Experimento 32 Extracción de información de alteración de mineralización mediante teledetección
El uso de la función PCA de ENVI para extraer información sobre tinciones de hierro y anomalías de hidroxilo de datos de imágenes ETM++ en el área de Humao en Yiwu, Xinjiang, puede profundizar la comprensión de los principios y algoritmos para la extracción. Información de mineralización de alteración de teledetección Comprender y dominar el proceso básico y las operaciones principales de la implementación de la tecnología funcional ENVI PCA, y tener una comprensión perceptiva de las características de la imagen y las aplicaciones de estos dos tipos de información.
2. Contenido experimental
① Análisis del principio de detección de anomalías del espectro de tinción de hierro y hidroxilo; (2) Operación de extracción de información de la anomalía de tinción de hierro por detección remota ENVI; operación de extracción de información de anomalías; (4) Mapeo y análisis de aplicación de los resultados de la prospección.
3. Requisitos experimentales
① Dominar el principio de extraer información de alteración de imágenes de detección remota; ② Extraer información de anomalías de tinción de hierro de imágenes ETM ++ en el área de Humao, Yiwu, Xinjiang; , Xinjiang Extracción de información sobre anomalías de hidroxilo de imágenes ETM ++ en el área de Humao ④ Clasificación de información sobre anomalías de hidroxilo y tinción de hierro ⑤ Redacción de un informe experimental;
IV. Condiciones técnicas
① Microcomputadora; ② Imagen ETM++ del área de Humao, Yiwu, Xinjiang; ③Software Photoshop (versión 7.0 o superior).
Pasos experimentales del verbo (abreviatura del verbo)
(1) Principio de la tinción con hierro y la prospección de anomalías del espectro de hidroxilo
La radiación reflejada de los minerales es geológica de detección remota información La fuente básica de minerales, las características espectrales de varios minerales dependen del tipo y la cantidad de iones elementales, como Fe3﹢, Fe2﹢ y OH-. Un gran número de estudios de laboratorio sobre las características espectrales de minerales y rocas han demostrado que las características espectrales más comunes de los minerales naturales en el rango espectral visible-infrarrojo cercano (0,325 ~ 2,5μ m) están compuestas de hierro (Fe3﹢+, Fe2 ﹢+) de una forma u otra Producido en forma de agua (H2O) y grupos hidroxilo (OH-). Una gran cantidad de información obtenida al medir minerales en el espectro visible-infrarrojo cercano proviene principalmente del proceso de transición electrónica de un pequeño número de iones estructurales e iones sustituidos, así como del proceso de vibración de un número limitado de aniones. Diferentes minerales tienen diferentes características espectrales debido a diferentes química mineral, estructura cristalina y tamaño de partícula, como se muestra en la Tabla 32-1 y la Figura 32-1.
La base de las anomalías espectrales de la tinción con hierro y la alteración de hidroxilo en la Tabla 32-1
Características espectrales de minerales alterados típicos en la Figura 32-1
1- Mineral de hierro rojo; 2-goetita; 3-jarosita: 4-caolinita; 5-sericita; 6-clorita
Actualmente, la mineralización y la corrosión se extraen basándose en datos multiespectrales. , método de relación, método de ángulo espectral, etc. Este experimento utiliza el método de análisis de componentes principales para extraer información de anomalías de alteración de imágenes ETM++ en el área de Humao en Yiwu, Xinjiang.
El análisis de componentes principales (PCA) es un método ampliamente utilizado para extraer información de alteración de rocas. Este método concentra la información altamente correlacionada en cada banda en unos pocos componentes rotando el vector de datos de la imagen multiespectral de teledetección, y asegura que estos componentes no estén correlacionados (descorrelacionados) tanto como sea posible, de modo que la imagen original de la La multibanda se compone de varios componentes. La representación de imagen de información de combinación lineal de las bandas permite comprimir, mostrar y reflejar la información de detección remota, lo que reduce la cantidad de datos necesarios para el análisis y la interpretación de imágenes. Para las imágenes ETM++, los tres primeros componentes principales PC1, PC2 y PC3 suelen representar más del 95% de la información de la imagen multibanda.
Según el análisis de la Figura 32-1, los minerales que contienen hierro (Fe3 y Fe2) son principalmente óxidos secundarios, y algunos minerales primarios en zonas de alteración hidrotermal, como anfíbol común, hematita, limonita, goethita. , magnetita y jarosita, etc., contienen una gran cantidad de Fe3 y una pequeña cantidad de Fe2. Al mismo tiempo, para evitar la interferencia de los minerales hidroxilo, se excluyó la banda ETM +7 y finalmente se seleccionaron ETM +1, ETM +3, ETM +4 y ETM+5 para el análisis de componentes principales para extraer la tinción de hierro. anomalías de alteración.
Los minerales que contienen hidroxilo y agua, como caolinita, clorita, epidota, montmorillonita, mica y otros minerales de alteración secundaria, están a 2,2 ~ 2,3 micrones (equivalente a ETM +7. Hay una fuerte banda de absorción cerca del Banda ETM +7, lo que hace que estos minerales que contienen hidroxilo y agua y las rocas alteradas que los componen tengan valores más bajos en la banda ETM +7 y valores relativamente más altos en la banda ETM +5.
Debido a la banda de luz visible, para evitar la interferencia de la información de tinción con hierro, solo se seleccionó una banda de luz visible para participar en el análisis de componentes principales. Finalmente, cuatro bandas, ETM+1, ETM+4, ETM+5. y ETM +7, fueron seleccionados para el análisis de componentes principales para extraer que la corrosión por hidroxilo se vuelva anormal.
(2) Extracción de información sobre anomalías de tinción de hierro mediante teledetección
1 Corrección de radiación
Las imágenes de teledetección ETM++ del área del lago Naomao en Yiwu, Xinjiang. Corrección irradiada. Para conocer el método de corrección de la radiación, consulte el libro "Experimento 19 Corrección de la radiación de imágenes de teledetección".
2. Eliminar información de interferencia
Utilice el método de máscara para eliminar factores de interferencia como masas de agua, nubes y vegetación extraídas de la información de anomalías de alteración de la detección remota. Para conocer el método de selección del área de interés, consulte el Experimento 17 de este libro, y para conocer el método de enmascaramiento, consulte el Experimento 15 de este libro.
3. Extracción de información anormal sobre tinción de hierro: procesamiento del análisis de componentes principales
(1) Según el análisis anterior, seleccione ETM+1, ETM+3 y ETM+ después de eliminar la interferencia. información 4. Realizar análisis de componentes principales en las cuatro bandas ETM+5. Primero, estas cuatro bandas deben superponerse en capas. Las cuatro bandas deben mostrarse en "Herramientas básicas>: Superposición de capas" y abrir el cuadro de diálogo "Parámetros de superposición de capas" (Figura 32-2).
Figura 32-2 Cuadro de diálogo Configuración de parámetros de superposición de capas
(2) En el lado izquierdo del cuadro de diálogo "Parámetros de superposición de capas", haga clic en el botón "Importar archivo" para ingresar la "Figura En el cuadro de diálogo "Archivo de entrada de superposición de capas", ingrese los datos de las bandas 1 a 7 de la imagen ETM++ del distrito de los lagos Maoyi en Yiwu, Xinjiang. Los datos se corrigieron radiométricamente y se eliminó la información de interferencia.
(3) Haga clic en el botón Subconjunto de espectro para abrir el cuadro de diálogo "Subconjunto de espectro de archivos", seleccione las bandas ETM+1, ETM+3, ETM+4 y ETM+5 a sintetizar, como como se muestra en la Figura 32 -3, haga clic en el botón Aceptar para obtener el archivo sintetizado de 4 bandas.
Figura 32-32-3 Cuadro de diálogo "Subconjunto de espectro de archivos"
Figura 32-4 Cuadro de diálogo de análisis de componentes principales
(4) a la derecha En en el cuadro de diálogo "Parámetros de superposición de capa", seleccione la información de proyección del mapa requerida de acuerdo con la situación real; ingrese la resolución de píxeles de la imagen en los cuadros de texto "Tamaño de píxel X" y "Tamaño de píxel Y" y seleccione Remuestreo; método.
(5) Después de configurar los parámetros anteriores, haga clic en el botón Aceptar para obtener el archivo sintetizado de 4 bandas.
(6) Seleccione "Transformar > Componente principal > Rotar PC hacia adelante > Calcular nuevas estadísticas y rotar" y en el cuadro de diálogo "Archivo de entrada del componente principal", ingrese las cuatro bandas sintetizadas en el archivo del paso anterior. para abrir el cuadro de diálogo "Reenviar parámetros de PC" (Figura 32-4).
(7) En el cuadro de diálogo "Parámetros de PC directos", ingrese un factor de ajuste menor o igual a 1 en los cuadros de texto "Factor de ajuste estadístico X" y "Factor de ajuste Y" para calcular estadísticas. Los datos se submuestrean cuando se alcanza el valor. Cuanto menor sea el valor, más rápido será el cálculo de las estadísticas. El valor predeterminado es 1.
(8) Genere la ruta estadística y el nombre del archivo estadístico (.sta) y use el botón de cambio de flecha para seleccionar si desea calcular la banda del componente principal en función de la "matriz de covarianza" o la "matriz de correlación". . En general, la matriz de covarianza se elige al calcular los componentes principales.
(9) Seleccione la ruta de salida y el nombre del archivo, y seleccione "Punto flotante" como tipo de datos de salida.
(10) Seleccione el botón de cambio de flecha cerca de "Seleccionar subconjunto de valores propios", seleccione "Sí", la información estadística se calculará si selecciona "No", el sistema calculará los valores propios; y muestra el número de banda seleccionada de salida.
(11) Después de configurar los parámetros anteriores, haga clic en el botón Aceptar para completar el cálculo del análisis de componentes principales.
4. Análisis de tinción de hierro anormal
En la barra de menú principal de ENVI, seleccione "Herramientas básicas>Estadísticas>Ver archivo estadístico" para abrir el archivo estadístico obtenido por el análisis de componentes principales y obtener. la matriz de vector propio de la transformación PCA en las bandas ETM +1, 4, 5 y 7. Los resultados estadísticos se muestran en la Tabla 32-2.
Tabla 32-2 Vectores característicos de la transformación PCA de ETM+1, 3, 4 y 5 bandas
Como se puede observar en la Tabla 32-2, PCI refleja principalmente ETM +4 y La información de la banda ETM +5; PC2 refleja la información positiva de la banda ETM+4 y la información negativa de la banda ETM +5 refleja la información sustractiva de las bandas ETM +1 y PC4; la información positiva de la banda ETM+1 y la información negativa de la banda ETM+3. De acuerdo con las características espectrales de los minerales teñidos con hierro, las imágenes que contienen dicha información de alteración deben tener bandas ETM +1 y ETM +3 o bandas ETM +3 y ETM +4 con valores de contribución opuestos y valores absolutos más grandes, por lo que se seleccionó PC4. ya que el hierro contiene información anormal.
5. Visualización graduada de tinción anormal de hierro.
(1) Estadísticas de información de PC4. En la barra de menú principal de ENVI, seleccione "Herramientas básicas > Estadísticas > Calcular estática", seleccione el componente PC4 obtenido del análisis de componentes principales anterior, realice un análisis estadístico y obtenga la desviación estándar (Stdev) y la media.
(2) Extraer información sobre tinciones anormales de hierro. Según el significado matemático de la curva de distribución de densidad de probabilidad, la media estadística puede entenderse como el valor de fondo regional de los resultados del análisis de componentes principales, y se puede utilizar la siguiente fórmula para dividir los niveles de anormalidad:
Valor atípico = x+kσ (32- 1)
Donde: x representa la media; σ representa la desviación estándar (desviación estándar) para anomalías de alteración manchadas de hierro, k generalmente es 1,5 ~ 2,5; En este experimento, k fueron 1,5, 2 y 2,5 respectivamente, y la información de tinción anormal de hierro se dividió en tres niveles: débil, medio y fuerte.
(3) Segmentación por densidad. En la barra de comandos encima de la ventana principal del componente PC4, seleccione "Superposición > "Corte de densidad" para abrir el cuadro de diálogo "Selección de banda de corte de densidad" y utilice la siguiente fórmula para calificar y colorear los datos en el "Rango de datos". .
Correspondiente a anomalías débiles: [media, media+1,5 desvest], verde;
Correspondiente a anomalías moderadas: [media+1,5 desvest, media+2 desvest], amarillo;
Correspondiente a anomalías fuertes: [Media+2Stdev, Max], rojo.
La información anormal de los cambios de tinción de hierro en los componentes de PC4 se divide en tres niveles: débil, medio y fuerte. Consulte el Experimento 8 de este libro.
(3) Extracción de información sobre anomalías de hidroxilo mediante detección remota
La operación de extraer información sobre anomalías de hidroxilo mediante detección remota es exactamente la misma que la de extraer información anormal. información de tinción de hierro de la teledetección La única diferencia es que se utiliza para extraer información de anomalías de hidroxilo de la teledetección. Las combinaciones de bandas extraídas del análisis de componentes principales son ETM+1, ETM+4, ETM+5 y ETM+7. Por lo tanto, la combinación lineal de la banda PC4-vector propio es numéricamente diferente de la combinación lineal de la banda PC4 de información de anomalías de tinción de hierro de teledetección, como se muestra en la Tabla 32-. Transformación PCA de ETM+1, 4, 5 y 7 bandas
Se puede ver en la Tabla 32-3, PC1 refleja principalmente la información de las bandas ETM+4 y ETM+5 refleja la información de ETM; La banda +4 refleja la información de ETM+1; la PC4 refleja la información de las bandas ETM+5 y ETM+7 con información de signos opuestos. De acuerdo con las características espectrales de los minerales hidroxilo, las imágenes que contienen este tipo de información de alteración deben tener. valores bajos en la banda ETM +7 y valores relativamente altos en la banda ETM +5, por lo que se seleccionó PC4 como información de anomalía de hidroxilo
Para la segmentación de la densidad de información de anomalía de alteración de hidroxilo. k generalmente es 2 ~ 3. En este experimento, k es 2, 2,5 y 3 respectivamente. La información de anomalía del hidroxilo se divide en tres niveles: débil, medio y fuerte. Los pasos restantes son los mismos que para la tinción con hierro. y anomalías de alteración
(4) Mapeo de resultados y análisis de la aplicación de prospección mineral
Ejecute el software Photoshop y abra los resultados obtenidos en este experimento ETM + imagen de anomalía de tinción de hierro y ETM +. Imagen de anomalía de hidroxilo Observe la distribución de la imagen de anomalía de tinción de hierro y de la imagen de anomalía de hidroxilo en las dos imágenes. Utilice la herramienta de pincel de Photoshop para rodear las dos áreas anormales. Sobre esta base, se analizaron dos tipos de anomalías y áreas de distribución superpuestas. Las áreas de distribución única tienen diferentes perspectivas de prospección si estas áreas tienen las correspondientes condiciones geológicas de mineralización favorables. Entre ellas, las áreas donde se superponen dos anomalías tienen mejores perspectivas de prospección que las áreas donde existe una sola anomalía.
Numere y registre las anomalías en la tinción de hierro y las anomalías de hidroxilo que considere valiosas.
Informe del experimento de verbos intransitivos
(1) Describe brevemente el proceso experimental.
(2) Responda las preguntas: (1) ¿Cuál es la base teórica para extraer información de tinción de hierro e información de alteración a partir de datos de detección remota multibanda? ②De acuerdo con el esquema de combinación de bandas PCA ETM++ de este experimento y las características espectrales de los datos ASTER, si la información anormal de tinción de hierro y alteración de hidroxilo se extrae de los datos ASTER, ¿qué bandas deben usarse para el análisis de componentes principales respectivamente? ¿Por qué? (3) Presentar un cuadro de análisis de la solicitud de prospección que describa dos anomalías y las numere.
Consulte el Apéndice 1 para conocer el formato del informe experimental.