遥感地质蚀变异常信息提取试验

1、基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取“基础地质学”创新性实验遥感地质蚀变异常信息提取实验“基础地质学”国家级教学实验示范中心二0二0年二月二十二日基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 实验目的3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 实验内容3 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 熟悉遥感影像的辐射定标的方法与流程 3 HYPERLINK l bookmark

2、12 o Current Document 掌握遥感影像的波段合成、投影转换、影像裁剪的方法 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 掌握ETM+S感影像的Flaash大气校正、掩膜的应用方法 3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 掌握ETM+S感影像羟基和铁染异常信息提取的方法与流程 3 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 掌握ENVI与Surfer软件协同制图的方法。 3 HYPERLINK l bookmark20 o Current Docu

3、ment 实验要求4 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 实验条件4软件平台：ENVI4.6 Surfer94遥感数据源：金川地区 Landsat7 ETM+1感影像4 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 实验原理4 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 蚀变异常提取的地质依据 4 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 蚀变异常提取的物理依据 4 HYPERLINK l bookmark30 o Curren

4、t Document 利用主成分分析方法提取矿化蚀变信息 5 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 铁染蚀变异常分析5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 含羟基类矿物和含 CO2-矿物蚀变异常分析 6 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 实验步骤7 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 金川地区ETM+S感影像辐射定标7 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 金

5、川地区ETM+S感影像不同波段的合成 9 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 定义金川地区ETM+S感影像的地理坐标 11 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 对金川地区ETM+S感影像的地理坐标进行投影转换 13 HYPERLINK l bookmark70 o Current Document 对金川地区ETM+S感影像进行裁剪15 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 对金川地区ETM+S感影像进行FLAASH气校正17数据转换17 HYPERLI

6、NK l bookmark83 o Current Document 编辑头文件信息18 HYPERLINK l bookmark89 o Current Document 进行FLAASK气校正20简易去除ETM+S感影像的干扰信息 23建立ROI （感兴趣区） 23 HYPERLINK l bookmark112 o Current Document 建立掩膜25 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 应用掩膜26 HYPERLINK l bookmark122 o Current Document 掩膜的反选 28 HYPERLINK l

7、bookmark126 o Current Document 掩膜反选后的应用29 HYPERLINK l bookmark132 o Current Document 主成分分析30 HYPERLINK l bookmark142 o Current Document 提取蚀变异常信息 33 HYPERLINK l bookmark146 o Current Document 用Surfer软件修饰铁染蚀变异常信息 35 HYPERLINK l bookmark164 o Current Document 总结41 HYPERLINK l bookmark166 o Current Docu

8、ment 课后练习及作业 42基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取实验目的通过学习基于地学软件的矿化蚀变异常信息提取的流程，了解利用主成分分析方法提取矿 化蚀变异常信息提取的原理，掌握 ENVI4.6以及Surfer9软件的基本使用方法。实验内容熟悉遥感影像的辐射定标的方法与流程通过学习遥感影像的辐射定标的方法与流程，掌握用 ENVI软件进行辐射定标的具体操作, 加深对遥感图像处理知识的理解。掌握遥感影像的波段合成、投影转换、影像裁剪的方法通过学习遥感影像的波段合成、投影转换、影像裁剪的方法与流程，掌握用 ENVI软件进 行这些操作的具体步骤，加深对遥感图像处理知识的理解。掌握

9、ETM+遥感影像的Flaash大气校正、掩膜的应用方法通过学习ETM+S感影像的Flaash大气校正，掩膜的建立与应用方法，熟练掌握 ENVI软件 进行这些操作的具体步骤，加深对大气校正知识的理解。掌握ETM+遥感影像羟基和铁染异常信息提取的方法与流程通过学习利用主成分分析方法对 ETM+S感影像进行羟基和铁染异常信息提取的方法与流 程，熟练掌握ENVI软件进行这些操作的具体步骤，加深对矿化蚀变信息提取知识的理解。掌握ENVI与Surfer软件协同制图的方法。通过学习使用ENVI软件提取ETM+遥感影像矿化蚀变信息与 Surfer软件绘制矿化蚀变异常 空间分布图，综合掌握 ENVI与Surfe

10、r软件协同制图的方法，加深对所学知识的理解。基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取实验要求上课时，需认真听取实验老师的细致讲解；练习时，按照实验指导书的步骤，自己亲自动 手使用ENVI4.6软件提取矿化蚀变异常信息；以及在Surfer软件中制作矿化蚀变异常信息空间分布图。实验条件软件平台：ENVI4.6、Surfer9ENVI4.6软件为遥感图像处理软件，用于提取矿化蚀变异常信息；Surfer 9软件为一款以画三维图（等高线，image map, 3d surface ）的软件，具有的强大插值功能和绘制图件能力，使 它成为用来处理XYZ数据的首选软件，是地质工作者必备的专业成图软

11、件。遥感数据源：金川地区Landsat7 ETM+遥感影像Landsat7于1999年4月15日发射升空后，由于其优越的数据质量，以及与以前的Landsat系列卫星保持了在数据上的延续性，现在已成为中国遥感卫星地面站的主要产品之一，2003.5月出现故障退役。实验原理蚀变异常提取的地质依据目前认为中等强度以上的蚀变带对于TM （ETM+）蚀变信息提取是十分有利的。有时尽管有蚀变岩存在，但不一定有矿，然而围岩的剧烈而较大范围的蚀变常常与大矿及富矿石的生 成立为隶属，大型特大型内生热液矿床一般均有强烈且较大范围的围岩蚀变，并且具有分带现 象（如斑岩铜矿）。这便是以找矿（首先是大矿、富矿）为最终目的

12、蚀变遥感异常提取的地质 依据。蚀变异常提取的物理依据基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取从Hunt G.RC （1978）和他领导的实验室的研究成果以及阎积惠等（1995）依据矿物反射 波谱特征吸收谱带特点的定性分类研究中可以知道：主要造岩矿物在可见光一一近红外光谱 （0.35-0.25um）并不产生具有鉴定意义的反射谱带，其光谱特征主要由岩石中为数不多的次要 矿物决定：一是含铁（Fe2+, Fe3+）基 团产生，含铁矿物主要有角闪石、 赤铁矿、褐铁矿、针铁矿、磁铁 矿、黄钾铁矶等，他们在TMl、 TM4波段有强的吸收带，若岩石 中含多量的Fe3+,而含Fe2+较少， 这类岩石

13、的主要吸收谱带位于 TM4和TM1波段，反射波长相当 于TM3波段的电磁波。若含大量 的Fe2+、含Fe3+较少，则主要吸 收谱带位于1波段，对于波长相 当于TM2波段的电磁波有某种程度的反射。二是含羟基（OH-）、水（H2O）或碳酸根（CO32-）基团产生，羟基的吸收谱带主要有二 处：2.2um, 2.3um,由于OH-在2. 22.3um附近存在强吸收谷（称为羟基谱带），使得TM7 产生低值，TM5产生高值，含羟基矿物大多为次级蚀变矿物，如高岭土、叶腊石、云母类矿 物、绿泥石、绿帘石等，水在 1.4um和1.9um处有特征吸收带。含碳酸根矿物主要有五个特征 吸收谱带（1.9-2.55um）

14、,较强的两个在2.35um和2.55um波长处（称为碳酸根谱带），相对较 弱的在 1.9um, 2.0um, 2.16um三处。利用主成分分析方法提取矿化蚀变信息遥感图像各波段间存有一定的相关性，为了减少相关性对分类的影响，常使用主分量分析 法去相关。主分量分析基于变量之间的相互关系，在信息总量守恒的前提下，利用线性变换的 方法来实现去相关性。由于所获各主分量之间不相关，故各主分量之间信息没有重复或冗余。 故主分量分析这一基本性质在蚀变异常信息提取中被充分利用并很有成效。铁染蚀变异常分析针对各个波段波谱所反映的特征，选取 TM1、TM3、TM4、TM5这4个波段作为组合波段基础地质学实验教学创

15、新实验 一遥感地质蚀变异常信息提取做主成分分析。这是因为铁氧化物的特征光谱信息集中在了TM14波段，在TM4和TM1波段有吸收峰，在TM3波段无特征吸收而呈高反射。同时为了避免含羟基和碳酸根矿物的干扰，在 选取波段组合时舍弃了 TM7波段。对TM1、TM3、TM4、TM5应用掩膜做主成分分析，统计分析如下：特征向量(Eigenvectors )主成分Band 1Band 3Band 4Band 5PC10.4153040.5278860.4966230.549750PC2-0.204294-0.5514550.807515-0.045623PC3-0.636068-0.097958-0.185

16、8670.742479PC4-0.6174170.6384660.258339-0.380024从上表可以看出，PC1主要反映了 TM3和TM5波段的信息；PC2主要反映了 TM4波段 的信息；PC3反映TM5波段的加信息和TM1波段的减信息；PC4反映了 TM1波段的减信息 和TM3波段的加信息。根据铁染类蚀变矿物的波谱特征，包含这类蚀变信息的图像应该具有 TM3与TM1或TM3与TM4具有相反的贡献值且绝对值较大，从而选择 PC2分量，故PC4分 量中暗色调部分表征了铁染信息。含羟基类矿物和含CO32-矿物蚀变异常分析选取TM1、TM4、TM5、TM7这4个波段作为组合波段做主成分分析 。

17、这是因为粘土 类矿物（含羟基矿物）和含 CO32-矿物的特征光谱信息集中在 TM5和TM7波段，在TM7波段 为特征吸收带，在 TM5相对高反射。主成分变换的波段组合的选择也是以此为依据的，由于 可见光波段对铁氧化物敏感，为了避免铁氧化物信息的干扰，故只选择了一个可见光波段参与 运算。对TM1、TM4、TM5、TM7应用掩膜做主成分分析，统计分析如下：特征向量(Eigenvectors )主成分Band 1Band 4Band 5Band 7PC10.4250780.5101330.5650800.489650PC2-0.1433960.809782-0.146893-0.549649PC3-

18、0.8701090.0487390.4575770.176519PC40.204102-0.2857310.670619-0.6534296基础地质学实验教学创新实验 一遥感地质蚀变异常信息提取从上表可以看出，PC1主要反映的是TM4和TM5波段的信息；PC2主要反映的是TM4 波段的信息；PC3反映的是TM1波段的信息；PC4反映的是TM5和TM7波段的信息，且符 号相反。根据含羟基类矿物和含 CO32-矿物的波谱特征，PC4图像中的高亮度信息就是表征含 羟基类矿物和含CO32-矿物的蚀变异常信息。实验步骤金川地区ETM+遥感影像辐射定标在ENVI 4.6软件中，单击菜单栏中的 fileop

19、en image file工具，打开金川地区 Landsat7ETM+S感影像中 band1影像文件。然后，单击菜单栏中的Basic ToolspreprocessingCalibration UtilitiesLandsat TM工具，为金川地区 ETM+S感影像中band1影像文件进行辐射定标，如图6-1所示图6-1打开辐射定标工具对话框在 TM Calibration Input File 弹窗下的 Select Input File栏中选择 Landsat 7的 band1 文件,然 后单击OK,如图6-2所示基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取图 6-2 TM Cal

20、ibration Input File 对话框接来下，在 TM Calibration Parameters弹窗中，单击 Get Calibration Parameters from Web选项，如图6-3所示。图 6-3 TM Calibration Parameters 对话框在 TM Web Calibration Parameters弹窗中，选择 Date/Path/Row/Band 选项，根据金川地区Landsat7 ETM+S感影像的头文件信息，依次填写下面红色标注处的信息，如 图6-4所示。注意：每一景影像的信息都不一样，一定要根据头文件信息填写。基础地质学实验教学创新实验一遥

21、感地质蚀变异常信息提取图 6-4 TM Web Calibration Parameters 对话框TM Web Calibration Parameters图 6-4 TM Web Calibration Parameters 对话框填写完成后，在TM Calibration Parameters中依次填写下图红色标注部分的信息，如 图6-5所示。图 6-5 TM Calibration Parameters 图 6-5 TM Calibration Parameters 对话框单击OK,即完成了金川地区Landsat7 ETM+S感影像中bandl影像文件的辐射定标操作;接下来，依次对 b

22、and2、band3、band4、band5、band7波段进行辐射定标操作。金川地区ETM+遥感影像不同波段的合成首先，在ENVI 4.6软件中，单击菜单栏中的fileopen image file工具，打开经过辐射定标的金JI地区 ETM+S感影像的 band1、band2、band3、band4、band5、band7 数据文件，如基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取图6-6所小。图 6-6 Available Band List 对话框然后，单击菜单栏中的 Basic Tools-Layer StackingX具；如图6-7所示。U*京 T0ol，口占找 ifkMiwi

23、 Tri inform FResize Data (Spatial/Spectral) Subset Data vid ROk RoUte/Flip Data Layer Stack ire) Convert Data (g/ ftlLr HIP) Stretch Data StatiUiK卜$口溷 StdlMici卜Change Detecti&n*M ensure ment T qoI Band Ma:h Sp(rdl Math 5eq mentation Imjqe ftegion Of Interest* TOC o 1-5 h z MosaickingMasking卜Preproce

24、tiing*图6-7打开波段合成工具在Layer Stacking Parameters弹窗中，单击Import File按钮，将经过辐射定标的金川地区 ETM+感影像的 band1、band2、band3、band4、band5、band7数据文件全部添加进来。之 后，单击Reorder Files按钮，在Reorder Files弹窗中将顺序从上到下调整为：band1、band2、band3、band4、band5、band7。选择好保存的路径，单击 OK即完成了金川地区 ETM+感影 像不同波段的波段合成操作。10基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取图 6-8 Layer

25、 Stacking Parameters 对话框定义金川地区 ETM+遥感影像的地理坐标首先，在ENVI 4.6软件中打开金川地区ETM锵像（波段合成后）,并加载彩色合成影像;在主菜单中单击 Map中选择Customize Map Projections选项。p | Vecior Topogf&picFUnJUr明前ig串 TOC o 1-5 h z 则博日加匕鹏Ri y rgf 0rHl沁 I，Mota Idling*GfeoEc 厅 froi Input Gee merry、GeotfeferetKSr SPOT.BDrefereinicaaASr&HGeorFfefwcc * VHRR*

26、GrorrSncncr EhMSAT，Ci电8中忸r-R MODft G-册 RA&ARSAT 目皿RKlCiAtomlzihAw Rr司&cll由it m 坤如QmUqw stdngM/3 SondilW CG*wener 双口 CocdifMtf Cflnveon Mtrge Old arnp prQj.ix IJL, 1.1 F11 0 fl- vJ4 k ai 0L h Dink. IJL, 1.1 -t ? 尸lr dJ，* rtt A 41 h.Jn.|D |D沏31工aGgitud* a o-GtariO- irrt-TldiMLdxLKi 丸2 |3E111| bHb&Itr

27、o J c t.L M EoroiiE Ctrth jt eeti zi ceti diMoNicki .峪m&rsue：Ge c refertriceSWiFSjec ref er triceMIVI5A二lillDK皿枢TBnilil RT1CnitomiMap rroieztionsLayer SLckicig5FS-LinrDr et ii q *1 i onMaj也，ASCII CGordinCtoVrSiL sij-a t raf-ar ASTERXYHRRarga DLd. jroj ixt,* Jilercm InfU-tsrCTVe :tai- TojjCgr a.plLic

28、Y iiridh图6-13打开投影转换工具其次，在新弹窗的Select Input File里选择要进行转换的影像，如甘肃金川 jubu.img;然后, 单击OK。13基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取图6-14投影转换输出影像窗口接着，在新弹窗中Resampling里选择Bilinear方法；同时，选择好要保存的路径。然后, 单击 Change Proj图6-15投影转换参数设置对话框再在新弹窗的Select New Projection中选择前面保存好的投影 jinchuantouying；然后，单击OE14基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取图6-16投

29、影选择对话框下图为投影后的彩色影像。图6-17投影转换后的影像对金川地区ETM+遥感影像进行裁剪首先，在ENVI 4.6软件中打开波段合成后的金川地区ETM+S感影像；在菜单栏中单击Basic ToolsResize Data (Spatial/Spectral) 工具。15基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取Basic I o ohClassificeticn I ranstorm 卜Basic I o ohri.v.?6相可口”:哨Subwt 口对a via ROIsRotdte/l-lip DdtdLyer StackingLoiAert Data (ESQ, B1L,

30、B1P)Stretch Data TOC o 1-5 h z StatisticsSp日tial 3ti$tksChange DetectionMedbUicfiiefil ToolBand MathSpectral MathSegmenutionlnidy TOC o 1-5 h z Region Of DitcrcstbMosaickingMasking*Pre praces sing图6-18打开裁剪工具在Resize Data Input File；单窗中选择要进行裁剪的影像，单击 Spatial Subset按钮;图6-19图6-19输入裁剪数据对话框在Select Spatial

31、Subset弹窗中，可以通过Image、Map、File、ROI/EVF四种方法进行裁剪, 根据需要裁剪出相应的研究区域。最后，单击OK,即完成裁剪操作。16基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取图6-20选择空间裁剪区域对话框对金川地区ETM+遥感影像进行 FLAASH大气校正数据转换首先，在ENVI软件中打开裁剪后的金川地区ETM+S感影像；再单击 Basic ToolsConvert Data (BSQ BIL BE 工具，对需要进行 FLAASH气校正的数据进行数据转换操作;日川1$ ClsiflCfldon Trforr F融由七Xia (5pBt阖&mbCData 中

32、6 RObiRjfftMft/HIp Difti LayerConvert Data，泣剂 L EIP) Stretch Data TOC o 1-5 h z StatMti 6卜5川必15tdM $卜Cheogc Detection1rMeai.ureneni: ToolBdiM MMh Spectral MMhSegmentstror Imjge TOC o 1-5 h z R 叫七 n Of )ntKtMosaiciciriqMm画 ngPf：pfOCMMIig1图6-21打开数据转换工具17基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取在Convert File Input Fi

33、le弹窗中，选择要进行数据转换的文件，再单击OK；图6-22图6-22输入数据转换文件窗口即完成图6-23即完成图6-23转换参数设置窗口再在Convert File Parameters弹窗中选择BIL格式，选择好存储路径后，单击 OK,了数据格式的转换。编辑头文件信息Edit然后，在Available Bands List窗口里选择刚才转换格式的文件，右击该文件，点击EditHeader 选项。18基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取File OptionsLgd Band Display tl-y AvdiUbfe BarFile OptionsLgd Band Disp

34、lay tl-y AvdiUbfe BarOpen File in ArcMap Add selected File to MennoryClose Selected FileQuick ,Load True Cofpr toClose Selected FileQuick ,Load CIR to L8d True Color to current* Load CIR to Fold AH FilesUnfold All FSes图6-24编辑头文件信息图6-25编辑头文件中的中心波长信息在弹出窗口中，单击 Edit Attributes,在下拉菜单中选择 Wavelengths进行下一步编

35、辑。图6-25编辑头文件中的中心波长信息在弹出的对话框中，依次将 bandl、band2、band3、band4、band5、band7波段的中心波长设置为：0.4825、0.565、0.66、0.825、1.65、2.22;之后，单击 OK。19基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取ResetCurrent Waeltngth Values rResetCurrent Waeltngth Values r:band!-rad):金 二tiandE-T“)：金” .)二:band!-rad):金 二tiandE-T“)：金” .)二bandSrad):金H :bandi-rad)

36、:登“ D :band5r-rad)逢JI池泄地池池区区区理藉箱一生F定一0. 485000. 565000. 660000. 925001.&50CUEdit Selected Iteni:IRfsize 7Layer_(TTfl Ca I (band 1跟veLength/FWHM Unit父叵诟嬴i三QKCancelImport A.9CJ J.Cl sar图6-26中心波长编辑对话框进行FLAASH大气校正最后，再单击菜单栏中 Basic ToolsPreprocessingCalibration UtilitiesFLAASHX具，进行FLAASHX气校正;命加 1 gh -He I

37、rnsformResize Erta 序(Mtldl/Spectr碎 41d3/1via ROEl$依k叫工由EC 3y(HrQ, HL, BIP命加 1 gh -He IrnsformResize Erta 序(Mtldl/Spectr碎 41d3/1via ROEl$依k叫工由EC 3y(HrQ, HL, BIP国and Mam 92cScgrmcnitfllion IkniigrRjrgn Of IrHcmtMa-filangi杷Miter spectrd u茸叼加:Wffldw HelpSelectetl &uid.havias 0Lrv T1 Cil dkru：QAtrfioH3ii

38、ea#l*Hidl5)i t d jiTLid 门4声 IlsImLiu ,.adWn Ta#l*Hidl图6-51打开查看统计结果工具Si*电，IWdL匾 T.liiXT* 5#1电 q：加9时)1如”匕Mifk-iirtflipjg然后，单击打开前面刚存好的铁染信息主成分分析后的文件1345.sta.32基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取图6-52图6-52输入统计分析结果文件最后，对Eigenvector进行分析，确定铁染信息主要对应在第几主成分。 IJ& E h-om门%!,金7口 X图6-53 IJ& E h-om门%!,金7口 X图6-53统计分析结果同理，可以用

39、主成分分析的方法分析羟基蚀变异常信息；其中，对羟基蚀变异常进行主成 分分析所用到的波段为1457波段。注意：分析过程见：5.3利用主成分分析方法提取矿化蚀变信息提取蚀变异常信息通过分析特征向量后，得出铁染蚀变异常信息提取中1345文件的第2主成分主要包含铁染信息。首先，加载第2主成分的灰度影像。33基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取图6-54第2主成分的灰度影像然后，在Image窗口里的菜单栏中单击 Enhance,选择Interactive Stretching。图6-55打开交互式拉伸工具其次，通过调整弹出窗口中两根线条的位置进行交互式拉伸，突出暗色调中铁染蚀变异常 信息

40、。34基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取图6-56交互式拉伸对话框最后，再将交互式拉伸好的影像保存图6-57图6-57保存拉伸后的结果用Surfer软件修饰铁染蚀变异常信息File,在下拉菜单中单击Save首先，加载前一步刚保存好的影像；冉在主菜单栏中单击 File As 再选择 ASCHFile,在下拉菜单中单击Save35基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取图6-58图6-58将拉伸的结果保存为 ASCII数据再单击 OE这样，就可再单击 OE这样，就可X图6-59设置ASCII参数其次，在Output Style中选择X Y Z Format;然后，选择好路径;以将铁染蚀变异常的信息导入到 Surfer软件中进行处理。步存储的含有铁染异常接下来，在surfer软件中主菜单栏中单击 Grid,选择Data,步存储的含有铁染异常信息的1345.txt文件转换为1345.grd文件36基础地质学实验教学创新实验一遥感地质蚀变异常信息提取图6-60在surfer中打开ASCII数据文件之后，点击New Contour Map工具，将上一步保存的1345.grd数据导入