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国土资源遥感  2019, Vol. 31 Issue (4): 41-46    DOI: 10.6046/gtzyyg.2019.04.06
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基于小波包变换和权重光谱角制图的岩心高光谱蚀变信息提取
田青林1, 潘蔚1, 李瑶2, 张川1, 陈雪娇1, 余长发1
1. 核工业北京地质研究院遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室,北京 100029
2. 德州农工大学土木工程系,德克萨斯州 77843
Extraction of alteration information from hyperspectral core imaging based on wavelet packet transform and weight spectral angle mapper
Qinglin TIAN1, Wei PAN1, Yao LI2, Chuan ZHANG1, Xuejiao CHEN1, Zhangfa YU1
1. National Key Laboratory of Remote Sensing Information and Image Analysis Technology, Beijing Research Institute of Uranium Geology, Beijing 100029, China
2. Zachry Department of Civil Engineering, Texas A&M University, Texas 77843, USA
全文: PDF(1665 KB)   HTML  
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摘要 

高光谱数据波段数多且波段间存在强相关性,采用光谱角制图(spectral angle mapper,SAM)算法进行信息提取容易受光谱信号噪声的影响,在一定程度上影响地物识别的精度。针对这一问题,提出一种基于小波包变换和权重SAM的岩心高光谱蚀变信息提取方法。其基本思路为: 在对原始高光谱数据进行辐射校正、反射率转换和小波去噪等预处理的基础上,选择daubechies4作为小波基,分别对高光谱图像像元光谱与参考光谱进行8层小波包分解,基于子分量系数构建小波包信息熵矢量来刻画原始光谱曲线特性,并找到像元光谱与参考光谱信息熵矢量差异较大的特征区间,对其设置权重,最后依据SAM算法原理进行蚀变矿物匹配,达到信息提取的目的。通过对我国南方某火山岩型铀矿区HySpex钻孔岩心短波红外高光谱数据的实验表明,该方法利用小波包信息熵特征矢量可以有效表征原始光谱信息,通过设置差异特征区间,突出了局部特征信息,增大了不同矿物类别间的可区分性,总体分类精度达到了75.33%,Kappa系数为0.706 3,优于传统的SAM算法,具有较好的适用性。

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田青林
潘蔚
李瑶
张川
陈雪娇
余长发
关键词 小波包光谱角制图岩心高光谱蚀变信息    
Abstract

Hyperspectral data are characterized by many bands, but the strong correlation between the adjacent bands makes it redundant and ineffective, which becomes a challenge for information extraction. To solve this problem, this paper proposes a method combining wavelet packet transform and weight SAM. First, radiometric calibration, reflectivity calculation and wavelet denoising are conducted on the raw hyperspectral data. Second, by using daubechies4 as the wavelet basis, the target and reference spectra are both processed with an 8-layer wavelet packet decomposition, and information entropy feature vector is based on the decomposition coefficient to characterize the features of the raw spectra. Third, efforts are made to find the feature range, in which the difference in information entropy feature vector between the target and reference spectra is huge, and a weight in this range is set. Finally, alteration minerals are mapped according to the SAM principle. In this study, experiments were conducted to testify the feasibility and effectiveness of the method by using the HySpex SWIR hyperspectral core data of a volcanic type uranium deposit in southern China. The results indicate that the new algorithm can efficiently characterize the raw spectral information by using the wavelet packet information entropy feature vector. Furthermore, the local characteristic information can be extruded by setting difference feature range, and different minerals can be more easily distinguished by this method with a total classification accuracy of 75.33% and a kappa coefficient of 0.706 3. The method proposed by the authors performs better than the traditional SAM algorithm and has a great application potential.

Key wordswavelet packet    spectral angle mapper (SAM)    hyperspectral core    alteration information
收稿日期: 2018-10-19      出版日期: 2019-12-03
:  TP751  
基金资助:国防重点实验室基金项目“深度学习在高光谱蚀变矿物识别中的应用研究”(遥ZJ2019-2);中核集团集中研发项目“南方重点花岗岩型铀矿基地遥感评价技术研究”(LTD1602-7);中核集团龙灿示范工程项目“相山铀矿田重点矿床钻孔岩心蚀变矿物高光谱三维填图”共同资助(LCD116-4)
作者简介: 田青林(1988-),男,硕士,工程师,主要从事地学目标识别和遥感技术应用方面的研究。Email: 736924158@qq.com。
引用本文:   
田青林, 潘蔚, 李瑶, 张川, 陈雪娇, 余长发. 基于小波包变换和权重光谱角制图的岩心高光谱蚀变信息提取[J]. 国土资源遥感, 2019, 31(4): 41-46.
Qinglin TIAN, Wei PAN, Yao LI, Chuan ZHANG, Xuejiao CHEN, Zhangfa YU. Extraction of alteration information from hyperspectral core imaging based on wavelet packet transform and weight spectral angle mapper. Remote Sensing for Land & Resources, 2019, 31(4): 41-46.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2019.04.06      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2019/V31/I4/41
技术指标参数 参数值
传感器型号 SWIR
光谱范围/μm 1.0~2.5
空间像素数/个 320
横向视场角/(°) 14
瞬时视场角/mrad 0.75
光谱采样带宽/nm 6.25
通道数/个 256
数字化/bit 14
最大扫描帧频/fps 100
Tab.1  HySpex SWIR传感器技术指标
Fig.1  蚀变矿物端元光谱曲线
Fig.2  4种矿物部分子分量信息熵
端元光谱 光谱矢量夹角余弦值 信息熵矢量夹角余弦值
高岭石/绿泥石 0.995 0 0.599 4
高岭石/地开石 0.997 4 0.946 0
高岭石/伊利石 0.997 6 0.810 4
绿泥石/地开石 0.989 4 0.614 2
绿泥石/伊利石 0.996 4 0.911 4
地开石/伊利石 0.997 2 0.863 0
Tab.2  光谱矢量和信息熵矢量夹角余弦值
Fig.3  HySpex钻孔岩心高光谱数据蚀变信息提取结果
分类方法 总体精度/% Kappa
传统SAM 71.51 0.667 8
本文方法 75.33 0.706 3
Tab.3  不同匹配方法分类精度统计
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doi: 10.6046/gtzyyg.2015.02.24
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