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1、遥感地质蚀变异常信息提取实验遥感地质蚀变异常信息提取实验“基础地质学”创新性实验遥感地质蚀变异常信息提取实验目 录1实验目的32实验内容32.1熟悉遥感影像的辐射定标的方法与流程32.2掌握遥感影像的波段合成、投影转换、影像裁剪的方法32.3掌握ETM+遥感影像的Flaash大气校正、掩膜的应用方法32.4掌握ETM+遥感影像羟基和铁染异常信息提取的方法与流程32.5掌握ENVI与Surfer软件协同制图的方法。33实验要求44实验条件44.1软件平台：ENVI4.6、Surfer944.2遥感数据源：金川地区Landsat7 ETM+遥感影像45实验原理45.1蚀变异常提取的地质依据45.2
2、蚀变异常提取的物理依据45.2.1利用主成分分析方法提取矿化蚀变信息55.2.2铁染蚀变异常分析55.2.3含羟基类矿物和含CO32-矿物蚀变异常分析66实验步骤76.1金川地区ETM+遥感影像辐射定标76.2金川地区ETM+遥感影像不同波段的合成96.3定义金川地区ETM+遥感影像的地理坐标116.4对金川地区ETM+遥感影像的地理坐标进行投影转换136.5对金川地区ETM+遥感影像进行裁剪156.6对金川地区ETM+遥感影像进行FLAASH大气校正176.6.1数据转换176.6.2编辑头文件信息186.6.3进行FLAASH大气校正206.7简易去除ETM+遥感影像的干扰信息236.7.
3、1建立ROI（感兴趣区）236.7.2建立掩膜256.7.3应用掩膜266.7.4掩膜的反选286.7.5掩膜反选后的应用296.8主成分分析306.9提取蚀变异常信息336.10用Surfer软件修饰铁染蚀变异常信息356.11总结417课后练习及作业421 实验目的通过学习基于地学软件的矿化蚀变异常信息提取的流程，了解利用主成分分析方法提取矿化蚀变异常信息提取的原理，掌握ENVI4.6以及Surfer9软件的基本使用方法。2 实验内容2.1 熟悉遥感影像的辐射定标的方法与流程通过学习遥感影像的辐射定标的方法与流程，掌握用ENVI软件进行辐射定标的具体操作，加深对遥感图像处理知识的理解。2.
4、2 掌握遥感影像的波段合成、投影转换、影像裁剪的方法通过学习遥感影像的波段合成、投影转换、影像裁剪的方法与流程，掌握用ENVI软件进行这些操作的具体步骤，加深对遥感图像处理知识的理解。2.3 掌握ETM+遥感影像的Flaash大气校正、掩膜的应用方法通过学习ETM+遥感影像的Flaash大气校正，掩膜的建立与应用方法，熟练掌握ENVI软件进行这些操作的具体步骤，加深对大气校正知识的理解。2.4 掌握ETM+遥感影像羟基和铁染异常信息提取的方法与流程通过学习利用主成分分析方法对ETM+遥感影像进行羟基和铁染异常信息提取的方法与流程，熟练掌握ENVI软件进行这些操作的具体步骤，加深对矿化蚀变信息提
5、取知识的理解。2.5 掌握ENVI与Surfer软件协同制图的方法。通过学习使用ENVI软件提取ETM+遥感影像矿化蚀变信息与Surfer软件绘制矿化蚀变异常空间分布图，综合掌握ENVI与Surfer软件协同制图的方法，加深对所学知识的理解。3 实验要求上课时，需认真听取实验老师的细致讲解；练习时，按照实验指导书的步骤，自己亲自动手使用ENVI4.6软件提取矿化蚀变异常信息；以及在Surfer软件中制作矿化蚀变异常信息空间分布图。4 实验条件4.1 软件平台：ENVI4.6、Surfer9ENVI4.6软件为遥感图像处理软件，用于提取矿化蚀变异常信息；Surfer 9软件为一款以画三维图（等高
6、线,image map, 3d surface）的软件，具有的强大插值功能和绘制图件能力，使它成为用来处理XYZ数据的首选软件，是地质工作者必备的专业成图软件。4.2 遥感数据源：金川地区Landsat7 ETM+遥感影像Landsat7于1999年4月15日发射升空后，由于其优越的数据质量，以及与以前的Landsat系列卫星保持了在数据上的延续性，现在已成为中国遥感卫星地面站的主要产品之一，2003.5月出现故障退役。5 实验原理5.1 蚀变异常提取的地质依据目前认为中等强度以上的蚀变带对于TM（ETM+）蚀变信息提取是十分有利的。有时尽管有蚀变岩存在，但不一定有矿，然而围岩的剧烈而较大范围
7、的蚀变常常与大矿及富矿石的生成互为隶属，大型特大型内生热液矿床一般均有强烈且较大范围的围岩蚀变，并且具有分带现象（如斑岩铜矿）。这便是以找矿（首先是大矿、富矿）为最终目的蚀变遥感异常提取的地质依据。5.2 蚀变异常提取的物理依据从Hunt G.RC（1978）和他领导的实验室的研究成果以及阎积惠等（1995）依据矿物反射波谱特征吸收谱带特点的定性分类研究中可以知道：主要造岩矿物在可见光近红外光谱（0.35-0.25um）并不产生具有鉴定意义的反射谱带，其光谱特征主要由岩石中为数不多的次要矿物决定：一是含铁（Fe2+， Fe3+）基团产生，含铁矿物主要有角闪石、赤铁矿、褐铁矿、针铁矿、磁铁矿、黄
8、钾铁矾等，他们在TMl、TM4波段有强的吸收带，若岩石中含多量的Fe3+，而含Fe2+较少，这类岩石的主要吸收谱带位于TM4和TM1波段，反射波长相当于TM3波段的电磁波。若含大量的Fe2+、含Fe3+较少，则主要吸收谱带位于1波段，对于波长相当于TM2波段的电磁波有某种程度的反射。二是含羟基（OH-）、水（H2O）或碳酸根（CO32-）基团产生，羟基的吸收谱带主要有二处：2.2um，2.3um，由于OH-在2. 22.3um附近存在强吸收谷（称为羟基谱带），使得TM7产生低值，TM5产生高值，含羟基矿物大多为次级蚀变矿物，如高岭土、叶腊石、云母类矿物、绿泥石、绿帘石等，水在1.4um和1.9
9、um处有特征吸收带。含碳酸根矿物主要有五个特征吸收谱带（1.9-2.55um），较强的两个在2.35um和2.55um波长处（称为碳酸根谱带），相对较弱的在1.9um，2.0um，2.16um三处。5.2.1 利用主成分分析方法提取矿化蚀变信息遥感图像各波段间存有一定的相关性，为了减少相关性对分类的影响，常使用主分量分析法去相关。主分量分析基于变量之间的相互关系，在信息总量守恒的前提下，利用线性变换的方法来实现去相关性。由于所获各主分量之间不相关，故各主分量之间信息没有重复或冗余。故主分量分析这一基本性质在蚀变异常信息提取中被充分利用并很有成效。5.2.2 铁染蚀变异常分析针对各个波段波谱所反
10、映的特征，选取TM1、TM3、TM4、TM5这4个波段作为组合波段做主成分分析。这是因为铁氧化物的特征光谱信息集中在了TM14波段，在TM4和TM1波段有吸收峰，在TM3波段无特征吸收而呈高反射。同时为了避免含羟基和碳酸根矿物的干扰，在选取波段组合时舍弃了TM7波段。对TM1、TM3、TM4、TM5应用掩膜做主成分分析，统计分析如下：特征向量 （Eigenvectors）主成分Band 1Band 3Band 4Band 5PC10.4153040.5278860.4966230.549750PC2-0.204294-0.5514550.807515-0.045623PC3-0.636068-
11、0.097958-0.1858670.742479PC4-0.6174170.6384660.258339-0.380024从上表可以看出，PC1主要反映了TM3和TM5波段的信息；PC2主要反映了TM4波段的信息；PC3反映TM5波段的加信息和TM1波段的减信息；PC4反映了TM1波段的减信息和TM3波段的加信息。根据铁染类蚀变矿物的波谱特征，包含这类蚀变信息的图像应该具有TM3与TM1或TM3与TM4具有相反的贡献值且绝对值较大，从而选择PC2分量，故PC4分量中暗色调部分表征了铁染信息。5.2.3 含羟基类矿物和含CO32-矿物蚀变异常分析选取TM1、TM4、TM5、TM7这4个波段作为
12、组合波段做主成分分析【4】。这是因为粘土类矿物（含羟基矿物）和含CO32-矿物的特征光谱信息集中在TM5和TM7波段，在TM7波段为特征吸收带，在TM5相对高反射。主成分变换的波段组合的选择也是以此为依据的，由于可见光波段对铁氧化物敏感，为了避免铁氧化物信息的干扰，故只选择了一个可见光波段参与运算。对TM1、TM4、TM5、TM7应用掩膜做主成分分析，统计分析如下：特征向量 （Eigenvectors）主成分Band 1Band 4Band 5Band 7PC10.4250780.5101330.5650800.489650PC2-0.1433960.809782-0.146893-0.549
13、649PC3-0.8701090.0487390.4575770.176519PC40.204102-0.2857310.670619-0.653429从上表可以看出，PC1主要反映的是TM4和TM5波段的信息；PC2主要反映的是TM4波段的信息；PC3反映的是TM1波段的信息；PC4反映的是TM5和TM7波段的信息，且符号相反。根据含羟基类矿物和含CO32-矿物的波谱特征，PC4图像中的高亮度信息就是表征含羟基类矿物和含CO32-矿物的蚀变异常信息。6 实验步骤6.1 金川地区ETM+遥感影像辐射定标在ENVI 4.6软件中，单击菜单栏中的fileopen image file工具，打开金川
14、地区Landsat7 ETM+遥感影像中band1影像文件。然后，单击菜单栏中的Basic ToolspreprocessingCalibration UtilitiesLandsat TM工具，为金川地区ETM+遥感影像中band1影像文件进行辐射定标，如图 61所示。图 61打开辐射定标工具对话框在TM Calibration Input File弹窗下的Select Input File栏中选择Landsat 7的band1文件，然后单击OK，如图 62所示。图 62 TM Calibration Input File对话框接来下，在TM Calibration Parameters弹窗
15、中，单击Get Calibration Parameters from Web选项，如图 63所示。图 63 TM Calibration Parameters对话框在TM Web Calibration Parameters弹窗中，选择Date/Path/Row/Band选项，根据金川地区Landsat7 ETM+遥感影像的头文件信息，依次填写下面红色标注处的信息，如图 64所示。注意：每一景影像的信息都不一样，一定要根据头文件信息填写。图 64 TM Web Calibration Parameters对话框填写完成后，在TM Calibration Parameters中依次填写下图红色标注部分的信息，如图 65所示。图 65 TM Calibration Parameters对话框单击
