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《中国地质大学(北京)》 2004年 博士论文
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成像光谱岩矿识别方法技术研究和影响因素分析

张宗贵  
【摘要】:在遥感地质应用中,岩矿光谱和空间分布的精细特征是空间与光谱高分辨率遥感的优势所在。随着传感器性能的提高,尤其是光谱分辨率的提高,大为改善了岩矿信息识别与提取的技术环境。但是,由于高光谱分辨率的成像光谱波段带宽很窄,在岩矿光谱信息遥感、识别与提取的过程中岩矿信息极易受诸多因素的制约和影响。本文围绕在岩矿光谱信息的获取、光谱特征信息识别与提取的过程中,分析与岩矿光谱特征信息息息相关的组成成分、内部结构与构造,以及与之发生相互作用的外部环境或过程;通过理论、模型、模拟和试验测试分析相结合的方法,开展分析研究岩矿的各种矿物组分、结构类型、化学成分,风化作用,岩矿颗粒度、高温模拟,遥感的大气分子组分、传感器的几何观测条件、平台的运动姿态、传感器的光学传递函数、探测器的光谱响应以及光谱、空间分辨率与信噪比等对岩矿光谱特征信息识别与提取的影响。系统地分析研究新疆东天山试验区成像光谱遥感矿物光谱信息识别与提取的实用化方法技术。并阐述了高分辨率的岩矿光谱特性在多光谱技术中应用分析,通过本论文的研究工作取得了以下主要成果: 一、岩矿光谱特性及其变异性 1、通过分析研究试验区岩石、矿物和矿石矿光谱特征,归纳总结了河北张家口的崇礼—赤城和新疆东天山地区岩浆岩、沉积岩和变质岩和不同矿床的光谱特征,不同地层中光谱差异性及其成因;分析了东坪、黄土梁两金矿区以及三道沟多金属矿的褐铁矿化、粘土蚀变强度和类型,初步探讨了三个矿床成因温度。 2、从观测几何光学位置关系出发,分析总结了光源的方位和入射角、仪器观测方位和观测角影响岩矿的光谱特性:入射光方位、入射角的变化和观测方位、观测角的变化都会引起岩矿光谱反射率值的变化,但其特征吸收谱的强弱程度不变;总结了岩矿在室内外测量条件下和不同入射光谱辐照度条件下岩矿光谱特性的差异性。 3、对岩矿的颗粒度、风化程度和温度试验等各种因素引起的岩石光谱变异性特征和规律进行了较全面的研究;对岩矿的光谱特征参量在各种条件下的稳定性进行了有效地分析评价:也较深入地探讨了遥感地质研究中的“同物异谱”和“异物同谱”现象的发生、影响及减轻或消除的可能途径;提出了成像光谱岩矿识别的深层次的定量化分析应尽量利用高光谱分辨率的岩矿光谱特征数据的技术思路,为开展精细的岩矿分类与识别提供了有效的事实依据和技术指导。 4、通过岩石矿物高温模拟实验的光谱特征与参量分析,结合岩石、矿物的晶体结构的稳定性以及形成条件,对岩矿在模拟高温条件下的光谱特性的变异性进行了初步探讨。随着岩矿温度的升高,其光谱行为表现为吸收谱带相变宽变浅;反之,其光谱特性表现为吸收谱带变深,且尖锐:并且吸收谱带波长位置向长波发生飘移。 二、影响遥感岩矿光谱特征信息识别与提取的因素分析 1、大气传输 总结了大气的成份与分层结构,探讨了大气的传输理论模型,开展了岩矿光谱反射辐射特性在不同大气厚度层中的模拟分析,从而深刻地认识了大气对光谱传输的复杂性和多变性;该工作的开展对发展和开发高光谱遥感岩矿光谱特性的恢复方法,提高高光谱遥感中光谱重建精度,还原出岩矿本质光谱特性极具重要意义。 2、岩矿光谱信息遥感的方向性 尽管岩矿光谱特性的二向性问题并不影响岩矿的特征谱带,影响的仅为反射率值的大小。但是在遥感影像中,确实影响不同航带上的岩矿信息识别和提取。通过从理论上分析形成方向反射


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