Question

基于遥感技术的信息提取

Answer 1

遥感影像以其宏观性、客观性和地质信息的丰富性、多层次性在地质研究和矿产预测中取得了愈来愈明显的效果。遥感影像中的线性、环形构造为研究控矿地质构造提供了许多信息，且基于岩石、矿物波谱曲线的遥感蚀变信息的提启正取，对于圈定蚀变带，进行成矿靶区预测有重要意义。

从研究区成矿模式来讲，提取构造带、蚀变带是本区遥感信息提取的主要目标。本次工作采取构造信息和蚀变信息提取两种方法相结合策略，其基本思想是将提取出的构造信息和蚀变信息，结合工作区的化探和地质信息进行多源信息综合分析，以圈定稀有金属成矿远景区。

（一）遥感图像的收集与预处理

应用遥感技术在新疆富蕴地区进行稀有金属资源勘探的重点内容是提取工作区构造和蚀变信息，在数字图像处理的方法上以卷积和定向滤波、比值变换、彩色合成处理为主。本次工作使用的遥感图像为LandsatETM+及P142/R027多光谱数据，空间分辨率为30m，影像获取时间为2002年7月14日。

遥感是通过对反映地物电磁波辐射水平的灰度信息的处理分析与解译进行地物识别和专题研究。由于其成像过程中各种因素（如卫星速度、大气与地物反射与发射电磁波的相互作用、随机噪声等）的影响，实际的图像灰度值不完全是地物辐射电磁波能量大小的反映，其中包含上述因素作用的影响。为有迹旁扰效地对图像上代表性地物样区进行波谱分析和蚀变信息的提取，在进行图像处理之前，对图像进行了几何精纠正、大气校正、裁剪、亮度值动态范围拉伸等预处理。预处理后研究区742假彩色合成影像如图4—21所示。

图4—21 工作区ETM742彩色合成图像

（二）蚀变信息的提取

遥感探测的是地表物质的光谱信息，因此只要有一定面积的蚀变岩石出露，遥感就有可能测出。即使矿体是呈隐伏的状态，只要有蚀变岩出露，就有可能在TM（ETM+）图像上有所表现，尤其是为数众多的热液矿床姿旦。当然蚀变信息的强弱、规模、类型等因素也很重要，目前认为中等强度和规模以上的蚀变带对于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，剧烈且较大范围的围岩蚀变常常指示着大矿及富矿的存在。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），这是以找矿（特别是大矿、富矿）为最终目的蚀变遥感异常提取的地质依据。

从Hunt（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—近红外光谱（波长0.35～0.25μm）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。

一是由含铁（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、黄钾铁矾等，它们在TMl～TM4波段有强吸收带，若岩石中含多量的Fe³⁺，而含Fe²⁺较少，这类岩石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TM1波段，对于波长相当于TM2波段的电磁波有某种程度的反射。

二是由含羟基（OH^－）、水（H₂O）或碳酸根（CO₃^2－）基团产生，羟基的吸收谱带主要有2.2μm和2.3μm波长两处，由于OH^－在2.2～2.3μm波长附近存在强吸收谷（称为羟基谱带），使得TM7产生低值、TM5产生高值，含轻基矿物大多为次级蚀变矿物，如高岭土、叶蜡石、云母类矿物、绿泥石、绿帘石等，水在1.4μm和1.9μm波长处有特征吸收带。含碳酸根矿物主要有五个特征吸收谱带（波长1.9～2.55μm），较强的两个在2.35μm和2.55μm波长处（称为碳酸根谱带），相对较弱的在1.9μm、2.0μm、2.16μm波长处。

蚀变信息提取步骤：

首先，将遥感图像按研究区坐标范围进行裁剪。

第二，进行铁染信息的提取。为了不影响蚀变信息的提取，首先将遥感图像上工作区内的植被、水体、盐碱地、雪进行掩膜。由于植被在ETM4有强反射，而在ETM3呈现吸收的特点，所以植被用ETM4/3＞1掩膜效果较好（图4—22）；水体用划定感兴趣区与确定临界值相结合的方法进行掩模（图4—23）；雪地（图4—24）和盐碱地（图4—25）的掩膜通过确定临界值的方法去除效果较好，其中，雪地的临界值范围为：ETM7：0～50、ETM4：70～160、ETM2：70～145，盐碱地的临界值范围为：ETM7：95～150、ETM4：70～160、ETM2：70～145。去除干扰信息后，用ETM3/1来提取铁染信息。并用均值与2倍标准差之和（μ+2σ，黄色）作为下限来提取铁染信息，将提取的铁染信息与ETM3波段遥感影像叠加的效果如图4—26所示。

图4—22 植被掩膜区域

图4—23 水体掩膜区域（换分辨率高的图，含后3幅）

图4—24 雪地掩膜区域

图4-25 盐碱地掩膜区域

图4—26 铁染蚀变信息与工作区已知矿点叠加效果图

第三，进行羟基异常信息的提取。由于羟基信息提取结果受植被和水体影响较大，因此在做羟基异常信息提取的时候，需要将植被、水体、雪地掩膜掉，以去除干扰。干扰因素去除后，采用ETM5/7提取羟基蚀变信息，采用均值与1.5倍标准差之和（μ+1.5σ，蓝色）作为下限，得到的羟基提取结果与ETM3波段遥感图像的叠加效果见图4—27。

图4—27 羟基蚀变信息工作区已知矿点叠加效果图

（三）构造信息的提取

在对遥感图像中的构造信息（线性构造和环形构造）进行解译和分析之前，需对数字图像进行针对性的处理，以便于高质量影像的获取和相关信息的提取。在遥感影像上提取构造信息的主要方法，有光谱信息增强、空间变换、影像纹理分析等。在实际应用中，主要依据遥感影像的地质—地貌—景观背景，选择有效的处理方法和数学模型，针对区域构造影像要素的基本特征进行信息提取，从不同侧面突出不同等级、不同层次、不同形态构造的空间分布信息。

1.线性构造信息提取

对线性构造信息进行提取时，主要采用了光谱信息增强和空间信息增强两种方法相结合的方式。首先，将裁剪好的遥感图像其ETM1、2、3、4、5、7波段进行主成分分析，得到的各分量特征值和特征向量值如表4—1所示。

表4—1 特征向量表

从表4—1中可看到，PC3反映的主要是ETM5、7波段的信息，对识别地质构造信息有很好的帮助，因此选取PC3作为提取区域较大线性构造的基础图像。第二，对PC3进行3×3像元的低通卷积滤波，其作用是突出低频信息而压缩高频信息，这种方法可以压抑细微线性体，突出影像主干构造。将ETM7波段、PC1图像、经过低通滤波的PC3图像进行RGB彩色合成，得到的图像如图4—28所示。

图4—28 工作区主干构造解译图

此外，对PC2进行5×5像元的高通滤波，其作用之让高频信息通过，这种方法可以增强细微线性体的信息。并将ETM7波段、PC1图像、经过高通滤波的PC2图像进行RGB彩色合成，得到的图像如图4—29所示。

图4—29 工作区局部（次级）构造解译

2.环形构造信息提取

环状影像是指在遥感图像上由色调、水系、影纹结构等标志显示出的近圆形、空心的环形或未封闭的弧形等影像特征。构成环状影像的地表因素很多，其中与地质作用有关的环状影像称为环形构造，它往往反映了一定的地质含义，与地表地质构造具有一定的成因联系。环形构造与成矿作用关系较密切，尤其是那些由隐伏岩浆活动引起的环形构造。本次工作所提取的环形构造，包括侵入岩体形成的侵入岩环块构造、构造—岩浆活动形成的复合环块构造以及矿床及含矿地质体形成的环块构造。这类环形构造多以水系、地貌、构造线、色调等影像特征为解译标志。

对环形构造的提取采取的是芒塞尔彩色空间变换的方法。在计算机内定量处理色彩时通常采用RGB表色系统，但在视觉上定性的描述色彩时，采用HSV显色系统更直观些。MunsellHSV变换就是对标准处理彩色合成图像在RGB编码赋色方面的一种彩色图像增强的方法，它是借助改变彩色合成过程中的光学参数来扩展图像色调差异，将图像彩色坐标系中红、绿、蓝三原色组成的彩色空间变换为由色度（Hue）、饱和度（Saturation）、纯度（Value）三个度量构成的色彩模型，其目的是为了更有效地抑制地形效应和增强岩石单元的波段差异，并通过彩色编码增强处理达到最佳的图像显示效果，扩展了色调的动态变化范围，有利于细分。对TM7（R）TM4（G）TM1（B）作假彩色合成图像，然后进行芒塞尔彩色空间变换，将RGB空间变换为HSV空间，获取的彩色增强图像，进行环形构造信息的提取。提取结果如图4—30所示。

图4—30 环形构造遥感解译图