基于光谱反射峰分解的高光谱遥感矿物含量定量反演方法

摘要

一种基于光谱反射峰分解的高光谱遥感矿物含量定量反演方法，它有七大步骤：步骤一、数据的读入；步骤二、反射峰波段的截取；步骤三、反射光谱与吸收光谱的转换；步骤四、光谱连续统去除；步骤五、光谱线性分解，得到矿物光谱分解含量；步骤六、建立矿物光谱分解含量与真实含量的统计关系；步骤七、根据步骤六建立的统计关系，将步骤五计算的矿物光谱分解含量转换为矿物真实含量。它不仅可应用于未覆盖矿物吸收谱段的高光谱数据，而且可用于谱段范围覆盖矿物吸收谱段的高光谱数据，综合应用光谱反射峰与吸收谱带进行矿物含量定量反演，提高了反演精度与准确度。本发明在高光谱遥感矿物识别领域里具有实用价值和广阔的应用前景。

主权项

一种基于光谱反射峰分解的高光谱遥感矿物含量定量反演方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：数据的读入这些数据包括高光谱遥感数据与端元光谱数据；步骤二：反射峰波段的截取其截取方法为，截取介于两个吸收谱段之间的反射光谱为反射峰，截取的两个端点分别为左右两个吸收谱段的中心；步骤三：反射光谱与吸收光谱的转换其转换公式为， S Absoption = S Artificial S Reflec tan ce 其中，SAbsoption为吸收光谱，SArtificial反射率较低且所有波段反射率均相同的人为反射光谱，SRe flec tan ce为反射光谱；步骤四：光谱连续统去除其实现方法为，光谱连续统去除是一种用于分离光谱吸收特征的光谱分析方法，连续统被定义为反射光谱曲线中反射峰之间的线性连接部分，连接折线在反射光谱峰值处的外角大于180度；连续统去除即以反射光谱除以连续统光谱，如下公式所示： R cr = R R c 其中，Rcr为连续统去除后的吸收光谱，R吸收光谱，Rc为吸收光谱的连续统；经过连续统去除之后，端点处反射率为1，端点之间反射率均小于1；步骤五：光谱线性分解其实现方法为，混合光谱是由各组成矿物端元光谱线性混合而成，各组成矿物光谱在混合光谱中的比例就是岩石表面该矿物面积占岩石面积的比例，光谱分解就是求取该面积比例，将其视为矿物在岩石中的体积百分含量；线性混合数学表达式为 w mix = Σ i = 1 η a i w i + δ 其中wmix为混合光谱即单次散射反照率光谱，ai为各个混合端元的含量，wi为各端元的光谱，δ混合误差，i为端元的编号，η为端元总数；光谱分解就是在已知wmix、wi的情况下求解ai，求解矿物含量就是求解均方根最小值的过程，均方根表达式为 RMS = Σ j = 1 m δ ( λ ) j 2 / m 在光谱分解的过程中，加入两个约束条件，分别为各端元含量总和为100％以及各端元含量为0～100％；端元光谱采用USGS光谱库中的光谱，端元种类可以综合利用高光谱数据端元提取算法与一些先验知识来确定；对混合光谱与端元光谱经过步骤一至步骤四的处理之后，即可用上述方法进行分解，在光谱分解中加入所有波段均为1的端元，代表“无明显反射峰”的矿物端元；“无明显反射峰”的矿物端元的光谱无论反射率大小，经过去连续统之后反射率在所有波段均为1；步骤六：建立矿物光谱分解含量与真实含量的统计关系其实现方法为，(1)根据如下公式，将各端元反射光谱光谱转换为单次散射反照率 S = 1 - ( 1 - R 1 + R ) 2 其中，S为单次散射反照率，R为反射率；(2)基于端元光谱随机生成混合光谱，在各端元含量为0-100％以及所有端元含量之和为100％的约束条件下，随机生成各端元的含量值，为使建立的统计关系具有统计意义，需随机生成一定数量的端元含量值；(3)基于各端元矿物的单次散射反照率以及随机生成的各端元矿物的含量值，计算随机混合单次散射反照率，计算公式如下 S Mix = Σ i = 1 N A i S i 其中，SMix为随机混合单次散射反照率，i为各端元编号，Ai为随机生成的各端元的含量值，Si为各端元的单次散射反照率；(4)根据如下公式，将随机混合单次散射反照率转换为随机混合反射率 R Mix = 1 - 1 - S Mix 1 - 1 + S Mix 其中，RMix为随机混合反射率，SMix为随机混合单次散射反照率；(5)利用步骤一至步骤五的方法对随机混合反射光谱进行分解，计算其光谱分解含量；(6)建立光谱分解含量与真实含量的统计关系，统计公式一般为二次多项式；步骤七：根据建立的步骤六建立的统计关系，将步骤五计算的矿物光谱分解含量转换为矿物真实含量，其实现方法为，利用步骤一至步骤五的方法，对光谱反射峰进行处理，计算其光谱分解含量，之后根据步骤六建立的统计关系，将计算的矿物光谱分解含量转换为矿物真实含量。