高光谱遥感岩矿识别方法综述

1.高光谱识遥感别岩矿光谱的机理

根据物质的电磁波理论，任何物质其光谱的产生均有着严格的物理机制。而岩矿光谱特征的产生主要是由于组成物质内部离子与基团的晶体场效应与基团振动的结果。由于各种矿物晶体结构各不相同，因此由晶格振动而产生的各种矿物光谱特性是不一样的。

矿物晶格中存在着铁等过渡性金属元素决定了0.4～1.3μm波谱范围内的光谱特征;1.3～2.5μm波谱范围内的光谱特征是由矿物组成中的碳酸根、羟基及可能存在的水分子决定的;3～5μm的红外波段的光谱特征则由Si—O、Al—O等分子键的振动模式决定。由于电子在各个不同能级间的跃迁而吸收或发射特定波长的电磁辐射,从而形成特定波长的光谱特征,因此,不同晶格结构的岩石矿物成分有其不同的光谱特征。这是利用高光谱数据寻找岩矿的物理前提。

高光谱地质遥感主要是利用高光谱数据识别各种矿物成分、它们的丰度以及制图(矿物成分空间分布)。其主要研究内容包括从许多光谱参数中提取各种地质矿物的定性、定量信息。光谱吸收特征包括吸收波段波长位置、深度、宽度、斜率、对称度、面积和光谱绝对反射值等参数。

2.高光谱遥感在地质方面的应用

高光谱影像包含了丰富的地表空间、光谱和辐射的三重信息，它同时表现了地物的空间分布并获得了以像元为目标的地物光谱信息。随着成像光谱仪的光谱分辨率和空间分辨率的不断提高，高光谱遥感广泛的应用于地质调查、植被研究、海洋遥感、农业遥感、大气及环境遥感等领域中，并发挥越来越重要的作用，其中地质是高光谱遥感技术应用最成功的一个领域。高光谱遥感通过搭载于航空或航天平台上的成像光谱仪测量岩石、矿物等地物的光谱特性、获取图谱合一的信息来识别地物、探测环境,即获取光谱数据的空间模式。地物的光谱特性是高光谱遥感的基础。

3.高光谱遥感岩矿识别

岩石光谱识别是指通过对岩石矿物光谱和实验室测量的参考光谱进行匹配或岩石矿物光谱与参考光谱数据库进行比较,求出它们之间的相似或差异性,从而直接识别矿物、提取岩性、蚀变、矿化等信息。高光谱遥感的最大优势在于利用有限细分的光谱波段,去再现象元对应物的波谱曲线。利用整个光谱曲线进行岩石、矿物识别,可以在一定程度上改善单个波形的不确定影响如光谱漂移、变异等,提高识别精度。基于整个波形的识别技术方法关键是合理选择一定函数来测定实测光谱与参考光谱数据库中对应的光谱的相似性。

对做过预处理(辐射校正、几何校正、大气校正)的高光谱遥感图像,依据对谱形特征研究角度的不同,可以分为基于特征谱带(单个谱形特征)的矿物识别方法和基于完全波形特征(整个谱形特征)的矿物识别方法(如图1所示)。

4.结论

高光谱分辨率遥感应用于地质是光学、结品学、光谱学、传感器技术和图像处理技术等学科共同发展的结果。由于它具有将高光谱分辨率的图像与光谱合二为一的特点,不仅能有效地直接识别地表物质,而且还能更深入地研究地表物质的成分及结构。基于矿物诊断性光谱特性,高光谱遥感技术普遍应用于地表岩石、矿物的精细识别。在航空成像光谱仪将继续为科研和应用提供高质量数据的同同时,随着星载高光谱卫星的发射成功,高光谱遥感在地质上的应用将得到更好发展。

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审核编辑：汤梓红