高光谱遥感技术在岩石识别中的应用

第4期,总第46期

2000年12月15日国土资源遥感　REMOTESENSINGFORLAND&RESOURCESNo.4,2000Dec.,2000

高光谱遥感技术在岩石识别中的应用

王青华,王润生,郭小方

(中国国土资源航空物探遥感中心,北京　100083)

摘要:依据不同岩石的光谱特征,通过图像处理方法,对各种岩石类型信息进行提取,使高光谱遥感技术在地学领域的应用由定性分析到定量识别。

关键词:高光谱;图像处理;光谱特征;岩石识别

中图分类号:TP79　文献标识码:A　文章编号:1001-070X(2000)04-0039-05

0　引言

,要是窄波段、多通道,,。借助高光谱丰富的光谱信息,,可以对不同岩石类型进行直接识别。为了充分利用高光,达到直接识别岩性的目的,用中国科学院上海技术物理所研制的模块式航空71波段高光谱仪(MAIS),在河北省张家口地区进行了试验飞行。1　MAIS系统简介

MAIS(ModularAirborneImagingSpectrometer)有71个波段,光谱覆盖范围0.4～12.5μm,其中,可见光和近红外光谱段(0.46～1.1μm)有32个波段,光谱取样间隔(或光谱分辨率)为20nm;短波红外区(1.4～2.5μm)有32个波段,光谱取样间隔为25nm;热红外区(8.0～12.5μm)有7个波段,光谱取样间隔为400～800nm。MAIS属于光谱波段均匀分布型的成像光谱仪①。

2　区域地质背景

实验区位于华北地台北缘中段,内蒙古地轴与燕山褶皱带二级构造单元的交接带上,以崇礼—赤城深断裂为界,其南为燕山台褶带,其北为内蒙古地轴。在漫长的地质历史中,两侧经历了不同的地质演化历史,显示出完全不同的构造特征(图1);试验区内地层除古生界缺失外,其它各时代地层均有出露,主要地层有:太古宇崇礼群、古元古宇红旗营子群、中元古宇、

收稿日期:2000-06-11;修订日期:2000-10-22

①薛永祺,王建宇.机载71波段成像光谱仪(MAIS)的研制和遥感试验结果.见:中国科学院上海技术物理所编.成像光谱技术与应用

40 　　　　国　土　资　源　遥　感2000年中生界侏罗系及新生界第四系;该区地质构造复杂,自太古宙以来,华北地台北缘产生了一系列以东西向为主的深断裂,构成横亘华北地台北部长期活动的东西向构造带

。

图1　试验区区域地质图

1—第四系;2—侏罗系上统;3—侏罗系中统;4—侏罗系下统;5—中元古界蓟县系;6—中元古界长城系;

7—古元古宇红旗营子系;8—太古宇崇礼群艾家沟组;9—太古宇崇礼群涧沟河组;10—太古宇崇礼群花家营组;11—太古界崇礼群水地庄组;12—燕山期斑状花岗岩;13—燕山期钾化花岗岩;14—燕山期黑云母花岗岩;15—燕山期花岗岩;16—燕山期正长斑岩;17—海西期辉石角闪二长岩;18—海西期角闪二长岩;19—海西期正长岩;20—海西期石英二长岩;21—海西期辉石角闪正长岩;22—海西期石英正长岩;23—元

古宇花岗片麻岩;24—太古宇花岗片麻岩;25—碱性杂岩体边缘界线;26—断裂带;27—金矿床(点)

第4期王青华等:　高光谱遥感技术在岩石识别中的应用 41 3　岩石地层的识别与提取

岩石地层的识别与提取,决定于对造岩矿物光谱特征的理解,尤其是对清晰的强吸收谱带的理解。岩类随造岩矿物的不同,光谱会出现一些系统的区域性变异变化,但也具有局部的稳定性和规律性。详细的岩石光谱特征分析有助于发现该区岩石诊断性光谱特征,从而利用有效的技术方法来进行岩类信息的识别。通过对研究区各岩类的野外光谱特征测试,对比分析图像中岩石的光谱特征,利用计算机进行了岩类识别和信息提取。

(1)新生界全新统(Q4)　该套地层主要分布在河流和河谷地带,以现代冲积和冲洪积物为主,是由河流作用形成的年轻地貌。其岩性主要为砾石、砂以及不同磨圆度的复杂堆积物,在图像上呈浅红色,如果河床中砾石成份含量多,水含量减少,则为灰白色,呈宽条带影像,具有平坦地貌的影像特征。在岩石光谱曲线中,卵石砂在2.25μm、2.406μm波段处具有特征的吸收谱带,在2.406μm附近伴随2个弱的吸收峰;2.25μm和m波段处具有特征的吸收谱带,通过IHS编码处理,,可有效地提取、划分和定量表示砾石、(2)3,以黄色亚粘土为主。亚粘,。,具有。在岩石地物光谱曲线中,砂土在2.214μm、2.48μm波长处具有清晰的吸收峰,石子粗砂在2.098μm以及2.4μm波长处具有较砂土更尖锐的吸收谱带,同时在2.061μm与2.199μm波长处具有宽缓的吸收谱带,通过证据推理分析方法进行岩石信息识别,较好地提取了该套岩石信息,具体方法是:首先根据证据源的特点确定证据可能出现的取值范围,然后根据证据的知识背景和数据特点确定具体的处理方法,在应用该方法进行图像处理时,选择不同的知识背景、不同的量化形式和量化尺度的5个光谱特征参量作为证据源,即:第39波段(1.671～1.702μm)经预处理后的图像数据、从第53波段～第61波段(2.114～2.398μm)成像光谱数据中提取的光谱波形特征编码、第54波段(2.146～2.242μm)与第56波段(2.210～2.242μm)的成像光谱数据比值、中心波段位于2.178～2.210μm之间的光谱角和吸收带的相对吸收强度等进行证据推理、岩性分析和识别。

(3)中生界侏罗系张家口群(J3)　该地层上部岩性为灰紫色流纹岩、块状流纹岩和球流纹岩;下部以流纹凝灰岩为主,与下元古界红旗营子群呈不整合接触。该套地层在影像上呈紫红色,影纹粗糙,水系上表现为由短而小的冲沟组成的平行状水系,地貌上表现为平缓、圆滑的影像特征。在岩石光谱曲线中,流纹岩在1.4μm和1.9μm波段处具明显的羟基吸收峰;在1.8μm附近有弱Fe2+引起的吸收峰;在2.2μm附近具有由长石蚀变为高岭石后引起的吸收峰;在2.3μm和2.35μm波段处有微量黑云母蚀变为绿泥石引起的较弱吸收峰(见图2)。根据光谱特征分析,用光谱波形参数技术方法,较好地提取了该套岩石信息。该方法在由岩矿光谱组成的多维光谱矢量空间,利用岩石光谱矢量的角度测度函数(θ),求解图像像元矢量(t)与岩矿参考光谱的相似性测度,θ介于0到π/2之间,其值愈少,两者的相似性程度愈高,图像像元包含识别与参考光谱所代表地物的可能性越大,通过选择合理的阈值,即可获取目标信息的二值图像。

42 　　　　国　土　资　源　遥　感2000年

图2　侏罗系张家口群流纹岩反射光谱　　　图3　红旗营子群黑云母斜长片麻岩反射光谱

(4)下元古界红旗营子群(Pt1hgs)　红旗营子群分为二个岩性段:第一岩性段以黑云母斜长片麻岩和夹柘榴石的斜长片麻岩为主,含有大量暗色矿物,岩石光谱反射率很低,随着暗色矿物减少,岩石光谱反射率逐渐偏高。在地物岩石光谱曲线中,1.9μm吸收峰,2.3μm波长处Mg-OH具有吸收峰(图3),带状浅灰绿色调,极易与其它岩类相区别。,它能形成一个可调的示频窗,,而在高频段采,,反映出不同的图像结构特征,。根据小波分析的这一特点,结合图像空间域数据处理方法,,提高成像光谱定量化分析方法的有效性和精度;第二岩性段以黑云片麻岩、长英片麻岩和长英麻粒岩为主,地物岩石光谱曲线与黑云斜长片麻岩光谱特征基本类同,浅色矿物成份较多。用IHS编码技术提取该岩性段岩石信息,该段岩石在图像中呈浅灰、浅兰色调。该群为中深变质岩系,在野外实地检查时也难以区分,在岩石信息提取中,分析造岩矿物的主要波谱特征,运用适当的图像处理方法,较清晰地进行了划分。

(5)花岗片麻岩(γGg)　呈带状分布于崇礼—赤城深断裂北侧,岩石为肉红色、花岗变晶结构、糜棱结构,似片麻状构造。主要矿物有

钾长石、斜长石、石英、黑云母和白云母,在图

像上呈浅绿色调,带状分布。环形构造及较粗

糙的影纹特征突出了环状山形、山棱状山脊的

地形形 …… 此处隐藏：3671字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……