[發明專利]基于光譜反射峰分解的高光譜遙感礦物含量定量反演方法

無效

• 申請號: 201010220477.2
• 申請日: 2010-06-28
• 公開（公告）號: CN101887012A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 閆柏琨;甘甫平;王潤生
• 申請（專利權）人: 中國國土資源航空物探遙感中心;閆柏琨
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G01N21/31
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域

本發明涉及一種基于光譜反射峰分解的高光譜遙感礦物含量定量反演方法，屬于高光譜遙感礦物識別領域，它適用于利用高光譜遙感數據定量識別巖石或土壤中的礦物組成及含量。

(二)背景技術

高光譜遙感具有圖譜合一的特點，可根據礦物的精細光譜特征進行礦物信息的識別。目前，高光譜遙感礦物識別分為定性識別與定量識別。定性識別主要有兩大類方法——基于光譜專家知識的識別方法、基于光譜相似性算法的識別方法。定量識別的方法以光譜分解為基本方法。無論是定性識別還是定量識別，上述方法均以反射光譜的吸收譜段為識別礦物的主要依據。

對于譜段范圍未覆蓋礦物吸收譜段的高光譜數據，常用的基于吸收譜段的礦物識別方法難以應用，需開發基于反射峰的礦物識別方法。對于譜段范圍覆蓋礦物吸收譜段的高光譜數據，基于反射峰的礦物識別方法同樣具有重要意義，綜合利用光譜反射峰與吸收譜段進行礦物定量識別，相對于單獨利用吸收譜段進行礦物定量識別，可能會提高識別的精度與準確度。

中國嫦娥一號月球探測衛星攜帶有高光譜儀即屬于譜段范圍未覆蓋待識別礦物吸收譜段的光譜儀，其譜段范圍為0.48-0.96μm，而月壤主要礦物(斜長石、橄欖石、斜方輝石、單斜輝石、鈦鐵礦)的主要吸收譜段為0.8-2.0μm，常用的基于吸收譜段的礦物識別方法難以應用。0.48-0.96μm可覆蓋月表主要礦物的反射峰。因此，開發基于光譜反射峰的月壤礦物定量識別方法，是利用嫦娥一號高光譜儀進行月表礦物識別的關鍵。

(三)發明內容

1、目的：本發明的目的是，針對目前高光譜遙感礦物含量定量反演方法中沒有充分挖掘光譜反射峰中蘊含的礦物信息的問題，提供了一種基于光譜反射峰分解的高光譜遙感礦物含量定量反演方法，它不僅可應用于類似于嫦娥一號未覆蓋礦物吸收譜段的高光譜數據，而且可用于譜段范圍覆蓋礦物吸收譜段的高光譜數據，綜合應用光譜反射峰與吸收譜帶進行礦物含量定量反演，提高反演精度與準確度。

2、需解決的技術問題

常用的高光譜遙感礦物識別的方法均是針對反射光譜的吸收譜段，通過識別吸收譜段的各種特征(吸收谷位置、譜形等)來識別礦物。因此，需將反射峰轉換為吸收谷的譜形(將反射光譜轉換為吸收光譜)，才可應用高光譜遙感礦物識別的方法。例如，對反射峰直接進行去連續統處理，則反射峰的譜形的信息會被抑制，只有將反射峰轉換為類似于吸收谷的譜形，連續統處理才可突出反射峰的譜形，才可能從中挖掘礦物信息。

從遙感物理的基礎理論出發，反射光譜與吸收光譜的轉換公式為(在沒有透射的情況下)

S_Absoption＝1-S_{Re?flec?tan?ce}?………(1)

其中，S_Absoption為吸收光譜，S_{Re?flec?tan?ce}為反射光譜。這一轉換方法符合遙感物理的基礎理論，但給數據處理帶來了困難，使連續統去除這一對于抑制由于地形、照度等因素所致的光譜變異較好的方法無法應用。連續統去除的過程是對光譜進行除法運算的過程，只有反射光譜與吸收光譜轉換的過程也是乘法或除法，才能通過連續統去除抑制反射光譜中包含的地形、照度等外界因素，突出其中蘊含的礦物信息。利用公式(1)計算的吸收光譜無法再運用連續統去除的方法來處理。因此，需要開發基于乘法或除法的反射光譜與吸收光譜轉換方法。

另外，高光譜遙感獲取的均是是多種礦物的混合光譜，并且混合特性為非線性混合。混合光譜的形成過程是光波與礦物顆粒之間反射、透射、折射、衍射、(多次與單次)散射等多種物理過程綜合作用的結果，導致光譜混合為非線性混合，運用光譜線性分解模型解決非線性混合的光譜會造成較大的誤差。需開發礦物光譜非線性混合效應所致的誤差的修正方法。

3、技術方案

本發明針對上述需要解決的技術問題，提出了相應的解決方案。整體解決方案見附圖1。本發明基于光譜反射峰分解的高光譜遙感礦物含量定量反演方法，該方法具體步驟如下：

步驟一：數據的讀入

這些數據包括高光譜遙感數據與端元光譜數據，其中端元的礦物種類來自于專家知識。

步驟二：反射峰波段的截取

其截取方法為，截取介于兩個吸收譜段之間的反射光譜為反射峰，截取的兩個端點分別為左右兩個吸收譜段的中心。

步驟三：反射光譜與吸收光譜的轉換

其轉換公式為，