成像光譜巖礦識別方法技術及影響因素分析

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致的地物光譜的成像能力，已被大面積的運用在地質研究、生物科學和環境保護等多領域。由于受到外界許多種不確定的因素影響，在數據的獲取和決策方面上成像光譜地物的識別一直存在著不確定性質。而這種不確定性質包括基于誤差和變異方面。文章根據礦物的識別為事例，由機理角度進行研究，探討對數據產生干擾的不確定性質的因素。研究表明，盡管成像光譜的地物識別會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的因素可以被消除，文章在對此研究的基礎上還提出了常見的解決方法和理論知識。

關鍵詞：成像光譜；巖礦識別；識別技術方法

伴隨著地質觀測技術和空間信息技術的快速發展，光譜成像遙感根據本身超高光譜分辨率的性質，在植被化學、環境保護和地質方面早已得到廣泛的運用，特別是在礦物的填圖和識別方面運用的效果最具成功。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，通過運用數據將光譜的特性反演變現出來，之后再運用地面的影像和精細光譜配合準備地物識別的工作。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，擴大了人們對結果分析的豐富多樣性。但是，在這些分析過程的同時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出了不精確的數據信息，主觀上則體現在人們對結果的選擇和判斷上出現的不確定性。由于受到很多因素的影響和制約，在人們運用光譜成像數據的時候常會出現很多不確定的抉擇。每種影響因素構成的不同的組合都會對研究巖礦識別的答案產生影響，以致最終影響人們對正確結果及答案的判斷。

近年來，具有不確定性質的空間因素一直困擾著國內以及國外的研究員們，是學者們不斷研究的熱點和難點。實體的本身和客觀的世界往往存在變異性質，也就是不確定性，總體表現在它的隨機性質、不確定性質和模糊性質。

1 不確定的影響因素

自成像光譜從數據信息的獲取到處理上，避免不了會受到外界環境、使用儀器的性能以及測試的方法上和處理的方法體現的局限性而致使數據信息有偏差或者缺失，最終造成光譜成像的不確定性質。這些客觀影響因素包括如下：首先，在大氣方面：大氣中存在散射現象，而散射的作用往往是十分復雜的過程，不一樣波長的光線的散射程度不僅和大氣的條件，同時還與太陽所具有的高度角等因素有關系，通過大氣衰減的作用對波長不同光線的選擇性質，致使對不同的波段影像產生不確定性。不同地區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的成像元灰度值若在不同時間進行獲取，所受大氣的影響程度也是不同的。除此以外，也會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決定了它所獲得的光譜成像遙感數據信息的空間上、時間上以及分辨率上的信噪比。由于受到儀器自身參數的限制，所獲得的數據信息智能在一定范圍內確保它的準確性，而且，針對光譜成像的數據來說，傳感器劃分波段及其細致，這便增加了相鄰波段之間的關聯性，間接的加大了所得數據的冗余程度，增加了提取信息的不確定性質。再次，表現在圖像的處理以及分類方面：通過光譜成像所獲得的數據信息最終要反演地物光譜，這也就表示它要經過一系列的數據、信息和圖像的加工處理環節。在這個過程里，不管是在幾何的糾正上，輻射的糾正上，或者是數據的轉換上均會在周圍環境以及操作步驟上添加引入多種誤差，所有，這些誤差最終將會致使運用的結果具有不確定性。最后，反演模型方面：光譜遙感的目的是要獲取遙感的數據，并且利用這些數據重新建造地面的模型，體現真實的地面情況。而所謂反演是在地面的實際情況和遙感獲得的數據之間創建關系，以模型的方式解決。但是，地面上實際情況常常是復雜的，人們需要運用不同種的參數對它進行描繪，而這些未知的參數總是無窮的，使用有限制的數據來反演表示地面的實際狀態，獲得定解基本上是不可能的事情。所以，反演的過程在本質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別所存在的隨機性質和模糊性質進行處理和分析的方法包括：灰色理論、云理論、空間統計學、概率論、模糊數學和熵理論等。近些年來，伴隨著科技的發展，計算機、專家系統、神經網絡和遺傳算法也同時被引進研究不確定的性質中。曾有研究人員指出可以運用系統的控制論觀點來解決光譜成像的不確定性因素的研究中，并且將其作為關于遙感的信息質量方面進行評價的基本理論之一。

改變不同的尺度大小和時間領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。變換角度在很多情況下是可以展現本質問題的。通過研究光譜成像的空間分辨率進行討論它的不確定性質的，研究結果表明，由于在空間范圍里分辨率的降低，所提取的目標的譜帶特性變弱，但是像元存在的波譜特點卻變的更加統一。現象的產生是由于在空間的分辨率變低后，生成了混合的像元，導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主導了整個混合光譜。實踐證明，野外的驗證結果與影響分析結果完全一致。

3 結束語

研究探討光譜成像的影響因素所具有的不確定性質，對人們更進一步揭示它的確定性極其有利。事實證明，伴隨著科技的迅速發展，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，使最終得到真實有效的結果。目前階段，由于技術方法的限制，不能夠完全消除遙感數據所具有的不確定性質，它復雜的外表在體現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的累計和減弱方式仍然需要得到進一步的研究和解決。

參考文獻

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