽巖在ASTER的14波段的強吸收也是識別該巖類的基本依據(jù)，但14通道紅外輻射能量最弱，噪聲大，應用效果不理想。
3.光譜角度填圖方法
光譜角度填圖方法（SAM）是Boardman開發(fā)的一種算法程序，一般用于超光譜圖像的監(jiān)督分類。該方法給出一系列光譜記錄來逐一定義每個巖石類型，將每個像元看作n維圖像數(shù)據(jù)庫空間的一個向量，并計算與光譜數(shù)據(jù)庫中光譜數(shù)據(jù)記錄（參考光譜）之間的向量夾角。像元光譜與光譜記錄（參考光譜）的光譜角度相匹配，即可分類為該類巖石。SAM方法的優(yōu)越性在于只考慮像元光譜與參考光譜的相似性，不考慮像元相對亮度的影響，這在一定程度上改善了陰影，或者土壤濕度的干擾，因為角度的匹配不考慮向量模的大小。
該方法應用的條件是圖像數(shù)據(jù)必須進行反射率反演，使像元的“視反射率”能夠與光譜數(shù)據(jù)庫中的參考光譜進行匹配。但實際應用中，由于大氣條件和圖像質(zhì)量等各方面的原因，較難完成反射率反演這道科學程序，從而限制了該方法的實際應用。因為ASTER的數(shù)據(jù)質(zhì)量不理想，參考光譜選用的是典型的像元光譜。
光譜角度填圖方法試驗區(qū)選在納赤臺北部的東昆中斷裂帶附近的花崗巖內(nèi)外接觸帶（圖9-8）。試驗中選取的典型巖類有5個，構(gòu)成參考光譜數(shù)據(jù)庫。提取的像元光譜是1～9波段，依照這組波段曲線，它們的光譜角度最大差異的區(qū)間分布在4～9波段的近紅外-短波紅外譜段，因此將其作為SAM處理的6維向量空間，角度匹配的閾值為5度。從結(jié)果中能夠看出，SAM方法不僅可以克服花崗巖中不同亮度值對分類的影響，能夠進行陰影中的分類，而且能夠區(qū)分常規(guī)合成圖像中容易混淆的 白云石（藍色）和高嶺土（黃色）。但萬保溝群中的部分巖性段被歸入花崗巖體（紅色），說明該方法還不能區(qū)分“同譜異質(zhì)”的地質(zhì)體。
圖9-8 納赤臺北部ASTER數(shù)據(jù)4～9通道光譜角度填圖
上圖—光譜角度填圖結(jié)果；中圖—ASTER7、3、1常規(guī)合成圖像；下圖—基于像元的分類參考光譜
說明：橫軸為ASTER1-9波段；縱軸為像元視反射率。
二、IRS-P6遙感礦物指數(shù)試驗
IRS-P6在地質(zhì)上的應用國內(nèi)外少有報道，主要原因是它波段分布有限，尤其缺少短波紅外區(qū)間的設置，因此缺乏對羥基類地質(zhì)體信息的識別能力（表9-7），但它的地面分辨率高于ETM，在ETM數(shù)據(jù)缺乏或者質(zhì)量不佳的情況下也不失為一種可以替代的數(shù)據(jù)資源。本次試驗也對其在地質(zhì)填圖中的應用效果進行了比值指數(shù)的初步應用。
表9-7 IRS-P6和ETM的波段設置對比
在可見和近紅外區(qū)間，鐵的特征吸收占光譜的主導因素。依據(jù)常見鐵氧化礦物的吸收特征，針對0.9μm附近三價鐵的寬緩吸收帶，波段2和波段3良好地反映了該處的吸收特征。因此選用CH2/CH3作為三價鐵氧化礦物的指數(shù)。如果沒有鐵氧化礦物存在，吸收帶就不存在，這個比值將會是很低的。所使用幾個比值指數(shù)如下：三價鐵氧化礦物CH2/CH3；二價鐵或暗色巖系CH1/CH4平的特征；碳酸鹽巖CH1/CH2，依據(jù)碳酸鹽巖一般缺乏鐵礦物，缺少鐵族礦物在近紫外區(qū)間很強的電子躍遷引起的吸收。
但在卡巴紐爾多南部局部地區(qū)，采用了4/3.2/3和1/2幾種比值組合，完全是針對該區(qū)廣泛分布的砂板巖，依據(jù)試驗效果的一種選擇。
IRS-P6的應用效果不如ETM，但應用上述比值合成的假彩色圖像在解譯應用中也能夠與ETM圖像取長補短。如溫泉水庫西部，IRS-P6有更加概括的巖性信息，而ETM由于短波紅外信息的加入，圖斑細碎，不宜于解譯成圖。
三、Hyperion遙感信息提取方法
由于高光譜遙感具有多個波段和高光譜分辨率的特點，高光譜的窄波段可以有效地區(qū)別礦物的吸收特征，利用各種礦物和巖石在電磁波譜上顯示的診斷性光譜特征可以識別礦物，使礦物識別和區(qū)域地質(zhì)制圖成為高光譜技術(shù)主要的應用領(lǐng)域之一。
為了實現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)巖礦高光譜遙感的識別和分類，并考慮到研究區(qū)復雜的地質(zhì)、地貌、氣候和地表覆蓋等特點對所采用的遙感圖像的影響，在高光譜巖礦填圖中采用地面光譜和圖像光譜相結(jié)合的處理分析方法。
（一）巖石光譜測量
為了最大限度地滿足光譜測量精度的要求，在本次野外光譜測量中所采用的儀器為美國ASD公司的最新產(chǎn)品FieldSpec FR便捷式地物波譜儀（圖9-9），該儀器主要參數(shù)見表9-8。此儀器不僅具有攜帶方便、速度快、高信噪比、高可靠性、高重復性、操作簡單和軟件包功能強勁等特點，而且還可以進行實時測量和觀察輻射、輻射度、CIE顏色、反射和透射。
圖9-9 野外光譜采集
數(shù)據(jù)采集軟件采用的是美國ASD公司的FieldSpec FR數(shù)據(jù)采集分析軟件包，該軟件具有速度快、實時測量、操作界面簡單、靈敏度高和功能強大等優(yōu)點，另外它所獲取的數(shù)據(jù)可以直接被ENVI軟件讀取，極大地促進了后期數(shù)據(jù)處理進程。
由于研究區(qū)域特殊地理位置和復雜的氣候條件，而且氣候多變，考慮到諸多不利因素對光譜采集質(zhì)量的影響，我們于2008年7月進行了野外光譜數(shù)據(jù)采集，此時該地區(qū)的大氣、空氣濕度、風、光照和云層覆蓋等條件適宜于野外光譜數(shù)據(jù)采集，而且采集到的數(shù)據(jù)和選用的遙感圖像數(shù)據(jù)時間匹配性好，滿足研究精度要求和填圖需要。
為了最大限度地滿足高光譜遙感礦物填圖的要求，采用了野外和室內(nèi)測量相結(jié)合的測量方法。另外，在研究區(qū)域內(nèi)還選擇了多個具有代表性的開闊地帶作為平場并進行了多次重復測量。
野外完成了包含花崗巖、變質(zhì)巖、流紋巖、千枚巖、大理巖、板巖、頁巖、鐵礦石、銅礦石、金礦石、鉛礦石、鋅礦石等多達100多種不同類型以及同種類型不同狀態(tài)（如巖礦石的風化面、新鮮面等）的巖礦石的光譜數(shù)據(jù)室內(nèi)和野外采集工作，并且經(jīng)過系統(tǒng)編號整理建立了各種巖礦石與其光譜數(shù)據(jù)的對應表（圖9-10），為圖像解譯和填圖工作提供了較為完備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
表9-8 FieldSpec FR便捷式地物波譜儀相關(guān)參數(shù)
圖9-10 野外實測光譜數(shù)據(jù)庫
（二）礦物光譜測量
采用南京地質(zhì)調(diào)查中心研發(fā)的BJKF-III型便攜式近紅外礦物分析儀，對礦化樣品進行光譜曲線測量，得到典型蝕變礦物光譜曲線，其礦物包括方解石（圖9-11a）、高嶺石（圖9-11b）、綠泥石（圖9-11c）和孔雀石（圖9-11d）等。黃銅礦為銅的硫化物礦石，具有不透明礦物的典型特征，遙感較難識別，而孔雀石存在二價銅離子引起的特征吸收帶。
圖9-11 東大灘銅礦典型礦物光譜曲線圖
通過駝路溝鈷金礦床野外調(diào)查取樣，利用便攜式近紅外礦物光譜儀對樣品進行光譜測量，進一步驗證了遙感圖像提取孔雀石和黃鉀鐵礬等礦物信息（圖9-12）。同時，在駝路溝礦區(qū)斷裂帶內(nèi)還檢測出遙感圖像未能解譯出的石膏等礦物（圖9-12d）。
（三）數(shù)據(jù)預處理
Hyperion高光譜數(shù)據(jù)經(jīng)過斑點去除、回波糾正、背景去除、輻射糾正、壞像元恢復以及圖像質(zhì)量檢查等一系列處理過程，用戶拿到的數(shù)據(jù)應該不再有壞像元或條紋，但實際上卻仍然存在，在進行圖像應用之前，必須對圖像進行預處理，糾正不正常的像元。預處理主要包括去除未定標及受水汽影響的波段、絕對輻射值轉(zhuǎn)換、壞線修復及誤差條帶的去除、反射率定標和大氣校正等。
1.去除未定標及受水汽影響的波段
Hyperion數(shù)據(jù)的242個波段中，經(jīng)過輻射定標的獨立波段實際上只有196個，但有些波段受水汽影響非常嚴重，無法應用，經(jīng)去除處理后只有158個波段可用（表9-9）。
2.絕對輻射值轉(zhuǎn)換
Hyperion的L1產(chǎn)品數(shù)據(jù)集以有符號的整型數(shù)據(jù)記錄，數(shù)值范圍為-32767～+32767。但實際上地物的輻射值非常小，產(chǎn)品生成時對VNIR和SWIR波段都采用了擴大因子，系數(shù)分別為40和80。因此，需要把圖像的亮度值轉(zhuǎn)換為絕對輻射值，將VNIR和SWIR波段分別除以40和80，生成絕對輻射值圖像。
圖9-12 駝路溝鈷金礦典型礦物光譜曲線圖
表9-9 剔除和保留的波段
3.壞線修復及誤差條帶的去除
由于Hyperion傳感器的個別通道存在壞的探測元，致使圖像存在著不正常數(shù)據(jù)，DN值為零或者非常小的稱為死像素列，即壞線。對壞線用相鄰行或列的平均值進行修復，壞線修復前與修復后效果見圖9-13。
Hyperion光譜儀采用推掃式的對地觀測方式，所以系統(tǒng)中CCD的排列方式垂直于航跡方向。由于不同行中的傳感器對光譜響應值不同，在光譜入射時會導致在每個譜段上出現(xiàn)豎條紋，即列向條帶噪聲。條紋嚴重影響圖像的質(zhì)量及實際應用，應用時需要對條紋噪聲進行去除處理。
本項目采用ENVI軟件中的傅里葉變換及聯(lián)合概率濾波平滑方法去除影像的條紋噪聲，并用MNF進行效果評價。修復效果見圖9-14。
圖9-13 VNIR第56波段壞線修復前后圖像
圖9-14 垂直條紋去除前后圖像對比
4.反射率定標
高光譜遙感數(shù)據(jù)定標的首要任務就是對成像光譜儀定標，將遙感器探測到的數(shù)據(jù)變換為絕對亮度或與地表反射率、表面溫度等物理量有關(guān)的相對值的處理過程。通過原始圖像提取的波譜曲線為太陽輻射與大氣輻射共同作用的結(jié)果，這些波譜剖面曲線都是相似的，表示的是輻射亮度曲線，而不是反射率波譜曲線。因此，需要將輻射亮度曲線轉(zhuǎn)換為反射率波譜曲線，以消除大氣吸收、散射、地形起伏及傳感器本身誤差所帶來的各種失真對數(shù)據(jù)的影響，恢復地物光譜數(shù)據(jù)的原貌。將影像的輻射亮度值轉(zhuǎn)換成表觀反射率的過程，稱為反射率定標或地物光譜重建。
主要校正定標的方法有平場域定標、內(nèi)部平均相對反射率定標以及經(jīng)驗線性定標。本次研究針對星載高光譜數(shù)據(jù)，主要采用了基于大氣輻射傳輸理論的FLAASH定標模型，并進了分析總結(jié)，得到了比較好的應用效果。
5.大氣校正
遙感衛(wèi)星傳感器接收到的目標物反射及發(fā)射能量輻射在傳輸過程中需要通過大氣層，使高光譜遙感影像記錄的是包含地面反射光譜信息和大氣輻射傳輸效應引起的地面反射輻照度變化等綜合信息。大氣校正的目的是消除大氣和光照等因素對地物反射的影響，獲得地表的真實物理模型參數(shù)，如地物反射率、輻射率和地表溫度等。圖像是否需要進行大氣校正，主要取決于圖像的質(zhì)量及用途。對于空間分布均勻的影像，如果只是用單時像的數(shù)據(jù)分類，由于大氣對分類的影響是一致的，就沒有必要進行大氣校正。對于空間分布不均勻的影像，如有些區(qū)域有霧或者下雨等現(xiàn)象，就有必要糾正大氣的影響。因此，將表示反射率亮度的原始遙感影像DN值數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為反射率數(shù)據(jù)，對正確利用遙感數(shù)據(jù)進行定量分析及信息提取十分關(guān)鍵。由于本次研究利用實測地物光譜與美國USGS光譜庫標準光譜相結(jié)合的方法進行識別分類，所以需要進行大氣校正。
目前，基于大氣輻射傳輸理論的輻射校正模型主要包括：5S、6S、ATREM、MODTRAN、ACORN和FLAASH等。針對Hyperion高光譜數(shù)據(jù)的特點，本項目主要利用ENVI軟件中的FLAASH模塊進行大氣校正處理。
為了驗證FLAASH大氣校正的效果，分別使用了校正前后的雪、巖石及水體的混合波譜曲線進行對比見圖9-15，并采用野外實測波譜曲線與校正后的圖像的波譜曲線進行對比，總的效果較好。
圖9-15 大氣校正前后雪、巖石和水體的波譜曲線對比
6.幾何糾正
圖像預處理的最后一步工作為圖像的幾何糾正。本研究采用了1∶100000納赤臺幅地形圖，應用二次多項式和雙線性內(nèi)插重采樣方法，共選取了117個控制點，對高光譜數(shù)據(jù)進行了幾何精度校正。
（四）圖像鑲嵌與裁剪
本項目共定購東大灘地區(qū)5景Hyperion數(shù)據(jù)，其中KL2與KL3景在夏天獲取，KL4-KL6在冬天獲取，所以地物色調(diào)相差較大，進行鑲嵌時必須進行調(diào)色處理。由于Hyperion數(shù)據(jù)覆蓋面積寬7.7km，長85km，南北向覆蓋區(qū)域較長，應用時需做剪裁處理。經(jīng)過鑲嵌與剪裁之后數(shù)據(jù)的覆蓋范圍見圖9-5。
（五）信息提取
經(jīng)過去除未定標和受水汽影響的波段、進行絕對輻射值轉(zhuǎn)換、壞線及條紋修復、smile效應去除、大氣校正和幾何精度校正等過程，得到反射率數(shù)據(jù)。利用波譜分析工具Spectral Analyst進行波譜分析鑒別礦物，選擇美國地質(zhì)調(diào)查局波譜庫，該庫包括近500種礦物波譜，波長范圍0.4～2.5μm。本次巖礦蝕變信息提取主要應用USGS波譜庫作為端元波譜，結(jié)合野外實測光譜曲線，應用純凈像原指數(shù)法（PPI）作為輔助方法提取端元波譜，最后利用光譜角（SAM）填圖法和波譜特征擬合法（SFF）成圖。
本項目各類遙感圖像覆蓋面積達18850km2。除受風成黃土、植被、雪被、草甸土、陰影以及冰緣凍融作用所產(chǎn)生的碎屑坡積物等因素干擾不能有效提取信息外，其他地區(qū)均提取出大量巖石、構(gòu)造和礦化蝕變信息。野外驗證表明，不同的遙感數(shù)據(jù)均可有效地提取地質(zhì)信息，但是適用范圍和提取信息量存在差別。本項目選擇溫泉水庫地區(qū)和玉珠峰巴顏喀拉山群分布區(qū)進行ASTER遙感巖性填圖與納赤臺地區(qū)Hyperion高光譜礦物填圖試驗，評價國內(nèi)目前尚未普及、但極具應用前景的ASTER和Hyperion等遙感信息在巖性與礦物填圖中的應用潛力。
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一、說明
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二、遙感影像下載
UCGS：這個網(wǎng)站的遙感影像下載特別方便，只要注冊一個賬號即可下載，瀏覽該網(wǎng)站時需要有java的jre環(huán)境才能看到地圖界面。不過這個網(wǎng)站的數(shù)據(jù)分辨率較低，landset系列衛(wèi)星的為240米/1000米，modis的為5000/10000米，其他系列衛(wèi)星的分辨率最高也在100多米。如果對分辨率要求不高的話可以下載，數(shù)據(jù)比較全，時間分辨率較高。
馬里蘭大學 無需注冊，進入可直接下載。下載方法可參考如下鏈接：http://wenku.baidu.com/view/8701854c767f5acfa1c7cd1f.html
中科院遙感所，中國資源衛(wèi)星中心也可以下載。
三、不同系列的衛(wèi)星介紹
1. SPOT影像
SPOT影像是由SPOT衛(wèi)星高分辨率多波段掃描儀（HRV）獲取的遙感影像，包括全色和多波段兩種。
光譜響應范圍：
全色波段為0.51～0.73微米；
多波段分別為0.50～0.59微米（綠）、0.61～0.68微米（紅）和0.79～0.89微米（近紅外）。
空間分辨率，前者為10米，后者為20米。
SPOT影像的分辨率有2.5米的全色波段和5米及10米的多波段。
2.QuickBird
QuickBird衛(wèi)星于2001年10月由美國DigitalGlobe公司發(fā)射，是提供亞米級分辨率的最早商業(yè)衛(wèi)星，QuickBird衛(wèi)星系統(tǒng)每年能采集七千五百萬平方公里的衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，存檔數(shù)據(jù)每天以史無前例的速度在遞增。在中國境內(nèi)每天至少有2至3個過境軌道，有存檔數(shù)據(jù)約500萬平方公里。
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