基于二次主成分分析的遙感蝕變信息提取研究

解驍穎劉 晨

(1.成都理工大學地球科學學院，四川成都 610000; 2.建材成都地質工程勘察院，四川成都 610000)

基于二次主成分分析的遙感蝕變信息提取研究

解驍穎1劉 晨2

(1.成都理工大學地球科學學院，四川成都 610000; 2.建材成都地質工程勘察院，四川成都 610000)

對遙感蝕變信息提取常用的主要方法(比值法、主成分分析法、光譜角法)作了介紹，結合門限法劃分異常閾值，以Landsat8—OIL為數據源，采用二次主成分分析法，建立了掩模模型，并根據門限法對二次主成分分析法進行了異常閾值劃分，提取蝕變異常信息。

二次主成分分析，蝕變信息提取，Landsat8數據

0 引言

圍巖蝕變信息作為找礦的重要標志，通過對遙感蝕變信息異常的提取從而可以得到相關的圍巖蝕變信息。ETM+數據現在已經廣泛地應用到蝕變提取上并且對后期找礦預測起到了重要的作用，所以可以通過遙感蝕變異常來提取找礦的有利信息［1］。

1 研究區概況

研究區位于西藏藏南隆子縣境內，在巨大多金屬礦床扎西康礦床南部，在大地構造上位于巨型特提斯—喜馬拉雅構造帶的東南部，研究區內交通是很不方便，并且屬于高海拔區域，給傳統的地質找礦帶來了不便。所以應用遙感蝕變信息提取技術是十分有利的。

研究區遙感數據采用Landsat8—OIL數據，時間為2014年。經過遙感數據預處理，即輻射校正、大氣校正、幾何校正，再對數據進行植被、水體、雪和云的掩模后，最后對研究區進行蝕變信息提取。

2 遙感圖像處理

礦物在不同的波段具有不同的波普特征，而波譜特征反映了不同的蝕變礦物類型，從而得到了與礦物相關的蝕變信息。通過前人研究表明，蝕變礦物分為羥基類蝕變礦物和鐵染類蝕變礦物，而這些蝕變礦物在不同波譜具有獨特的光譜特性，如表1所示。

表1 不同類型蝕變礦物與光譜特征

表1反映了不同種類的蝕變礦物具有不同的光譜特征，通過Landsat8—OIL數據提取相應的波段，通過比值法、主成分分析來建立二次主成分的蝕變因子，這樣可以凸顯所需要的有用信息。

2.1 蝕變因子建立

2.1.1 比值法蝕變因子

通過運用波段比值法運算，可以消除地形坡度、坡向、陰影或者是太陽高度的變形造成的環境影響。圖像的比值運算是一種常用的增強圖像的方法。

最簡單的數學表達式為［2，3］:

其中，R為比值法建立的蝕變因子;C(a，b)(x，y)分別為像元(x，y)在a，b波段上相應的灰度值。利用比值法建立鐵化因子、硅化因子和泥化因子。鐵化因子R1=OIL4/2;硅化因子R2= OIL6/5;泥化因子R3=OIL6/7。

2.1.2 主成分分析法蝕變因子

主成分分析是一種對多元變量降維的統計方法，通過將原有波段壓縮到更有效的少數幾個波段中來消除數據冗余，是一種圖像增強方法［4］。主成分分析已經廣泛地應用于蝕變信息的提取中。

對研究區域采用PC(2，5，6，7)來獲得羥基因子(見表2)，PC (2，4，5，6)來確定鐵染因子(見表3)。

表2 主成分PC(2，5，6，7)協方差矩陣

表3 主成分PC(2，4，5，6)協方差矩陣

通過分析表2和表3可以得出，對鐵染因子進行主成分分析時，第一主成分量PC1信息量為四個主成分最大分量，并且反映了第四波段和第六波段的信息;PC2反映了第五波段的正信息和第六波段的負信息;PC4反映了第二波段的正信息和第四波段的負信息。

根據表1不同礦物在不同波段的特征，可以得出鐵染因子在OIL4波段和OIL2波段應該正負相反，所以選擇PC4作為鐵染蝕變因子R4。

由表3可以得出，第一主成分量PC1信息量為四個主成分最大分量，并反映了第六波段正信息;PC2主要反映了第五波段正信息;PC3主要反映了第二波段負信息;PC4主要反映了第六波段負信息和第七波段正信息。

根據表1可以得出羥基蝕變因子與OIL6和OIL7的系數相反，且特征向量值應當最大，所以選擇PC4作為羥基蝕變因子R5。

通過波段比值法和主成分分析法得到了鐵化因子R1、硅化因子R2、泥化因子R3、鐵染蝕變因子R4、羥基蝕變因子R5。

2.2 二次主成分蝕變信息提取

二次主成分分析是一種基于波段比值和一次主成分分析結果基礎之上的，也是一種建立在圖像統計特征數據上的多維線性變換，具有去除數據冗余的作用。研究區域往往不止有一種蝕變作用，而是多種蝕變相互混合作用［2］。采用二次主成分分析法來呈現出多種礦化信息混合蝕變作用［4］。表4為各蝕變因子采用二次主成分分析得到的統計參數。

表4 二次主成分分析協方差矩陣

表4中，PC1中R4和R5的承載信息量較大，且符號相反，主要突出鐵化和泥化信息。PC2中R4和R5的承載信息量較大，且符號相同，反映了羥基和鐵染蝕變信息。而PC3中R1的承載信息量較大，突出了鐵化信息;PC4中R2的承載信息量較大，突出了硅化信息;PC5中R3的承載信息量較大，突出了泥化信息。二次主成分分析PC2主成分量表現了羥基和鐵染蝕變信息的混合作用。

2.3 基于主分量門限化的蝕變信息分級

主分量門限化技術是在主成分分析的基礎之上，并利用標準誤差對蝕變信息進行的分級［1］。門限化技術是以標準離差值(σ)作為尺度，用數倍σ作為閾值，限定異常水平［5］。

OIL數據的灰度值圖像接近正態分布。根據高斯誤差分布定律［6］:

其中，σ為標準離差。

圖1 研究區二次主成分分析法結果圖

主成分變化是一種線性變換，可以利用主成分后的OIL遙感數據的直方圖有正態分布規律，所以可以根據標準離差值σ來對礦化蝕變信息進行分類。根據(X+Nσ)來對礦化信息進行蝕變信息分級［7］，其中，X為提取出的主成分分量圖的背景;N分別取2，2.5，3來對主成分量進行分級(見圖1)。

3 結語

本文以西藏扎西康地區為例，進行遙感蝕變提取研究，闡述了遙感蝕變提取的方法和技術流程。通過建立蝕變因子，對Landsat8—OIL數據進行二次主成分分析，提取遙感蝕變信息，并采用基于主分量門限化方法對蝕變信息進行分級。同時，形成了以下認識:

1)通常傳統蝕變提取方法是采用單獨比值法和主成分分析法。傳統方法已經得到了大量的運用，完善的建立了蝕變礦物在特殊波譜帶具有的特殊特征。實際上，研究區內的礦化蝕變不是單一的礦化作用結果，而常是多種蝕變信息的混合作用。二次主成分分析可以提取出多種礦化蝕變的混合作用，為以后遙感找礦遠景區的圈定提供了基礎。

2)通過遙感蝕變信息提取可以發現，蝕變信息分布與斷裂帶、環形構造有著密切的關系。通過多維數據疊加，對以后遙感找礦遠景區的圈定有著重要的指示作用。

［1］ 張玉君，曾朝銘，陳 薇.ETM/TM蝕變遙感異常提取方法研究與應用——方法選擇和技術交流［J］.國土資源遙感，2003(2):44-49.

［2］ 宋 弢.基于ETM遙感數據的礦化蝕變異常信息提取［D］.西安:長安大學，2010.

［3］ 張廷斌.西藏謝通門縣銅金礦帶遙感圖像蝕變信息提取及多源數據融合在成礦預測中的應用［D］.成都:成都理工大學，2010.

［4］ 陳 曦，孟鵬燕，周 鼎.基于二次主成分分析的遙感蝕變信息提取與優化——以云南陽拉銅礦為例［J］.資源環境與工程，2014(28):80-86.

［5］ 劉紀選，曾朝明，張秀茵.航天遙感圖像數據索引及應用實例［J］.中國地質調查局，2004(5):42-47.

［6］ 周秀銀.誤差理論與實驗數據處理［M］.北京:北京航天大學出版社，1996.

［7］ 閻積慧.TM圖像地質應用原理與方法［M］.北京:冶金工業出版社，1995.

Research of remote sensing inform ation extraction based on the second principal com ponents analysis

Xie Xiaoying1Liu Chen2

(1．Institute of Geophisics，Chengdu University of Technology，Chengdu 610000，China; 2．Chengdu Geological Engineering and Survey Institute for Construction Materials，Chengdu 610000，China)

Introduces the main method of remote sensing alteration information extraction is the ratio method，principal component analysis，spectral anglemethod，and using the anomaly threshold method to divide the threshold.The paper uses Landsat8—OIL as the data source.In order to extract the alteration anomaly information，firstly it establishes themask model and then using the second principal component analysis method，finally using the threshold to divide the principal components.

second principal component analysismethod，extraction of remote sensing information，Landsat8 data

P237

A

1009-6825(2015)29-0068-02

2015-08-01

解驍穎(1991-)，女，在讀碩士; 劉 晨(1991-)，男