读书报告-基于分形理论的遥感蚀变信息提取与分级探讨解析

1基于分形理论的遥感蚀变信息提取与分级探讨与分级中的应用进行一些探讨。(备注：我报告中用到的遥感数据，是由师兄提供的，而在遥感蚀变图与相应的分级结果图)分形理论创立于20世纪70年代中期。分形的概念是由曼德布罗特(BBMandelbort)在1975年首先提出的解决非线形现象的一种方法，其研究对象为自然界和社会活动中广泛存在的无序(无规则)而具有自相似性的系统。分形理论是研究自然界空间结构复杂性的一门地球科学家的注意。多重分形是当今分形理论的一个主旋律。多重分形研究一种物理量在一个支撑上的分布状况，换句话说，多重分形理论是定义在分形上的、多个标度指数奇异测度所组成的无限集合。简单分形只能用一个维数来描述整体特征，不能完整地刻画大自然的复杂性和多样性。许多复杂的现象往往包含多个层次，每个层次具有不同的统计特征，因此需要多个维数来全面刻画事物的特征。多重分形就是针对这类情况提出的新概念。分形是局部和整体以某种方式相似的形。在实际问题中为了考察一个事物是否存在局部度r把事物划分成N个相似的部分，对变化的r画出logN-logr曲线，然后检查曲线上是否有明分形方法已经广泛应用于确定地球化学背景值及其异常，我们可以借鉴已有的化探异常理论的遥感蚀变异常提取和分级)。与分级的国内外研究现状的热液型金矿床蚀变进行了研究。换+掩膜+分类(分割)”的方法在新用自己提出的“去干扰异常主分量门限化技术”很好的验证了蒙古国欧玉陶勒盖铜金矿床的存在位置，并提出三个新的有希望的羟基异常矿点。定量的方向发展。所以将分形理论应用于遥感蚀变异常的确定具有很大的研究价值。3遥感蚀变信息提取的理论基础2找矿的地质依据为三类：中酸性岩的蚀变(云英岩化、绢云母化、钠长石化、钾长石化)、基性超基性岩的蚀变(蛇纹石化、绿泥石化、青盘岩化、碳酸盐化)、石灰岩及其他碳酸盐类的蚀变(矽卡岩化、硅化、重晶石化、白云岩化)。数据的异常识别，可得到近矿围岩蚀变信息或矿化高丰度值异常区信息。提取的波谱依据对大量粒状矿物进行了波谱测试，形成了矿物波谱专门数据库(USGS数字光谱库)。在各及云母类等次生蚀变矿物，在2.2—2.3μm(相当于ETM+7波段)附近有较强的吸收谱带，使得这类含羟基和水的矿物及其所组成的岩石(蚀变岩)在ETM+7波段产生低值，而在化蚀变异常信息提取的波谱依据(见表3-1)。典型矿物分子式典型矿物分子式心(μm)离子或基团Fe3+(Al—OH)(Mg—OH)异常提取依据收特征波段的吸收特征收较强ETM征3雪光、近红外、短波红外和热红外波段。雪主主要应用领域被、编制森林类型图、区分人造地物类型。探测健康植被绿色反射率、可区分植被类型和评估作物长势，区分人造地物类型，对水体有一定的透射能力。。波长范围/μm段色绿色红色近红外短波红外红外短波红外全色波段段序号1234567ETM波段对矿化蚀变信息具有良好的指示作用。ETM+1：位于铁离子由晶体场和电荷转移所产生的吸收波段，因而，可用于增强铁离子信息。ETM：位于含铁离子矿物的高反射波段，因而，被广泛应用于增强铁染信息。ETM+4：拉大了植被与含铁离子矿物信息之间的区别。同时该波段处于水体的强吸收ETM+5：蚀变矿物在该波段具有高反射的特点，因此该波段对于蚀变矿物的判定具有来去除雪、云干扰。μm)，对岩石、特定矿物反映敏感，有利于区分主要岩石类型、岩石的水热蚀变、探测与交代岩石有关的粘土矿物等，该波段增加ETM+数据在地质探矿方面的应用。各类岩石在TMETM+第7波段可4遥感图像处理.1遥感数据的选择根据需要选择合适的遥感影像(选择时主要考虑成像时间和云量多少)。44.2子区切取根据研究需要，对经过大气校正和几何校正等预处理之后的图像切割以选择研究区。4.3遥感图像的波段选择经过几何校正和子区切取后，研究区范围已经确定，但是开展遥感地质工作，首先需为了充分利用彩色在遥感图像判读中的优势，常常利用彩色合成的方法对多光谱图像色合成显得尤为重要。选择ETM+合成图像组合波段的一般原则是：重复和冗余，导致合成图像的总信息量不高。同时还影响合成图像的色彩饱和度，三波段相关性越强，图像饱和度越差。选用含有目标物特征谱带的波段。5研究区遥感蚀变异常信息提取.1提取方法研究和归纳，目前主要使用的图像处理及提取方法有以下几种：比值变换法利用反射波段与吸收波段的比值处理增强各种岩性之间的波谱差异，抑制地形的影响，并显对于蚀变矿物就是分析蚀变矿物的波谱曲线，找出斜率变化最大的区间和曲线中的反射3波段，光谱反射率曲线上升梯度较大，而在ETM+4波段附近有一个较强的光谱吸收带。 (2)羟基类矿物，包括粘土矿物和云母，其反射光谱的典型特征表现在ETM+7波段存在相近。被和区分褐铁矿化岩石。分分析法5主成分分析法(PCA—principalcomponentsanalysis)(又称K-L变换)是现在广泛采用干。即用几个综合性波段代表多波段的原图像，使处理的数据量减少。对于ETM+图像，通变异常信息的提取正是利用了主成分分析的这一基本性质。ETM+多波段数据通过PCA所获每一主分量常常代表一定的地质意义，且互不重复，即各主分量的地质意义有其独特性。文献中最早(1989年)报道的提取岩石蚀变信息的方法crosta法就是利用主成分分析法，该方法通过(TM1、TM3、TM4、TM5)和(TM1、TM4、TM5、TM7)两组主成O构成该主分量的特征向量，其TM3系数应与TM1及TM4的系数符号相反，TM3一般与TM5系数符号相同。依有关地物的波谱特征，铁染信息包含于符合这一判断准则的主分量排除粘土类矿物蚀变信息干扰。构成该主分量的特征向量，其TM5系数应与TM7及TM4的系数符号相反，TM1一般与TM5系数符号相同。依有关地物的波谱特征，羟基信息包含于符合这一判断准则的主分量时参加运算，主要是为了排除铁氧化物的干扰。由于异物同谱现象的存在，这些异常主分量还可能包含着非蚀变的地质因素，有待于用其它计算方法乃至借助地质知识经目视解译加以区分。图法光谱角度填图法(SAM－SpectralAngleMapper)将光谱数据视为多维空间的矢量，利用解析方法计算像元光谱与光谱数据库光谱或像元训练光谱之间矢量的夹角，根据夹角的大小来确定光谱间的相似程度，以达到识别地物的目的。相似概率的大小，能有效避免因岩石矿物光谱漂移或光谱变异而造成的单个光谱特征的不匹变信息分布。光谱角识别方法(又称光谱角度填图技术)是在由光谱组成的多维光谱矢量空间，利用一个角度测度函数(θ)求解参考光谱端元矢量(r)与图像像元光谱矢量(t)的相似程度，trtr即θtr光谱与图像光谱比较时，须将测量光谱按照图像光谱的波长进行重采样，使得两个光谱具有相同就愈可靠。通过合理的阈值选择，可以获取蚀变信息的二值图像。分析法因子分析是把一些具有错综复杂关系的因子(样品或变量)归结为数量较少的几个综合6R型因子分析，也叫做主成分分析，对变量进行归纳整理，获得各个变量的主因子得分。从而分析变量之间的关系，对变量进行必要的分类。年首次提出的。对应分析提供以下信息： (1)变量(波段)间的关系：在主成分空间，邻近的一些变量(波段)点，表示这些变量 (波段)紧密相关。 (2)样品间的关系：在主成分空间，邻近的样品具有相似的光谱特征，属于同一种地物类 (3)变量(波段)与样品间的关系：同一类型的样品点将为邻近的变量(波段)点所表征。晰表达原始图像各波段与图像中主要地物的关系、对应分析后各成分与图像中主要地物的关系，更重要的是所需岩性信息在对应分析后三成分的假彩色合成图像上得到了更加清晰地展现，图像局部细节被挖掘。法像中，通常一个像素包含了多种地物的信息，这种像素称为混合像元(mixedpixel)。根据每个像素中某种地物所占百分比对像素进行分解，这一过程叫混合像元的分解(MixedPixelDecompositio)n。是通过计算每个像元中各典型地物(如植被)的丰度，除去植被等干扰信息，为后续提取矿化蚀变信息提供可靠的基础数据。刘成等(2003年)利用混合像元线性分解模型提取卧龙泉地区粘土蚀变信息取得了较好的效果。他建立的混合像元线性分解模型为：ijijiijijijjjj＝1jjRiiFj代表像元中第j类地物的丰度，Reij代表第j中地物在i波段的光谱反射值，ei是服从正态分ijei(1)在公式(2)的约束下求解完毕后，设某点植被的丰度为Ft，则清除植被信息后的像元中其他各地物的丰度应为t7则消除植被影响后的第i波段的灰度值为Ri-new=jjt确定哪种典型地物是植被后，就可以按照公式(3)和(4)，对原始的图像进行“除植提取方法来提取矿化蚀变信息。MPH技术(MaskPCAandHSI)是排除临边效应影响和提取矿化弱信息的一种数字图像处理技术。该技术有机地组合了三种传统的数字图像处理方法：掩膜技术(MASK)、主成分变换(PCA)以及弱信息色度与饱和度调整(HSI)。掩膜技术就是去除遥感图像中的干扰信息(如水体、云、阴影等)，掩膜后图像像元灰度值的均值有所下降，而标准差有较大提高。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。TM多波段数据通过PCA所获每一主分量常常代表某一特定的地质意义。强及含矿信息提取，多源遥感数据的融合，以及对地质信息中的岩性识别和构造解译。矿化蚀变信息进行了提取，可以取得较好的效果。ETM各波段数据在全景中起止列数不一致,ETMl起始列数最左,ETM5终止列数最右。掩膜生成地形起伏常常遮挡阳光的照射,形成阴影区,阴影区可分为全阴影区和半阴影区，其间可有临界阴影区。根据阴影区的反射光谱特征，采用(ETM7/ETMl)<N的象素划入干扰窗，N被掩膜8除采用了传统的比值植被指数(RVI)的方法(DNNIR/DNR)，即ETM+4/ETM+3，此处取体掩膜水体的反射率在整个波段范围内都很小，从蓝光段的15％降至红光段的2％，进入红外外波段后几乎等于零。影响水体反射率的主要因素是水的混浊度、水深、以及波浪起伏、水面污染、水中生物等。在这里主要采用主成分分析的方法析，在主成份2中，水体信息阈值进行分割后在进行图像二值化，得为得到干扰信息综合掩膜图，对水体和植被掩膜图像相乘得到如图5-5所示掩膜图。提取根据铁蚀变异常信息提取的波谱依据，选取采用把ETM+6个波段组合进行主成分分析9和ETM+1波段有吸收峰，在ETM+3波段无特征吸收而呈高反射，判断铁染蚀变异常的依据是在第3波段的特征值最大。提取MPC4图像中的暗色调部分就是表征含羟基类矿物的蚀变异常信息。一般异常分级的用常规数理统计中表征正态分布的特征因子σ(标准方差)和均值X等，来表达蚀变遥感异常分布状态。利用直方图统计均值X和方差σ，通过对“均值+N×标准方差(σ)”中N的调整，进行异常主分量异常等级阈值分割。即偏离均值X的程度(N倍标准方差异常级别越高。但是这种方法是以图像灰度直方图呈正态分布为前提的。遥感影像经过一系列处理后得到的用于显示蚀变信息的图像的灰度直方图往往并不是正态分布，所以上述方法的适用性受到很大限制。蚀变是一种异常，分维与异常又往往有一定的关系(申维—分形混沌与矿产预测)。所以我们可以借鉴已有的化探异常提取的方法，将分形应用于遥感蚀变异常的确定。常采用采用求和法，即像元亮度-面积模式来确定蚀变异常限。N(r)=CrD其中r表示特征尺度，C>0，称为比例系数，D>0，称为分维数，N(r)表示尺度大于等于r的数目或和数。设像元亮度值{x},i=1,2,…,N，记作iN(r)=NXii=1iX>ri于所有满足x>r的x求和，(minii(N(r)，N(r)，…，N(r))和(r，r，…，12n12xrmaxx)。这样就得到了数据iin和r取对数，用最小二乘法分段拟合直线。其基本思想是：找出的分界点使各区间拟合的直线与原始数据点之间的剩余平方和在各区间的总和最小。首先统计遥感影像经过一系列处理后得到的灰度值信息(假设放在表1)。将表1中所有的Logr和LogN(r)数据生成散点图，用最小二乘法拟合2段直线，得到相应的直线方程，2段直线的斜率即分别为蚀变异常和背景对应的分维数。两直线交点的r的值为蚀变异常和背景的分界将以上得到的蚀变异常进一步分级。利用上述方法将r<蚀变异常和背景的分界值的数据拟合3段直线，不同程度的蚀变异常对应不同的分维数值。此处拟合的3段直线的交点处对应的r值分别为一、二级和二、三级异常的分界值。将上面得到一、二级和二、三级异常分界值的方法分别应用到铁染和羟基异常信息的分级中(