红外多光谱遥感技术在地质找矿中的应用

1986—1987年中国科学院红外多光谱遥感队在新疆西北部地区开展了利用红外细分光谱遥感技术进行地质找矿的研究和技术试验工作。一、地质找矿遥感新技术的发展遥感在地质上的应用始于早期的黑白航片判读。随着遥感技术的发展,遥感在地质应用方面的作用已从早期仅在区域地质调     

海洋地质数据库应用模型构建方法

随着海洋地质调查程度的不断深入,海洋地质调查业务越来越多,如何合理地管理使用海洋地质调查数据成为研究热点。文章以面向对象的思想为基础,借鉴POSCEpicentre数据模型和中国石化石油勘探开发数据模型建设思路,提出了面向业务的海洋地质应用模型标准体系架构,介绍了海洋地质调查数据库应用模型的构建方法,对海洋地质调查业务进行系统的分析,详细描述了海洋地质业务模型的分析方法,设计了逻辑模型的构建流程。以海洋地质调查地球物理业务为例,构建了其业务模型和逻辑模型,可以弥补现有海洋地质数据库系统存在的缺陷,提高数据服务的效率。     

高光谱图像的线性张量子空间模型及降噪应用

目的 与标准RGB图像相比,高光谱图像（hyperspectral image,HSI）具有更为精细的光谱划分,这一特点可以为后续的图像分析处理带来更好的性能。然而在采集过程中,HSI可能会受到严重的噪声污染,比如高斯噪声、脉冲噪声、条纹噪声和死线噪声。受到污染的HSI在一定程度上会影响后续分析算法的性能,因此在进行图像分析处理之前,对采集到的HSI进行降噪是非常重要的。方法 为了得到干净的HSI,本文提出了一种新的结构型张量分解算法,并将其应用于HSI降噪。该算法根据HSI的线性子空间模型,将干净的高光谱图像分解为矩阵向量外积的和,其中向量表示光谱的正交基,矩阵表示基对应的系数,即特征图像。考虑特征图像的低秩性,矩阵核范数算子被直接施加在特征图像上,这样既可以充分探索高光谱图像的全局信息,又可以避免对原始张量进行低秩约束所带来的计算负担。l₁-范数和F-范数（Frobenius norm）最小化算子分别用来去除脉冲噪声、死线和条纹在内的稀疏噪声和一些现实场景中的高斯噪声。此外,为了提升图像恢复的质量,添加了各向异性全变分算子来探索高光谱图像的空间局部平滑属性。经典的交替方向乘子法用于求解所提出的低秩降噪模型。结果 在2个模拟数据集和2个真实数据集上与最新的7种方法进行对比,其中,在具有脉冲噪声的模拟数据上,尤其在实验3和实验4的噪声环境下,相比于性能第2的模型,平均峰值信噪比增加了2.1 dB,无量纲全局相对综合误差降低了15.5%。同时,真实数据集中,在数据具有高斯、条纹和死线噪声的情况下,提出的降噪算法提高了HSI的空间分辨率。结论 本文提出的HSI降噪模型考虑了HSI的线性张量子空间模型,在处理混合噪声时恢复性能更好,因此在应用于较为复杂的场景时具有显著优势。     

“中国典型地物标准波谱数据库”应用培训与高光谱地质应用学术交流会在京召开

2010年10月14至16日由中科院遥感应用研究所／北京师范大学遥感科学国家重点实验室、中国地质调查局与中国国土资源航空物探遥感中心联合主办的“中国典型地物标准波谱数据库”应用培训与高光谱地质应用学术交流会在北京师范大学成功举办。在为期三天的培训与学术交流会上,会议主办方安排了丰富的学习内容,包括专家讲座、学员上机实习以及开放式讨论等多个学习交流环节。     

大豆叶面积的高光谱模型

以ASD FieldSpec-Vnir光谱仪实测不同生长季大豆的冠层反射率,同期采集对应大豆LAI,然后逐波段分析冠层光谱反射率、导数光谱与大豆LAI的相关关系;并采用单变量线性回归逐波段分析了冠层光谱反射率、导数光谱与大豆LAI确定性系数随波长的变化趋势,建立了以近红外与可见光波段冠层光谱反射率的比值植被指数RVI与大豆LAI的高光谱遥感估算模型。结果表明,冠层光谱反射率在350￣680nm、760￣1050nm波谱区与大豆LAI相关性较大,而在红边区680￣760nm的相关性变化较大;导数光谱在红边区与大豆LAI相关程度高。通RVI方式建立的遥感估算模型能较为准确估算大豆LAI,通过对红外与蓝波段建立的RVI指数与大豆LAI的回归模型,表明其预测大豆LAI的能力较好,有进一步研究的必要;通过对比发现,神经网络模型可以大大提升高光谱反演大豆LAI的水平,模型的确定系数R2为0.9661,而总均方根误差RMSE仅为0.446m2.m-2。     

土壤全钾含量高光谱估测模型

鉴于进行高光谱遥感全钾含量估测时,全钾含量及其高光谱反射率数据受到诸多因素的影响(复杂非线性问题),具有较大的模糊性和随机性,采用模糊识别理论建立数学模型对全钾含量进行估测。对横山县采集的84个土样350~2 500nm波段的光谱曲线,利用对数的一阶微分方法计算土壤全钾含量与光谱反射率的相关系数,然后根据极大相关性原则选择最佳波段作为光谱反演指标。经剔除异常样本后,考虑所有反演指标的组合方式,通过各个预测模型精度的对比,找出最佳全钾含量估测模型。     

高光谱海岸带区域分割的活动轮廓模型

近年来,高光谱遥感图像的分割作为地物识别和异常目标探测等应用的基础工作而受到重视,而高光谱遥感图像的海量数据和复杂结构使其分割技术成为一项挑战性的工作.在对海岸带高光谱遥感图像的光谱特性进行分析的基础上,提出一种基于光谱特性的海岸带水、陆区域分割的偏微分方程活动轮廓模型:首先以高光谱海岸带图像的海域像元光谱信息为参照点,构建海岸带高光谱图像的能量偏差矩阵;在此基础上建立适应该能量偏差矩阵的水、陆区域分割的活动轮廓模型.模型通过引入基于梯度的边缘引导函数,提升了对水、陆区域边缘的捕捉能力和抗噪声干扰能力.实验结果表明,与传统活动轮廓模型相比,本文模型不仅能够保证水、陆区域分割的精度,而且具有更快的计算速度.     

基于 DenseNet-Attention 模型的高光谱图像分类

摘 要：针对高光谱图像标记样本量少,提取特征不充分以及提取到的特征不区分贡献度的问题,提出一个新型的 DenseNet-Attention 网络模型(DANet)。首先,该模型利用三维卷积核同步提取联合光谱空间特征,同时密集连接网络(DenseNet)的稠密连接块除了能够充分提取更加鲁棒的特征外,还减少了大量参数;其次,自注意力(self-attention)机制作为一个模块加入到稠密连接块中,可以使上层提取到的特征在进入下一层网络之前,经过该模块对其进行权重分配,使具有丰富的物类别信息的特征得到加强,进而区分特征的贡献度。网络模型以原始高光谱图像邻域块作为输入,无需任何预处理,是一个端对端学习的深度神经网络。在印第安松树林和帕维亚大学数据集上进行对比试验,网络模型的分类精度分别能够达到 99.43%和 99.99%,有效提高了高光谱图像分类精度。     

高光谱场景辐亮度模型仿真研究

高光谱遥感的地面场景是高光谱遥感系统中影响因素最复杂多变的部分。首先基于星载高光谱遥感成像的辐射传输过程,对非均匀的朗伯表面的入瞳处大气辐亮度传输模型进行了研究,得到只需要考虑目标与邻近像元反射率,大气传输因子的辐亮度简化模型。之后介绍了大气中光子扩散原理,并采用蒙特卡洛方法对大气点扩散函数进行仿真;联合地表目标像元反射率数据计算得到基于非均匀朗伯面地表的邻近像元反射率;然后总结了大气传输模型软件MODTRAN计算入瞳处辐亮度数据的原理步骤,并利用其反演了朗伯表面的相关大气传输参数。最终利用基于传感器入瞳处的辐亮度数据表征了高光谱地面场景。     

基于核方法的光谱角制图模型及其在高光谱图像分割中的应用

在分析传统光谱角制图方法的几何属性和相似性度量特点的基础上，提出一种新的光谱相似性度量方法。该方法首先利用非线性变换将原始光谱向量变换到一个新的特征空间。其次，在特征空间中，利用协方差矩阵的非零特征向量构造了一组正交基，并将变换后的光谱向量投影到特征空间中的正交基上。高光谱图像分割实验结果表明该方法在光谱相似性度量上优于传统的光谱角制图方法。     

现代遥感技术在地质找矿中的应用研究

随着人们生活水平的不断提升,能源需求也在快速上涨,而在社会经济发展中,矿产资源有着非常重要的作用。不过,基于目前的技术条件来说,很多矿产资源的开采难度大、成本高,在开采方面也出现了很多技术性难题。遥感技术在矿产开发领域的应用有助于促进矿产资源勘探以及开发效率和质量的提升,对于地质找矿工作的发展有很大的影响。文章对此展开了深入的分析,希望能够为有关人员提供一些参考。     

三维地质结构模型中闭合地质块体的构建

三维地质建模中现有地质闭合区块搜索算法基于网格单元间的拓扑进行拓扑搜索,面临着拓扑信息冗余、计算量大、计算复杂度高等缺点.针对这一问题,以搜索拓扑封闭三维地质区块作为研究目标,提出一种适合表达地质界面复杂拓扑关系的拓扑模型,并在该模型上实现快速地质闭合块体搜索.由于地质闭合区块的搜索本质上应该在拓扑空间进行,因此分别定义了拓扑分界点、拓扑分界线、拓扑分界面片、拓扑分界面、闭合区块来表达复杂的地质模型在拓扑空间中的结构,将几何空间与拓扑空间分开表达存储,并在构建过程利用地质曲面的边界信息,遵从点、线、面、体的顺序逐级进行构建:依据拓扑分界点定义在三维曲面边界信息中构建拓扑分界点;在2个拓扑分界点间构建拓扑分界线并填充其拓扑信息;在拓扑分界面上追踪由拓扑分界线组成的封闭拓扑分界面片;对全局拓扑分界面片进行拓扑分析得到闭合区块.实例测试表明,由于拓扑模型的构建过程只利用了地质曲面的边界信息,因此构建过程快速,大大简化了识别的复杂度,可以满足任意复杂曲面间的接触关系的处理,也就从理论上解决了任意复杂的三维地质闭合区块的快速识别问题.     

典型煤系岩石的可见-近红外光谱特征研究

为研究基于可见-近红外光谱技术的煤岩识别方法,从山西、山东4个煤矿收集了页岩、砂岩、灰岩三大类11种典型煤系岩石,测定了其可见-近红外波段(400～2 450nm)的反射光谱,分析了其矿物、元素组成对反射光谱特征的影响,获得了碳质物质含量对煤系页岩反射光谱曲线特征参数的影响规律。研究结果表明:①绝大多数煤系岩石的反射光谱曲线在可见光波段(400～780nm)和短波近红外波段(780～1 100nm)呈现出随波长增加的多重吸收谷。在长波近红外波段(1 100～2 450nm),明显的吸收谷主要集中在1 400,1 900,2 200,2 350nm波长,页岩、灰岩吸收谷的波长相对固定,而不同砂岩吸收谷的波长呈现出多种变化。②除碳质物质含量较高的碳质页岩外,同一煤矿各类煤系岩石与煤的可见-近红外波段反射光谱吸收特征差异明显。③当煤系页岩中碳质物质含量增大时,可见-近红外波段反射光谱曲线的光谱斜率和各明显吸收谷深度均呈先快速减小后趋于平缓的特点。     

近红外光谱定量模型的优选及在线应用

针对近红外光谱在线监测软件算法模型扩展功能受限和对外服务能力受限的问题,论文设计出一种预测精准且开放服务能力强的近红外在线葡萄糖浓度监测系统。首先,对原始的光谱数据进行预处理,对比多种奇异样本剔除算法以及区间选择算法,从而优选出最佳区间并建立葡萄糖浓度的定量分析模型。然后,将优选模型嵌入到基于java和websocket的后台检测接口中,解决模型嵌入问题,采用微信小程序作为前端展示平台可以很好地解决平台不适应问题。经过测试分析,所嵌入的优选模型具有更好的预测精度,所设计系统可以跨平台多终端远程访问,实时监测效果良好。     

干旱区典型地物光谱噪声分析及消除

塔克拉玛干沙漠南缘是我国名的风沙肆虐地区，由风吹送来的灰尘严重影响着地物的反射光谱特征，因此如何有效地去除灰尘的影响，为后续图像识别与分类奠定基础，是图像预处理阶段的一个重要任务。本选择典型的干旱地区一于田县，进行实地野外光谱测试，基于主成分变换和傅立叶变换的噪声分析，使用高斯低通滤波器进行去噪处理，并且对实际的卫星影像进行了处理，说明了该方法的有效性和可操作性。     

基于边信息的高光谱图像恢复模型

在高光谱图像(HSI)恢复中,如何在模型中有效嵌入先验信息和正确建模噪声一直是研究的两个重点.边信息作为一种基于域的先验知识已经在许多方向取得了成功,然而在高光谱去噪领域仍未受到关注.为了将这种领域知识与高光谱恢复模型自然耦合,提出的方法采用双线性映射的方式将边信息链接到表示观测数据潜在低秩结构的底层矩阵,并使用E-3DTV(enhanced 3-D total variation)正则编码了HSI局部平滑先验.此外该方法使用Lp范数进行噪声建模,进一步增强对腐败的鲁棒性.该方法在两个数据集、七种加噪方式下与五种竞争方法在三个数值指标上进行了比较,结果充分反映了提出方法对复杂噪声场景的有效性和鲁棒性.     

基于双倒高斯模型的高光谱数据植被光谱诊断性特征分析及水分反演

植被含水量是影响和评价植被生长状态的重要因素之一。因此,针对高光谱数据具有目标诊断性特征精细反演的特点,较为精准地提取了植被的光谱诊断性特征,在包络线去除法的基础上,提出了基于双倒高斯模型的光谱吸收峰特征参数提取方法。首先,根据植被光谱吸收峰特征建立了双倒高斯模型,其次,为了验证模型的正确性和有效性,利用地面试验数据及真实的Hyperion高光谱遥感数据对模型进行了验证。结果表明:通过模型提取的光谱特征参数:吸收峰深度、对称度与植被含水量呈线性相关,决定系数R2分别为0.86和0.76,RMSE为0.797和1.112。实验结果在证实了模型有效性的同时验证了高光谱数据对于植被含水量反演的可行性。     

高光谱图像在生物医学中的应用

高光谱成像（hyperspectral imaging,HSI）作为生物医学可视化的一种新兴技术,在生物医学领域的研究正逐渐受到关注。随着高光谱成像技术以及精准医学的迅速发展,将高光谱成像技术应用于近距离的医学诊断成为新的研究趋势。高光谱成像技术能同时获取生物组织的2维空间信息和1维光谱信息,覆盖可见光、红外和紫外等光谱范围,具有较高的光谱分辨率,可提供有关组织生理、形态和生化成分的诊断信息,为生物组织学研究提供更精细的光谱特征,进而为医学病理诊断提供更多辅助信息。本文介绍了高光谱成像技术的基本原理、高光谱显微成像系统的基本构成及特点。基于此,总结并阐述了高光谱成像技术在疾病诊断和手术指导中的应用进展,涉及其在癌症、心脏病、视网膜疾病、糖尿病足、休克、组织病理学和图像引导手术等方面的应用。综合分析了高光谱成像技术在生物医学领域应用的局限性,并提出了生物医学研究领域中该技术的未来发展方向。     

高光谱分辨率遥感及其应用前景

一、引言自一九七二年第一颗地球资源观测卫星(ERST)发射以来,地球资源遥感获得了迅速发展。通过对获取的大量遥感数据的分析和解释,人们进一步认识了自己赖以生存的环境和资源状况,并试图利用遥感技术对它们实施有效的监视和管理。与此同时,人们发现,由于多光谱扫描仪(MSS)的光谱