高光譜遙感巖礦識別方法綜述

1.高光譜識遙感別巖礦光譜的機理

根據(jù)物質(zhì)的電磁波理論，任何物質(zhì)其光譜的產(chǎn)生均有著嚴(yán)格的物理機制。而巖礦光譜特征的產(chǎn)生主要是由于組成物質(zhì)內(nèi)部離子與基團的晶體場效應(yīng)與基團振動的結(jié)果。由于各種礦物晶體結(jié)構(gòu)各不相同，因此由晶格振動而產(chǎn)生的各種礦物光譜特性是不一樣的。

礦物晶格中存在著鐵等過渡性金屬元素決定了0.4～1.3μm波譜范圍內(nèi)的光譜特征;1.3～2.5μm波譜范圍內(nèi)的光譜特征是由礦物組成中的碳酸根、羥基及可能存在的水分子決定的;3～5μm的紅外波段的光譜特征則由Si—O、Al—O等分子鍵的振動模式?jīng)Q定。由于電子在各個不同能級間的躍遷而吸收或發(fā)射特定波長的電磁輻射,從而形成特定波長的光譜特征,因此,不同晶格結(jié)構(gòu)的巖石礦物成分有其不同的光譜特征。這是利用高光譜數(shù)據(jù)尋找?guī)r礦的物理前提。

高光譜地質(zhì)遙感主要是利用高光譜數(shù)據(jù)識別各種礦物成分、它們的豐度以及制圖(礦物成分空間分布)。其主要研究內(nèi)容包括從許多光譜參數(shù)中提取各種地質(zhì)礦物的定性、定量信息。光譜吸收特征包括吸收波段波長位置、深度、寬度、斜率、對稱度、面積和光譜絕對反射值等參數(shù)。

2.高光譜遙感在地質(zhì)方面的應(yīng)用

高光譜影像包含了豐富的地表空間、光譜和輻射的三重信息，它同時表現(xiàn)了地物的空間分布并獲得了以像元為目標(biāo)的地物光譜信息。隨著成像光譜儀的光譜分辨率和空間分辨率的不斷提高，高光譜遙感廣泛的應(yīng)用于地質(zhì)調(diào)查、植被研究、海洋遙感、農(nóng)業(yè)遙感、大氣及環(huán)境遙感等領(lǐng)域中，并發(fā)揮越來越重要的作用，其中地質(zhì)是高光譜遙感技術(shù)應(yīng)用最成功的一個領(lǐng)域。高光譜遙感通過搭載于航空或航天平臺上的成像光譜儀測量巖石、礦物等地物的光譜特性、獲取圖譜合一的信息來識別地物、探測環(huán)境,即獲取光譜數(shù)據(jù)的空間模式。地物的光譜特性是高光譜遙感的基礎(chǔ)。

3.高光譜遙感巖礦識別

巖石光譜識別是指通過對巖石礦物光譜和實驗室測量的參考光譜進行匹配或巖石礦物光譜與參考光譜數(shù)據(jù)庫進行比較,求出它們之間的相似或差異性,從而直接識別礦物、提取巖性、蝕變、礦化等信息。高光譜遙感的最大優(yōu)勢在于利用有限細(xì)分的光譜波段,去再現(xiàn)象元對應(yīng)物的波譜曲線。利用整個光譜曲線進行巖石、礦物識別,可以在一定程度上改善單個波形的不確定影響如光譜漂移、變異等,提高識別精度?；谡麄€波形的識別技術(shù)方法關(guān)鍵是合理選擇一定函數(shù)來測定實測光譜與參考光譜數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的光譜的相似性。

對做過預(yù)處理(輻射校正、幾何校正、大氣校正)的高光譜遙感圖像,依據(jù)對譜形特征研究角度的不同,可以分為基于特征譜帶(單個譜形特征)的礦物識別方法和基于完全波形特征(整個譜形特征)的礦物識別方法(如圖1所示)。

4.結(jié)論

高光譜分辨率遙感應(yīng)用于地質(zhì)是光學(xué)、結(jié)品學(xué)、光譜學(xué)、傳感器技術(shù)和圖像處理技術(shù)等學(xué)科共同發(fā)展的結(jié)果。由于它具有將高光譜分辨率的圖像與光譜合二為一的特點,不僅能有效地直接識別地表物質(zhì),而且還能更深入地研究地表物質(zhì)的成分及結(jié)構(gòu)?；诘V物診斷性光譜特性,高光譜遙感技術(shù)普遍應(yīng)用于地表巖石、礦物的精細(xì)識別。在航空成像光譜儀將繼續(xù)為科研和應(yīng)用提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)的同同時,隨著星載高光譜衛(wèi)星的發(fā)射成功,高光譜遙感在地質(zhì)上的應(yīng)用將得到更好發(fā)展。

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審核編輯：湯梓紅