成像光譜巖礦識(shí)別方法技術(shù)及影響因素分析

摘 要：成像光譜通過它所具有的超高的影像分辨率以及極其細(xì)致的地物光譜的成像能力，已被大面積的運(yùn)用在地質(zhì)研究、生物科學(xué)和環(huán)境保護(hù)等多領(lǐng)域。由于受到外界許多種不確定的因素影響，在數(shù)據(jù)的獲取和決策方面上成像光譜地物的識(shí)別一直存在著不確定性質(zhì)。而這種不確定性質(zhì)包括基于誤差和變異方面。文章根據(jù)礦物的識(shí)別為事例，由機(jī)理角度進(jìn)行研究，探討對數(shù)據(jù)產(chǎn)生干擾的不確定性質(zhì)的因素。研究表明，盡管成像光譜的地物識(shí)別會(huì)受到一系列因素的影響，但是地物光譜所形成的原理有效決定了以上的不確定性質(zhì)的因素可以被消除，文章在對此研究的基礎(chǔ)上還提出了常見的解決方法和理論知識(shí)。

關(guān)鍵詞：成像光譜；巖礦識(shí)別；識(shí)別技術(shù)方法

伴隨著地質(zhì)觀測技術(shù)和空間信息技術(shù)的快速發(fā)展，光譜成像遙感根據(jù)本身超高光譜分辨率的性質(zhì)，在植被化學(xué)、環(huán)境保護(hù)和地質(zhì)方面早已得到廣泛的運(yùn)用，特別是在礦物的填圖和識(shí)別方面運(yùn)用的效果最具成功。成像光譜遙感的核心研究方法之一是光譜地物重建，也就是采用不同的算法及模型，通過運(yùn)用數(shù)據(jù)將光譜的特性反演變現(xiàn)出來，之后再運(yùn)用地面的影像和精細(xì)光譜配合準(zhǔn)備地物識(shí)別的工作。通過成像光譜遙感所獲得的空間十分豐富，并且輻射的信息及光譜都極大程度的提高了人們利用遙感影像獲得可信賴信息的方式和能力，擴(kuò)大了人們對結(jié)果分析的豐富多樣性。但是，在這些分析過程的同時(shí)也間接的給人們帶來了很多不確定的信息。這些不確定的特性在客觀條件下體現(xiàn)出了不精確的數(shù)據(jù)信息，主觀上則體現(xiàn)在人們對結(jié)果的選擇和判斷上出現(xiàn)的不確定性。由于受到很多因素的影響和制約，在人們運(yùn)用光譜成像數(shù)據(jù)的時(shí)候常會(huì)出現(xiàn)很多不確定的抉擇。每種影響因素構(gòu)成的不同的組合都會(huì)對研究巖礦識(shí)別的答案產(chǎn)生影響，以致最終影響人們對正確結(jié)果及答案的判斷。

近年來，具有不確定性質(zhì)的空間因素一直困擾著國內(nèi)以及國外的研究員們，是學(xué)者們不斷研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。實(shí)體的本身和客觀的世界往往存在變異性質(zhì)，也就是不確定性，總體表現(xiàn)在它的隨機(jī)性質(zhì)、不確定性質(zhì)和模糊性質(zhì)。

1 不確定的影響因素

自成像光譜從數(shù)據(jù)信息的獲取到處理上，避免不了會(huì)受到外界環(huán)境、使用儀器的性能以及測試的方法上和處理的方法體現(xiàn)的局限性而致使數(shù)據(jù)信息有偏差或者缺失，最終造成光譜成像的不確定性質(zhì)。這些客觀影響因素包括如下：首先，在大氣方面：大氣中存在散射現(xiàn)象，而散射的作用往往是十分復(fù)雜的過程，不一樣波長的光線的散射程度不僅和大氣的條件，同時(shí)還與太陽所具有的高度角等因素有關(guān)系，通過大氣衰減的作用對波長不同光線的選擇性質(zhì)，致使對不同的波段影像產(chǎn)生不確定性。不同地區(qū)所成的影像元灰度值受到大氣的干擾影響不同，并且即使是在同一地區(qū)的成像元灰度值若在不同時(shí)間進(jìn)行獲取，所受大氣的影響程度也是不同的。除此以外，也會(huì)干擾影響地物方向的反射。其次，在傳感器方面：傳感器本身所帶有的物理參數(shù)決定了它所獲得的光譜成像遙感數(shù)據(jù)信息的空間上、時(shí)間上以及分辨率上的信噪比。由于受到儀器自身參數(shù)的限制，所獲得的數(shù)據(jù)信息智能在一定范圍內(nèi)確保它的準(zhǔn)確性，而且，針對光譜成像的數(shù)據(jù)來說，傳感器劃分波段及其細(xì)致，這便增加了相鄰波段之間的關(guān)聯(lián)性，間接的加大了所得數(shù)據(jù)的冗余程度，增加了提取信息的不確定性質(zhì)。再次，表現(xiàn)在圖像的處理以及分類方面：通過光譜成像所獲得的數(shù)據(jù)信息最終要反演地物光譜，這也就表示它要經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)、信息和圖像的加工處理環(huán)節(jié)。在這個(gè)過程里，不管是在幾何的糾正上，輻射的糾正上，或者是數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換上均會(huì)在周圍環(huán)境以及操作步驟上添加引入多種誤差，所有，這些誤差最終將會(huì)致使運(yùn)用的結(jié)果具有不確定性。最后，反演模型方面：光譜遙感的目的是要獲取遙感的數(shù)據(jù)，并且利用這些數(shù)據(jù)重新建造地面的模型，體現(xiàn)真實(shí)的地面情況。而所謂反演是在地面的實(shí)際情況和遙感獲得的數(shù)據(jù)之間創(chuàng)建關(guān)系，以模型的方式解決。但是，地面上實(shí)際情況常常是復(fù)雜的，人們需要運(yùn)用不同種的參數(shù)對它進(jìn)行描繪，而這些未知的參數(shù)總是無窮的，使用有限制的數(shù)據(jù)來反演表示地面的實(shí)際狀態(tài)，獲得定解基本上是不可能的事情。所以，反演的過程在本質(zhì)上存在很多不確定性。

2 理論分析和解決方法

往往針對光譜成像地物的識(shí)別所存在的隨機(jī)性質(zhì)和模糊性質(zhì)進(jìn)行處理和分析的方法包括：灰色理論、云理論、空間統(tǒng)計(jì)學(xué)、概率論、模糊數(shù)學(xué)和熵理論等。近些年來，伴隨著科技的發(fā)展，計(jì)算機(jī)、專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法也同時(shí)被引進(jìn)研究不確定的性質(zhì)中。曾有研究人員指出可以運(yùn)用系統(tǒng)的控制論觀點(diǎn)來解決光譜成像的不確定性因素的研究中，并且將其作為關(guān)于遙感的信息質(zhì)量方面進(jìn)行評(píng)價(jià)的基本理論之一。

改變不同的尺度大小和時(shí)間領(lǐng)域等方法也能夠解決并且消除成像光譜巖礦的不確定性質(zhì)。變換角度在很多情況下是可以展現(xiàn)本質(zhì)問題的。通過研究光譜成像的空間分辨率進(jìn)行討論它的不確定性質(zhì)的，研究結(jié)果表明，由于在空間范圍里分辨率的降低，所提取的目標(biāo)的譜帶特性變?nèi)?，但是像元存在的波譜特點(diǎn)卻變的更加統(tǒng)一。現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于在空間的分辨率變低后，生成了混合的像元，導(dǎo)致了地物光譜成像的變化，由于礦物是以方解石為主的，在像元混合一體后，方解石所具有的光譜特點(diǎn)主導(dǎo)了整個(gè)混合光譜。實(shí)踐證明，野外的驗(yàn)證結(jié)果與影響分析結(jié)果完全一致。

3 結(jié)束語

研究探討光譜成像的影響因素所具有的不確定性質(zhì)，對人們更進(jìn)一步揭示它的確定性極其有利。事實(shí)證明，伴隨著科技的迅速發(fā)展，完善儀器的功能，改善光譜成像的處理方法可以最大程度的降低誤差因素，使最終得到真實(shí)有效的結(jié)果。目前階段，由于技術(shù)方法的限制，不能夠完全消除遙感數(shù)據(jù)所具有的不確定性質(zhì)，它復(fù)雜的外表在體現(xiàn)形式上仍然很難得到完全的展示，除此以外，對很多種不確定因素的分析靈敏度和對不確定性質(zhì)的累計(jì)和減弱方式仍然需要得到進(jìn)一步的研究和解決。

參考文獻(xiàn)

[1]張宗貴.成像光譜巖礦識(shí)別方法技術(shù)研究和影響因素分析[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2004.

[2]甘甫平，王潤生，馬藹乃，等.光譜遙感巖礦識(shí)別基礎(chǔ)與技術(shù)研究進(jìn)展[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用，2002，03.

[3]唐攀科，王潤生，楊蘇明，等.成像光譜地物識(shí)別影響因素的不確定性淺析-以礦物識(shí)別為例[J].地質(zhì)與勘探，2006，02.