[發明專利]一種機載高光譜土壤信息反演方法

在審

• 申請號: 202011165167.5
• 申請日: 2020-10-27
• 公開（公告）號: CN112378864A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 秦凱;趙寧博;楊越超;李明;朱玲;崔鑫
• 申請（專利權）人: 核工業北京地質研究院
• 主分類號: G01N21/25
• 分類號: G01N21/25;G06K9/62
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 王婷

本發明屬于地質勘查技術領域，具體涉及一種機載高光譜土壤信息反演方法，包括：(1)對機載光譜原始數據進行幾何校正、輻射校正和大氣校正，生成機載高光譜反射率圖像數據；(2)在機載高光譜反射率圖像數據上生成土壤采樣點圖像光譜庫；(3)對土壤采樣點圖像光譜庫篩選出與采樣點地面測量光譜最接近的圖像光譜集合；(4)構建高光譜土壤地化信息矩陣，計算土壤信息回歸方程；(5)采用篩選出的土壤采樣點圖像光譜集合，對機載高光譜反射率圖像數據進行光譜角分類；生成掩模后的圖像反射率數據；(6)將掩模后的圖像反射率數據，根據土壤信息的回歸方程計算，獲取土壤信息反演結果。

技術領域

本發明屬于地質勘查技術領域，具體涉及一種機載高光譜土壤信息反演方法。

背景技術

大量觀測地球系統的高光譜數據已經變得可用，這些數據來自于多平臺傳感器，包括從地球上幾米-幾百米的地面光譜儀、無人機高光譜測量系統到幾千米-幾百公里的航空及衛星遙感系統。其中機載高光譜數據是重要的數據源，應用機載高光譜數據進行區域土壤地球化學填圖對土壤調查、土質分析和農業具有重要的研究意義。由于目前的機載高光譜數據與地面實測光譜數據尺度不一致以及水分、大氣等干擾因素影響，導致區域尺度的高光譜地球化學填圖精度不高。

因此，需要設計一種機載高光譜土壤信息反演方法研究，實現高光譜土壤信息定量分析模型。

發明內容

本發明針對上述現有技術的不足，提供一種機載高光譜土壤信息反演方法，用于解決原有技術中機載高光譜數據與地面實測光譜數據尺度不一致以及水分、大氣等干擾因素影響，導致區域尺度的高光譜地球化學填圖精度不高的技術問題。

本發明的技術方案：

一種機載高光譜土壤信息反演方法，包括以下步驟：

步驟一：對機載光譜原始數據進行幾何校正、輻射校正和大氣校正，去掉水汽吸收波段，完成所有航帶鑲嵌，生成機載高光譜反射率圖像數據；

步驟二：以每個土壤地面采樣點坐標為中心，在機載高光譜反射率圖像數據上，采集一定范圍的圖像區域的平均反射率光譜，按照地面采樣點的編號順序，生成土壤采樣點圖像光譜庫；

步驟三：對步驟二的土壤采樣點圖像光譜庫進行聚類分析，篩選出與采樣點地面測量光譜最接近的圖像光譜集合；

步驟四：將土壤采樣點光譜集合與對應的采樣點的地球化學分析結果構建高光譜土壤地化信息矩陣，采用偏最小二乘法計算土壤信息的回歸方程；

步驟五：采用步驟三篩選出的土壤采樣點圖像光譜集合，對步驟一的機載高光譜反射率圖像數據進行光譜角分類；根據分類結果，運用掩模方法，只保留圖像中代表土壤的圖像像元，生成掩模后的圖像反射率數據；

步驟六：將掩模后的圖像反射率數據，根據步驟四的土壤信息的回歸方程計算，獲取土壤信息反演結果。

所述的步驟二中，采集一定范圍的圖像區域的平均反射率光譜，采集方法為：選擇M*M為采集圖像的像元數，M初始值分別為3、5、7、9；分別計算不同M值的圖像區域平均反射率光譜與對應點地面測量光譜的光譜角誤差，選擇最小光譜角誤差的平均反射率光譜。

所述步驟三還包括如下子步驟：

步驟3.1：設定土壤采樣點圖像光譜集合數K；

步驟3.2：從土壤采樣點圖像光譜庫中隨機選擇k個圖像光譜作為質心；

步驟3.3：對圖像光譜庫中每一個圖像光譜，計算其與每一個質心的距離，以每一個圖像光譜距離每個質心遠近作為劃分原則，即：圖像光譜距離某個質心近，就劃分到該質心所屬的集合；

步驟3.4：把所有圖像光譜歸好集合后，一共有k個集合；然后重新計算每個集合的質心；