基于AVIRIS影像绘制的高光谱矿物图的制图精度校验方法及制图可重复性研究 ——以美国内华达州Cuprite地区为例

论文摘要

高光谱遥感技术是矿产资源勘探领域常用的方法和技术之一,该技术在地质领域应用的成果通常为应用遥感影像绘制的矿物图,这一类型图件的制图精度校验具有较高的必要性,而现有的高光谱矿物图精度校验系统完全依赖于地表真实数据,还没有可以只利用高光谱矿物图自身所携带数据验证其制图精度的方法。本文为了填补这一空白,提出了可以应用不同时段获取的同景高光谱数据分别进行矿物制图,进而依据其制图可重复性进行矿物制图精度校验。此设想基于地表矿物的分布情况在较短时间内几乎没有变化这一事实而提出。因此,本文的主要目的是评估高光谱矿物图的可重复性,研究影响制图可重复性的因素(例如植被覆盖情况,分类中所应用光谱端元和分类阈值间的细微差异等),并评估高光谱矿物制图的可重复性和制图精度之间的关系。在本文中,三幅分别于2006年5月,2008年9月和2010年10月在美国内华达州Cuprite地区收集到的同景多时段AVIRIS影像,裁减为相同尺寸后被用于矿物制图。本文使用光谱角分类法,应用一组根据试错法设定的分类阈值和两类分类端元库,绘制高光谱矿物图。这两类分类端元即直接从影像中抽取出的分类端元库和通用光谱端元库,其中通用光谱端元库是本文通过对三组直接抽取端元库的平均化创建的。接下来,本文探讨了三种可能降低高光谱矿物制图可重复性的影响因素,即初始AVIRIS影像相互间本身存在的差异对制图可重复性的影响,可能随季节变更而变化的地表植被覆盖情况对制图可重复性的影响以及分类端元间的细微差异对制图可重复性的影响。首先,为验证初始AVIRIS影像相互间本身存在的差异对制图可重复性的影响,本文使用面罩工具(Mask)筛除了三幅高光谱影像图两两之间携有极大不同值(反射率差异高于±100)的像元,这一操作在本文中被称为相似化。相似化后的影像被光谱角分类器应用同一组分类阈值和直接抽取端元库分类,绘制新的相似化影像矿物图。其后,本文使用归一化植被指数(NDVI)分析了研究区内不同季节的植被覆盖情况。其后,所有制图结果均被两两对比以研究不同分类情况下的分类可重复性及其影响因素。接着,制图可重复性最高的一组三幅矿物图的制图精度基于已出版矿物图经由混淆矩阵得到了校验。最后,本文将该组高可重复性矿物图中每种矿物的可重复性与其对应矿物的分类精度进行了比对,以评估制图精度与制图可重复性间的相互关系。基于三幅AVIRIS高光谱影像,由光谱角分类器使用直接提取端元和前述分类阈值生成的矿物图显示出约60%的可重复性。同时,基于相似化后的五月影像和相似化后的九月影像所绘制的矿物图之间的可识别矿物分布情况的相似性约为23%;基于相似化后的五月影像和相似化后的十月影像所绘制的矿物图之间的可识别矿物分布情况的相似性约为50%;基于相似化后的九月影像和相似化后的十月影像所绘制的矿物图之间的可识别矿物的分布相似性约为48%。与之相反的,是在相同条件下,基于原始影像绘制的矿物图之间的可识别矿物的分布相似性只有约22%。较高的可重复性差异表明原始高光谱影像间的差异和不同端元库之间的细微差异影响了高光谱矿物图的可重复性。此外,使用通用光谱端元生成的矿物图,其两两间可重复性约为85%。使用通用端元绘制的一组矿物图,其中每种单一矿物的制图精度与其制图可重复性显示出了高度相似的变化趋势。单一矿物的分类可重复性和制图生产者精度之间相似的变化趋势表明了使用可重复性评估高光谱矿物图的制图精度蕴含着巨大的潜力。

论文目录

摘要

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第一章绪论

1.1 选题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与方法、创新点

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法

1.3.3 创新点

1.4 流程图

1.4.1 预处理

1.4.2 遥感数据解译与可重复性分析

1.4.3 分类可重复性与分类精度关系分析

1.5 完成工作量

第二章地质背景与数据源

2.1 地质背景

2.2 研究数据

2.2.1 遥感数据

2.2.2 辅助数据

第三章研究方法

3.1 数据预处理

3.1.1 大气校正

3.1.2 影像裁减

3.1.3 地学坐标重建

3.1.4 目标区域划分

3.2 遥感影像解译

3.2.1 波长测绘

3.2.2 光谱端元提取

3.2.3 光谱端元相似性分析

3.2.4 光谱角分类器

3.2.5 归一化植被指数

3.3 高光谱制图可重复性分析

3.3.1 影像对正

3.3.2 混淆矩阵

3.3.3 面罩工具

3.3.4 变化检测

3.3.5 相似化

3.3.6 相似化影像制图可重复性

3.3.7 制图可重复性评估

3.3.8 数据可视化

第四章数据处理结果

4.1 大气校正

4.2 影像裁减

4.3 波长测绘

4.4 光谱端元提取

4.5 端元相似度检测

4.6 影像对正

4.7 高光谱矿物制图

4.7.1 标准矿物制图流程结果

4.7.2 原始同景多时段高光谱影像间的差异

4.7.3 地表植被对分类可重复性的影响

4.7.4 不同端元对分类可重复性的影响

4.7.5 单一矿物图交叉对比结果

4.8 制图精度校验

4.8.1 重复性较高制图结果校验报告

4.8.2 应用波长测绘结果对分类结果进行校验

4.8.3 分类可重复性与分类精度的关系

第五章结果讨论

5.1 影像预处理结果及其推论

5.1.1 大气校正

5.1.2 光谱裁减

5.2 遥感影像解译结果及其推论

5.2.1 端元提取

5.2.2 影像对正

5.2.3 高光谱矿物制图与制图可重复性

5.3 低制图可重复性的影响因素分析

5.3.1 原始影像间差异对制图可重复性的影像

5.3.2 地表植被对制图可重复性的影像

5.3.3 分类端元对制图可重复性的影像

5.4 制图可重复性与制图精度关系评估

5.4.1 高光谱矿物制图精度校验

5.4.2 使用箱型图校验制图精度

5.4.3 制图可重复性与制图精度的关系

结论

参考文献

附录

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姜廷轩

导师: 党犇

关键词: 遥感地质学,制图精度校验,制图可重复性,地区

来源: 长安大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程

单位: 长安大学

分类号: P627

总页数: 90

文件大小: 6374K

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基于AVIRIS影像绘制的高光谱矿物图的制图精度校验方法及制图可重复性研究 ——以美国内华达州Cuprite地区为例

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