專利名稱：面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種巖礦類型的識別方法，具體地說，是高光譜遙感領(lǐng)域的一種面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法。
背景技術(shù)：
當前，基于高光譜遙感數(shù)據(jù)，利用光譜匹配技術(shù)進行巖礦信息提取以達到識別巖礦類型的方法主要有光譜角分類法、光譜曲線擬合方法、混合調(diào)制匹配濾波等。這些方法的技術(shù)核心都是利用實驗室測量得到的樣本光譜或者從圖像上選取的樣本光譜，與遙感影像上擬判定的地物光譜進行對比判定。但是，由于遙感數(shù)據(jù)是遙感傳感器在自然環(huán)境狀態(tài)下接收的地物對太陽光反射和輻射的能量信息，而自然環(huán)境因素對太陽輻射影響因素(云霧、溫度、濕度)復(fù)雜多變，目前的技術(shù)水平尚不能精確地消除這些因素引起的誤差。即使是當前主流技術(shù)對這些誤差使用全球普適模型(如6S大氣校正模型)進行消除處理，也存在全球統(tǒng)一模型缺乏區(qū)域和時間上的針對性問題，因此，其應(yīng)用結(jié)果的精度和準確度仍然欠佳。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中光譜匹配方法受自然環(huán)境因素影響大、針對性弱等問題。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法，包括以下步驟
(1)假設(shè)自然環(huán)境引起的誤差為隨機的正態(tài)分布，將高光譜的遙感影像中每個象元的光譜曲線進行正態(tài)擴展計算，即以每個波段為基準，在反射率范圍內(nèi)，將每個波段的反射率按照正態(tài)分布規(guī)律擴展到0到1區(qū)間，形成矩陣數(shù)據(jù)集X ；
(2)將標準光譜曲線以每個波段為基準，在反射率范圍內(nèi)，將每個波段的反射率按照正態(tài)分布規(guī)律擴展到0到1區(qū)間，形成矩陣數(shù)據(jù)集Y ；
(3)在全波長范圍內(nèi)，依據(jù)標準光譜曲線對巖礦進行敏感性區(qū)間劃分，形成特征窗口， 并設(shè)置預(yù)定的權(quán)重系數(shù)；
(4)計算特征窗口相關(guān)系數(shù)r，并與步驟(3)中的權(quán)重系數(shù)結(jié)合，得到綜合相關(guān)系數(shù)Ks
合；
(5)利用綜合相關(guān)系數(shù)作為識別巖礦類型的最終依據(jù)。進一步地，所述步驟(1)執(zhí)行之前，還通過全球普適模型先對遙感影像進行自然環(huán)境因素誤差的錯略消除處理。再進一步地，所述步驟(2)執(zhí)行之前，還包括以下操作將標準光譜曲線進行重采樣，使其與遙感影像的光譜曲線進行匹配比較時數(shù)量保持一致。準確地說，所述步驟(3)中敏感性區(qū)間是指對電磁波具有反射或吸收能力的光譜區(qū)間。
3
再進一步地，所述步驟(4)中特征窗口相關(guān)系數(shù)r的計算方法如下將步驟(1)得到的矩陣數(shù)據(jù)集X與步驟(2)得到的矩陣數(shù)據(jù)集Y進行相關(guān)性計算，得到全窗口相關(guān)系數(shù) r。而所述綜合相關(guān)系數(shù)的計算方法如下 κ 綜合=Kf1 +K2r2 +K3r3+—. Knrn
其中，Kn、rn*別為特征窗口 η的權(quán)重系數(shù)和相關(guān)系數(shù)，且WK3+…+Kn=I。更進一步地，所述步驟(5)具體是指綜合相關(guān)系數(shù)Kgg越大，則遙感影像的光譜與標準光譜越接近，兩者的匹配度越高，地物類型越相似。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果
(1)本發(fā)明以假定自然環(huán)境因素引起的誤差為隨機誤差、具有正態(tài)分布規(guī)律為基礎(chǔ)，通過對遙感影像采用大氣校正的方式進行誤差處理，從而提高了匹配分析時的準確率；
(2)本發(fā)明利用巖礦對電磁波的吸收和發(fā)射特征對巖礦的診斷意義，來對巖礦進行敏感性區(qū)間劃分，并設(shè)定權(quán)重系數(shù)，從而提高了巖礦分析的科學(xué)性，使巖礦分析的結(jié)果更加合理、準確；
(3)本發(fā)明顧及了電磁波由于自然環(huán)境因素影響的不穩(wěn)定和不確定性，具有更強的針對性；
(4)本發(fā)明大大提高了對自然環(huán)境因素引起誤差的消除能力，進而提高了遙感影像的光譜與標準光譜的匹配精度和準確度。


圖1為本發(fā)明的流程示意圖。圖2為本發(fā)明中遙感影像中的任一點的光譜曲線示意圖。圖3為圖2中以a點為頂點的正態(tài)分布曲線圖。圖4為本發(fā)明-實施例中綜合相關(guān)系數(shù)大于0. 7時的匹配影像。圖5為本發(fā)明-實施例中綜合相關(guān)系數(shù)大于0. 8時的匹配影像。圖6為本發(fā)明-實施例中綜合相關(guān)系數(shù)大于0. 9時的匹配影像。圖7為采用市場商業(yè)軟件匹配方法對實施例所述礫巖進行識別的匹配影像。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明，本發(fā)明的實施方式包括但不限于下列實施例。
實施例本發(fā)明中，自然環(huán)境因素主要指溫度、溫度、水汽、大氣。而本發(fā)明的基本思想在于，先用全球統(tǒng)一模型對遙感影像進行自然環(huán)境因素誤差的錯略消除處理，此時，自然環(huán)境因素對巖礦電磁波的影響誤差依然存在，本文稱這些誤差為殘存誤差；假定這些殘存誤差的量化指標具有隨機性，并具有正態(tài)分布特征；然后在全波長范圍內(nèi)，依據(jù)實驗室測量的巖礦光譜來劃分出特征區(qū)間，并按照區(qū)間敏感程度進行權(quán)重分配，然后計算出特征窗口相關(guān)系數(shù)，最終得到識別巖礦類型的參考依據(jù)。
按照上述思想，如圖1所示，本發(fā)明的詳細步驟和實現(xiàn)過程如下 一、遙感影像的自然環(huán)境因素誤差的錯略消除處理
對高光譜的遙感影像進行大氣校正，即通過全球普適模型對遙感影像進行自然環(huán)境因素誤差的錯略消除處理，將遙感影像的DN (Digital Number)值轉(zhuǎn)換為地表反射率或地表輻射亮度，定標到表觀反射率。在本領(lǐng)域中，采用全球普適模型進行誤差處理屬于十分成熟的技術(shù)，在此不再贅述。二、假設(shè)自然環(huán)境引起的誤差為隨機的正態(tài)分布，以每個波段為基準，在反射率范圍內(nèi)，將每個波段的反射率按照正態(tài)分布規(guī)律擴展到0到1區(qū)間；再將高光譜的遙感影像中每個象元進行正態(tài)擴展計算，得到相應(yīng)的矩陣數(shù)據(jù)集X。所述反射率范圍為0 1。正態(tài)分布
如圖2所示，正態(tài)分布的頂點為遙感影像中的地物表觀反射率值，即A曲線中的任意一點，因為是標準正態(tài)分布，故P為0。圖2中，三個矩形帶狀為三個窗口。由于遙感影像上存在多個象元，因此，進行正態(tài)擴展之后，可得到多個矩陣數(shù)據(jù)集，即每一個象元對應(yīng)一個矩陣數(shù)據(jù)集。圖3為某點的正態(tài)分布曲線圖。殘差隨機性假設(shè)的科學(xué)性分析巖礦波譜是巖礦組分和結(jié)構(gòu)的電磁波綜合響應(yīng)， 但是，由于大氣、水汽、溫度、濕度等自然環(huán)境因素的影響，遙感技術(shù)獲取的巖礦電磁波數(shù)據(jù)會不同程度地受到影響和改變。由于這些自然環(huán)境因素的定量指標在遙感數(shù)據(jù)處理時很難獲取，加上對其影響規(guī)律的掌握還處于研究階段，致使其變化規(guī)律在當前技術(shù)條件下無法定量地描述和表達。因此，在利用全球普適模型消除處理后，再假定其殘存誤差隨機性是一種比較科學(xué)的處理方法。三、先將標準光譜曲線進行重采樣，使其與遙感影像的光譜曲線進行匹配比較時數(shù)量上保持一致；再將重采樣后的標準光譜曲線的反射率按照正態(tài)分布規(guī)律擴展到0到1 區(qū)間，得到一個矩陣數(shù)據(jù)集Y。四、在全波長范圍內(nèi)，依據(jù)標準光譜曲線對巖礦進行敏感性區(qū)間劃分，并設(shè)置預(yù)定的權(quán)重系數(shù)。其中，敏感性區(qū)間是指對電磁波具有反射或吸收能力的光譜區(qū)間。特征區(qū)間劃分的科學(xué)性分析巖礦組分是巖礦類型和類別確定的重要依據(jù)，組分的電磁波響應(yīng)是巖礦成分的原子或離子基團振動吸收和發(fā)射的結(jié)果，所以巖礦的電磁波吸收和發(fā)射特征具有診斷巖礦的意義。這些特征有規(guī)律地分布在某個波長位置和波長范圍內(nèi)，因此在巖礦的整個電磁波影響曲線范圍內(nèi)，不同波長位置的響應(yīng)敏感性不同，對巖礦的信息提取和識別的貢獻也就不同，近紅外、短紅外范圍的吸收反射特征位置貢獻最大，顏色表現(xiàn)的波長范圍次之，有大氣、水汽、溫度、濕度影響大的波長位置貢獻較小。所以依據(jù)實驗室測量的巖礦光譜數(shù)據(jù)劃分出特征區(qū)間，并按區(qū)間敏感程度進行權(quán)重分配是一種科學(xué)的處理方法。五、計算特征窗口相關(guān)系數(shù)r，并與步驟四中的權(quán)重系數(shù)結(jié)合，得到綜合相關(guān)系數(shù)
K綜合。特征窗口相關(guān)系數(shù)r的計算方法為將步驟二得到的矩陣數(shù)據(jù)集X與步驟三得到
5的矩陣數(shù)據(jù)集Y進行相關(guān)性計算，得到全窗口相關(guān)系數(shù)r。計算公式如下
權(quán)利要求
1.面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法，其特征在于，包括以下步驟(1)假設(shè)自然環(huán)境引起的誤差為隨機的正態(tài)分布，將高光譜的遙感影像以每個波段為基準，在反射率范圍內(nèi)，將每個波段的反射率按照正態(tài)分布規(guī)律擴展到0到1區(qū)間，形成矩陣數(shù)據(jù)集X ；(2)將標準光譜曲線以每個波段為基準，在反射率范圍內(nèi)，將每個波段的反射率按照正態(tài)分布規(guī)律擴展到0到1區(qū)間，形成矩陣數(shù)據(jù)集Y ；(3)在全波長范圍內(nèi)，依據(jù)標準光譜曲線對巖礦進行敏感性區(qū)間劃分，形成特征窗口， 并設(shè)置預(yù)定的權(quán)重系數(shù)；(4)計算特征窗口相關(guān)系數(shù)r，并與步驟(3)中的權(quán)重系數(shù)結(jié)合，得到綜合相關(guān)系數(shù)Ks合；(5)利用綜合相關(guān)系數(shù)作為識別巖礦類型的最終依據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法，其特征在于， 所述步驟(1)執(zhí)行之前，還通過全球普適模型先對遙感影像進行自然環(huán)境因素誤差的錯略消除處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法，其特征在于，所述步驟(2)在執(zhí)行之前，還包括以下操作將標準光譜曲線進行重采樣，使其與遙感影像的光譜曲線進行匹配比較時數(shù)量保持一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法，其特征在于， 所述步驟(3)中敏感性區(qū)間是指對電磁波具有反射或吸收能力的光譜區(qū)間。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法，其特征在于， 所述步驟(4)中特征窗口相關(guān)系數(shù)r的計算方法如下將步驟(1)得到的矩陣數(shù)據(jù)集X與步驟(2)得到的矩陣數(shù)據(jù)集Y進行相關(guān)性計算，得到特征窗口相關(guān)系數(shù)r。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法，其特征在于， 所述綜合相關(guān)系數(shù)的計算方法如下κ 綜合=Kf1 +K2r2 +K3r3+—. Knrn其中，Kn、rn*別為特征窗口 η的權(quán)重系數(shù)和相關(guān)系數(shù)，且WK3+…+Kn=I。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法，其特征在于， 所述步驟(5)具體是指綜合相關(guān)系數(shù)越大，則遙感影像的光譜與標準光譜越接近，兩者的匹配度越高，地物類型越相似。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向巖礦的特征窗口加權(quán)相關(guān)光譜匹配方法，包括以下步驟(1)假設(shè)自然環(huán)境引起的誤差為隨機的正態(tài)分布，將遙感影像以每個波段為基準，在反射率范圍內(nèi)，將每個波段的反射率按照正態(tài)分布規(guī)律擴展到0到1區(qū)間，形成矩陣數(shù)據(jù)集X；(2)將標準光譜曲線以每個波段為基準，在反射率范圍內(nèi)，將每個波段的反射率按照正態(tài)分布規(guī)律擴展到0到1區(qū)間，形成矩陣數(shù)據(jù)集Y；(3)在全波長范圍內(nèi)，依據(jù)標準光譜曲線對巖礦進行敏感性區(qū)間劃分，形成特征窗口，并設(shè)置預(yù)定的權(quán)重系數(shù)；(4)計算特征窗口相關(guān)系數(shù)r，并與步驟(3)中的權(quán)重系數(shù)結(jié)合，得到綜合相關(guān)系數(shù)K綜合；(5)利用綜合相關(guān)系數(shù)K綜合作為識別巖礦類型的最終依據(jù)。
文檔編號G01V8/02GK102445712SQ20111037145
公開日2012年5月9日 申請日期2011年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月22日
發(fā)明者葉成名, 羅慧芬, 苗放 申請人:成都理工大學(xué)