遥感地质蚀变异常信息提取实验

“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。二三年十月七日

目录

1实验目的..................................................................3

2实验内容..................................................................3

2.1熟悉遥感影像的辐射定标的方法与流程..................................3

2.2掌握遥感影像的波段合成、投影转换、影像裁剪的方法....................3

2.3掌握ETM+遥感影像的Flaash大气校正、掩膜的应用方法..................3

2.4掌握ETM+遥感影像羟基和铁染异常信息提取的方法与流程................3

2.5掌握ENVI与Surfer软件协同制图的方法。...............................3

3实验要求..................................................................4

4实验条件..................................................................4

4.1软件平台：ENVI4.6、Surfer9.........................................................................................4

4.2遥感数据源：金川地区Landsat7ETM+遥感影像...........................4

5实验原理..................................................................4

5.1蚀变异常提取的地质依据...............................................4

5.2蚀变异常提取的物理依据...............................................4

5.2.1利用主成分分析方法提取矿化蚀变信息...............................5

5.2.2铁染蚀变异常分析.................................................5

5.2.3含羟基类矿物和含C032-矿物蚀变异常分析............................6

6实验步骤..................................................................7

6.1金川地区ETM+遥感影像辐射定标.......................................7

6.2金川地区ETM+遥感影像不同波段的合成.................................9

6.3定义金川地区ETM+遥感影像的地理坐标................................10

6.4对金川地区ETM+遥感影像的地理坐标进行投影转换.....................12

6.5对金川地区ETM+遥感影像进行裁剪....................................15

6.6对金川地区ETM+遥感影像进行FLAASH大气校正........................17

6.6.1数据转换.........................................................17

6.6.2编辑头文件信息..................................................18

6.6.3进行FLAASH大气校正.............................................19

6.7简易去除ETM+遥感影像的干扰信息....................................23

6.7.1建立ROI〔感兴趣区）.............................................23

6.7.2建立掩膜.........................................................24

6.7.3应用掩膜........................................................25

6.7.4掩膜的反选.......................................................27

6.7.5掩膜反选后的应用................................................28

6.8主成分分析..........................................................29

6.9提取蚀变异常信息....................................................32

6.10用Surfer软件修饰铁染蚀变异常信息...................................34

6.11总结................................................................41

7课后练习及作业...........................................................41

1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

化馋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。

2实验内容

2.1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。

2.2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。

2.3掌握ETM+遥感影像的Flaash大气校正、掩膜的应用方法

通过学习HM+遥感影像的Haash大气校正，掩膜的建立与应用方法，熟练掌握匕NVI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。

2.4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+遥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。

2.5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Surfer软件协同制图的方法，加深对所学知识的理解。

3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。

4实验条件

4.1软件平台：ENVI4.6、Surfer9

ENVI4.6软件为遥感图像处理软件，用于提取矿化蚀变异常信息；Surfer9软件为一款以画

三维图（等高线,imagemap,3dsurface）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件。

4.2遥感数据源：金川地区Landsat7ETM+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。

5实验原理

5.1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

成互为隶属，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）为最终目的蚀变遥感异常提取的地质

依据。

5.2蚀变异常提取的物理依据

从HuntGRC（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TM1、TM4波段有强的吸收带，若岩石中含多量的Fe",而含

Fe?-较少，这类岩石的主要吸攻谱带位于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Fe.3+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（出0）或碳酸根（CO3〉）基团产生，羟基的吸收谱带主要有二

处：2.2um,2.3um,由于OH在2.2—2.3um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（1.92.55um）,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。

5.2.1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

法云相关。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。

5.2.2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

做苣成分分析。这是因为铁氧化物的特征光谱信息集中在了TM1—4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Band1Band3Band4Band5

PC10.4153040.5278860.4966230.549750

PC2-0.204294-0.5514550.807515-0.045623

PC3-0.636068-0.097958-0.1858670.742479

PC4-0.6174170.6384660.258339-0.380024

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TMI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具有相反的贡献值旦绝对值较大，从而选择PC2分量，故PC4分

量口暗色调部分表征了铁染信息。

5.2.3含羟基类矿物和含-矿物蚀变异常分析

选取TMI、TM4、TM5、TM7这4个波段作为组合波段做主成分分析⑷。这是因为粘土

类/物（含羟基矿物）和含CCh2-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TMI、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Band1Band4Band5Band7

PC10.4250780.5101330.5650800.489650

PC2-0.1433960.809782-0.146893-0.549649

PC3-0.8701090.0487390.4575770.176519

PC40.204102-0.2857310.670619-0.653429

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COP-矿物的蚀变异常信息。

6实验步骤

6.1金川地区ETM+遥感影像辐射定标

在ENVI4.6软件中，单击菜单栏中的file-----openimagefile工具，打开金川地区Landsat7

ETM+遥感影像中bandl影像文件。然后，单击菜单栏中的BasicTools-----preprocessing------

CalibrationUtilities-----LandsatTM工具,为金川地区ETM+遥感影像中bandl影像文件进行辐

射定标，如图6-1所不。

图6-1打开辐射定标工具对话框

在TMCalibrationInputFile弹窗下的SelectInputFile栏中选择Landsat7的bandl文件，然

后单击OK,如图6-2所示。

图6-2TMCalibrationInputFile对话框

接来下，在TMCalibrationParameters弹窗中，单击GetCalibrationParametersfromWeb选

项，如图6-3所示。

图6-3TMCalibrationParameters对话框

在TMWebCalibrationParameters弹窗中，选择Date/Path/Row/Band选项，根据金川地区

Landsat7ETM+遥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。

图6-4TMWebCalibrationParameters对话框

填写完成后，在TMCdlibrationPdrarnelers中依次填写下图红色标注部分的信息，如图6-5

所示。

图6-5TMCalibrationParameters对话框

单击OK,即完成了金川地区Landsat7ETM+遥感影像中bandl影像文件的辐射定标操作；

接下来,依次对band2、band3>band4>band5、band7波段进行辐射定标操作。

6.2金川地区ETM+遥感影像不同波段的合成

首先，在ENVI4.6软件中，单击菜单栏中的fileopenimagefile工具，打开经过辐射定

标的金川地区ETM+遥感影像的bandl、band2^band3>band4、band5^band7数据文件，如

图6-6所示。

图6-6AvailableBandList对话框

然后，单击菜单栏中的BasicTools-----LayerStacking工具；如图6-7所示。

BasicTools|ClassificationTransIormF

ResizeData(Spatial/Spectral)

SubsetDataviaROls

Rotate/FlipData

LayerStacking

ConvertData(BSQ,BIL,BIP)

StretchData

Statistics>

SpatialStatistics>

ChangeDetection►

MeasurementTool

BandMath

SpectralMath

SegmentationImage

RegionOfInterest►

Mosaicking►

Masking>

Preprocessing>

图6-7打开波段合成工具

在LayerStackingParameters弹窗中，单击ImportFile按钮，将经过辐射定标的金川地区

ETM+遥感影像的banditband2^band3>band4>bandsband?数据文件全部添加进来。之

后，单击ReorderFiles按钮，在ReorderFiles弹窗中将顺序从上到下调整为：bandl>band2、

、选择好保存的路径,单击即完成了金川地区遥感影

band3^band4band5>band70OKETM+

像大同波段的波段合成操作。

图6-8LayerStackingParameters对话框

6.3定义金川地区ETM+遥感影像的地理坐标

首先，在ENVI4.6软件中打开金川地区ETM+影像（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CustomizeMapProjections选项。

Map：VectorTopographicRadarWindow

Registration，

RigorousOrthorectific3tion

Orthorectifk^tion»

Mosaicking»

GeoreferencefromInputGeometry)

GeoreferenceSPOT»

GeoreferenceSeaWiFS♦

GeoreferenceASTER♦

GeoreferenceAVHRR»

GeoreferenceENV1SAT♦

GcorcfcrcnccMODtS

GeoreferenceRADARSAT

BuildRPCs

CustomizeMapProjections

ConvertMapPrG^ktion

LayerStacking

MapCoordinateConverter

ASCDCoordinateConversion

MergeOld*map_proj.txt-File

GPSLink

图6-9打开定义地理坐标工具

然后，在新弹窗的ProjectionName中输入投影的名字，如jinchuantouying；在Falseeasting

中输入500000.00；Falsenorthing中输入0.00；在ProjectionType中选择TransverseMercator；

在ProjectionDatum中选择xi'an-80；在Latitude中分别输入0，0,0.00；在Longitude中输入

102,0,0.00oScalefactor中瑜入1。

图6・10定义地理坐标对话框

接来下,输入完以上数据后,在菜单栏中点击Projection,选择AddNewProjection,即加

载这个投影信息。

图6-11定义地理坐标对话框

最后，点击File中SaveProjections,保存这个投影信息。

图6-12定义地理坐标对话框

6.4对金川地区ETM+遥感影像的地理坐标进行投影转换

首先，在主菜单栏中选择ConvertMapProjection,进行投影转换。

[FileBasicToolsClassificationTransformFilterSpectralMapVectorTopographicRadarHindoo

R«gistration

RigorousOrthorecti£1cation

Orthorectification

Mosaicking

G«oreferencefromInputGeometry►

G«oreferenceSPOT►

Goorg£・r・nc。S«tWiFS►

GeoreferenceASTER►

GeoreferenceAVMRR►

ZcrafamcaENVTSAT►

Gqorqfqronc©■ODIS

GeoreferenceRADARSAT

BuildRFCs

CustomireMapProjections

ConvertMapProjection

LayerStacking

MapCoordinateConverter

ASCIICoordinateConversion

M”g。Old"m«p_proj.txt"Fil。

GPS-Link

图6-13打开投影转换工具

其次，在新弹窗的SelectInputFile里选择要进行转换的影像，如甘肃金川jubu.img；然

后，单击OK。

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,

单云ChangeProj…。

图6-15投影转换参数设置对话框

再在新弹窗的SelectNewProjection中选择前面保存好的投影jinchuantouying；然后,单

击0K。

图6-16投影选择对话框

下图为投影后的彩色影像。

图6-17投影转换后的影像

6.5对金川地区ETM+遥感影像进行裁剪

首先，在ENVI4.6软件中打开波段合成后的金川地区ETM+遥感影像；在菜单栏中单击

BasicTools-----ResizeData(Spatial/Spectral)1匚具。

|BasicTo<jiT|ClassificationTransformF

ResizeData(Spatial/Spectral)

SubsetDataviaROIs

Rotate/FlipData

LayerStacking

ConvertData(BSQ,BIL,BIP)

StretchData

Statistics►

SpatialStatistics►

ChangeDetection►

MeasurementTool

BandMath

SpectralMath

SegmentationImage

RegionOfInterest»

Mosaicking►

Masking►

Preprocessing►

图6-18打开裁剪工具

在ResizeDataInputFile弹窗中选择要进行裁剪的影像,单击SpatialSubset按钮;

图6-19输入裁剪数据对话框

在SelectSpatialSubset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0K,即完成裁剪操作。

图6-20选择空间裁剪区域对话框

6.6对金川地区ETM+遥感影像进行FLAASH大气校正

6.6.1数据转换

首先，在ENVI软件中打开裁剪后的金川地区ETM+遥感影像；再单击BasicTools一一

ConvertData(BSQ,BIL,BIP)工具，对需要进行FLAASH大气校正的数据进行数据转换操作；

BasicTools]ClassificationTransformFi

RZ”Da”(^p^tUIAp^rtr^l)

SubsetDataviaROls

Rotate/FlipData

LayerStacking

ConvertData(BSQ,BILBIP)

StretchData

Statistics>

SpatialStatistics>

ChangeDetection►

MeasurementTool

BandMath

SpectralMath

SegmentationImage

RegionOfInterest►

Mosaicking，

Masking，

Preprocessing♦

图6-21打开数据转换工具

在ConvertFileInputFile弹窗中，选择要进行数据转换的文件,再单击0K；

图6-22输入数据转换文件窗口

再在ConvertFileParameters弹窗中选择BIL格式，选择好存储路径后，单击0K,即完成

了数据格式的转换。

0ConvecFileParameters

InputInterleave：B9Q

OutputInterleave:•BILBIP

ConvertInPlace?|HTitI

InterOutputF1lenoe|Choose|

|c：\Usert\Adftlni>frator\Desktop\^jIMSSri

.______0MM1MMM000MMM1MMM1MMi

OK|CXieuelCancel|

图6-23转换参数设置窗口

6.6.2编辑头文件信息

然后，在AvailableBandsList窗口里选择刚才转换格式的文件，右击该文件，点击Edit

Header选项。

AvailableBan...

金川地区子区《格式转换〉|

OResize(Layer(TICOpenFileinENVIZoom

oResize(Layer(TICOpenFileinArcMap

oResize(Layer(THCAddSelectedFiletoMemory

aResize(Layer(TIc

aResize(Layer(TICloseSelectedFile

EditHeader...

QuickStats...

SelectedBandLoadTrueColorto<new>

Resize(Layer(TICal

LoadC1Rto<new>

LoadTrueColorto<current>

LoadCIRto<current>

FoldAllFiles

Dias1931x1911(Fl02

UnfoldAllFiles

LoadBandDisplayfl*

图6-24编辑头文件信息

在弹出窗口中，单击EditAttributes,在卜拉菜单中选择Wavelengths进行卜一步编辑。

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0为

QEditWavelengthvalues

Reset_|CurrentfavelengthValues:

rinn::i:,:土

)band2-rad):XJ11

band3-rad):sHr

)Zn(M-rad)您川

KdltSelectedItca:

Resize(Layer(TICal(Bandl：r

Varelength/FYHlUnits:[Unknorn-

CancellaportASCII...Clear|

图6-26中心波长编辑对话框

6.6.3进行FLAASH大气校正

最后,再单击菜单栏中BasicTools-----Preprocessing------CalibrationUtilities------FLAASHL

具，进行FLAASH大气校正;

ClMvific2itionTransfo