1.金屬礦產遙感找礦原理
? ? 遙感的理論基礎是電磁波輻射，地物的光譜輻射特性則是遙感技術賴以鑒別和區(qū)分的主要基礎。航空航天遙感傳感器接收的是地表各種地物的反射光譜信息锨用，這些地物反射光譜實際上是電磁波譜的一部分规婆，分析這些巖石電磁波譜信息，可使我們有效地識別地質體和地質現(xiàn)象桩蓉。在遙感地質應用中淋纲，主要利用可見光和近紅外區(qū)（0.38~2.50μm）地物光譜，只要我們掌握了巖石光譜特征院究，就可利用遙感數(shù)據(jù)有效地提取和識別地質體和地質現(xiàn)象洽瞬。在可見光和近紅外區(qū)地物光譜主要是電子躍遷和原子團振動的結果，下面對電子躍遷和原子團震蕩等作一簡要介紹业汰。
（1）電子躍遷
? ? 組成礦物的原子一旦接收一定的電磁輻射能量伙窃，原子中的電子就可在不同的能量級之間進行躍遷，形成一定的吸收帶样漆。在遙感應用中主要研究晶體場效應为障、電荷轉移、共軛鍵等對光譜特征的影響放祟。
? ? A.晶體場效應
? ? 在分子及許多固定原子中鳍怨，鄰近原子的價電子配對形成化學鍵，將原子束縛在一起跪妥，這一配對導致價電子的吸收帶常常在紫外區(qū)和可見光區(qū)鞋喇。對于鐵、鉻眉撵、銅侦香、鎳等過渡金屬元素落塑，其原子的內殼層只是部分填充，在這些未滿的內殼層中保留有未配對的電子鄙皇，它們的激發(fā)態(tài)多處在可見光區(qū)芜赌。這些激發(fā)態(tài)易受周圍靜電場的影響，而這一靜電場則取決于周圍的晶體結構伴逸。對于同樣的離子缠沈，不同晶體場能級的組合不同，導致出現(xiàn)不同的光譜错蝴≈薹撸“選擇定則”給出特定的躍遷能否發(fā)生的信息其中關系最大的是與能級中的電子自旋有關的選擇定則。該選擇定則指出：具有相同自旋的能級之間的躍遷是允許的顷锰，而自旋不同的能態(tài)間的躍遷是禁戒的柬赐。由該選擇定則可推斷，允許躍遷在光譜中產生強譜帶官紫，而禁戒躍遷不產生譜帶肛宋，如果產生譜帶也極弱。
? ? B.電荷轉移
? ? 電荷轉移束世，或元素之間的電子躍遷酝陈，即吸收的能量使電子在相鄰離子之間或離子與配位基之間發(fā)生遷移。在可見光和近紅外波段毁涉，分子軌道產生光譜特征的一個機制是離子間的電荷轉移沉帮。這個機制的一個例子是那些既有二價鐵離子又有三價鐵離子的物質，在這兩種鐵離子間電荷的轉移導致深藍到黑色的顏色變化贫堰，例如磁鐵礦（黑色的鐵礦石）穆壕。電荷轉移產生的光譜特征一般較強，比晶體場效應的光譜特征強兒百倍或上千倍其屏。
? ? C.共軛鍵
? ? 分子軌道躍遷對許多有機物的光譜響應虛主要作用喇勋。這些物質中的碳（有時是氫）原子由重及鍵交替相連，稱為共軛鍵偎行。因為每個鍵代表一對其享的電子川背，將每個雙鍵上的一對電子移到相鄰的單鍵上，得到的是一個等價物睦优，只是鍵的序列逆轉了渗常。這類結構的最佳表述應是：所有原子以單鍵相連，多余的電子對分布在整個分子軌道體系中汗盘，這樣的分子軌道稱為π軌道皱碘。π軌道在共巍鍵體系中的延展性要降低電子對的激發(fā)能，導致可見光區(qū)的吸收隐孽。很多生物色素的光譜性質來源于π軌道的延展性癌椿，植物中的葉綠素和血液中的血紅蛋白即是如此健蕊。
（2）原子團振動
? ? 在原子團振動能量級之間，電子的轉移產生吸收特征踢俄，通常電子的振動躍遷產生3種類型的吸收波譜特征缩功，即基本波、諧波和組合波都办〉招浚基本波的吸收特征最強，是由電子從基本狀態(tài)躍遷到第一級激發(fā)態(tài)產生的琳钉。當電子從基本能級躍遷到某一能級（正好這一能級是兩個基本能級的能量之和）時產生組合波势木，組合波的波長可通過將2個基本波的頻率相加計算出來。事實上歌懒，2.0~2.5μm波段是非常重要的遙感地質波段啦桌，含氫氧根類礦物中的氫氧根拉伸鍵及其組合鍵都在這一波段產生組合波段吸收特征。諧波是由2個或多個量子激發(fā)出一個基本波時產生的及皂，諧波的頻率是基本波的2倍或3倍甫男。
? ? 吸收特征的精確位置和形狀取決于原子團的作用力、原子結構验烧、質量和量子數(shù)量板驳。當氫氧根原子團和鋁元素結合時便在2.2μm處產生組合波吸收特征。當氫氧根原子團和鎂元素結合時噪窘，2.3μm處會出現(xiàn)組合波吸收特征笋庄。某些礦物（像高嶺石在2.2μm附近）具有雙吸收特征（其中一個強吸收效扫、一個弱吸收組合成吸收肩）倔监，這是由于氫氧根原子團在晶格中占據(jù)非等效的位置，從而產生強弱不同的吸收譜帶菌仁。含碳酸根和碳酸根原子團的礦物的基本波和諧波都在短波近紅外范圍內浩习，1.3-2.5μm。
（3）巖石礦物的波譜特征
? ? 各種巖石礦物在礦物成分济丘、結構構造等方面的差異谱秽，使得它們在可見光、近紅外波長范圍的反射光譜和在中摹迷、遠紅外波段的發(fā)射光譜是各不相同的疟赊。在多光譜遙感圖像上，它們呈現(xiàn)出不同的電磁波輻射特性（簡稱波譜特性）峡碉，0.4~1.3μm波長范圍內巖石礦物的光譜特征近哟，主要是由它們的表面色澤、粗糙度和所含的過渡金屬離子元素所決定的鲫寄，鐵是引起巖石礦物在小于1.0μm的近紅外光段產生吸收帶的主要因素吉执。1.3~2.5μm的近紅外波段的反射光譜疯淫，是由羥基、水戳玫、碳酸根離子等陰離子團的分子振動引起的熙掺。一般含OH-的黏土類蝕變礦物反射光譜在2.17~2.21μm處存在顯著的光譜吸收帶。巖礦的熱紅外波段（8~14μm）吸收譜則主要是礦物中硅氧分子團的分子振動引起的咕宿。
? ? 在0.4~2.5μm波長范圍內币绩，熱液蝕變巖與非蝕變巖類巖石的反射光譜有明顯差別。在整個波長內蝕變巖石的反射率值高于非蝕變巖府阀，并且蝕變巖在1.6μm附近具有很高的反射值类浪，而在2.2μm附近則出現(xiàn)特征吸收帶。非蝕變巖無此特點肌似，并且其反射值在整個波段范圍內變化幅度不大费就，從而可應用遙感圖像處理方法識別蝕變巖提供了物理前提。
（4）三大巖類光譜特征
? ? 遙感影像能真實地記錄地球表面三種巖類的光譜與紋理特征川队，我們現(xiàn)在主要介紹三大巖類的光譜特征力细，它是巖石遙感圖像處理識別的最重要信息。三大巖類在地球表面固额，由于它們所處的大地構造位置眠蚂、區(qū)域構造背景、地貌單元和海拔斗躏、氣候帶和地理位置的不同逝慧，其巖石成分、結構啄糙、構造笛臣、風化類型與覆蓋程度均有較大差異。此外隧饼，遙感影像獲取時的氣候沈堡、光照條件等因素的不同對三大巖類巖石的波譜特征和紋理也可能產生較大影響。氣候干燥燕雁，地表植被少诞丽，巖石裸露好時，三大巖類的光譜與紋理特征在遙感圖像上都會有明顯的差異拐格。
A.沉積巖類光譜特征
? ? 不同顏色僧免、不同成分、不同結構構造的沉積巖捏浊，它們的光譜特征具有很大差別懂衩。同一巖性在不同物理化學條件下，遭受風化情況不同，它們的波譜特征也有一定的變化勃痴。一般情況下谒所，以淺色礦物為主，巖石風化面較淺的巖石沛申，反射率偏高劣领，影像色調也較淺；以暗色礦物和雜色礦物成分為主铁材，二價鐵膠結物較多尖淘，巖石風化面顏色較深的巖石，反射率偏低著觉，影像色調也較深村生。巖石礦物顆粒越粗反射率越低，影像色調越暗饼丘。反之趁桃，巖石礦物顆粒越細，反射率越高肄鸽，影像色調越亮卫病。圖6.1是沉積巖類一些典型巖石光譜反射率曲線，從400~1100nm曲線分布規(guī)律分析典徘，細砂巖反射率最高蟀苛，板巖發(fā)射率最低，并且逮诲，所有沉積巖反射波譜曲線吸收與反射平穩(wěn)帜平，沒有特殊變化。
B.巖漿巖類光譜特征
? ? 超基性巖梅鹦、基性巖裆甩、中性和酸性巖漿巖的光譜特征有明顯的規(guī)律，即超基性巖帘瞭、基性巖光譜反射率低淑掌，在遙感影像上多呈深灰至黑色蒿讥；中性巖漿巖反射率中等蝶念，圖像上呈灰色；酸性巖漿巖反射率偏高芋绸，圖像上呈灰白色媒殉。圖6.2所示的一些巖漿巖反射光譜曲線很好的反映了這一特征。
C.變質巖類光譜特征
? ? 變質巖一般由巖漿巖和沉積巖或變質巖經變質作用形成摔敛。巖漿巖變質形成的變質巖光譜特性與著漿巖相近廷蓉；含沉積巖變質形成的變質巖光譜特性與相應的沉積巖相近。決定變質巖光譜特性主要是礦物成分。含有無色和淺色礦物桃犬，如石英刹悴、碳酸鹽、透閃石攒暇、透輝石等礦物組成的石英巖土匀、大理巖、鈣鎂硅酸鹽巖石等形用，它們的風化面顏色一般較淺就轧，光譜反射率較高，影像色調也較淺田度；黑云母妒御、角閃石、輝石镇饺、石榴子石乎莉、磁鐵礦等黑色礦物含量較高的巖石，它們的反射率一般低于10%奸笤，在遙感圖像上呈深灰色至黑色調梦鉴。其他礦物成分組成的巖石則介于二者之間，其光譜反射率變化也比較大揭保。圖6.3反映了上述規(guī)律性肥橙。
? ? 上述巖石典型光譜特征對我們在遙感圖像上識別這些巖類起到了重要作用。在識別這些巖類中秸侣，同時存筏，還要考慮不同巖類形成的大地構造環(huán)境，地貌特征味榛、組合關系的差別椭坚，如變質巖區(qū)一般褶皺斷裂構造極為發(fā)育，由褶皺搏色、斷裂組成的巖石地層構造形態(tài)特征明顯善茎，侵入巖一般表現(xiàn)為明顯的塊狀圓形、不規(guī)則形的影像特征频轿。噴出巖則以環(huán)狀地貌垂涯、放射狀水系、區(qū)域性團塊狀或層理不明顯的影像特征反映出來航邢。以上三大巖類的特征紋理和色調為識別這些巖石起到了重要作用耕赘。
2.遙感金屬礦產找礦常用影像處理方法
（1）主成分分析法
? ? 主成分分析也稱特征向量分析或K-L變換分析，它是以圖像統(tǒng)計性質為基礎的膳殷。經這種變換后生成一組新的組分圖像（數(shù)目等于或小于原波段數(shù)）操骡，是輸入的若干原圖像的線性組合。現(xiàn)有的主成分分析法有直接主成分法、特征主成分法册招、多重主成分法和與其他算法組合的主成分法岔激。其核心原理是統(tǒng)計特征的正交線性變換，是進行特征抽取的重要方法是掰。多波段圖像的波段間存在著很高的相關性鹦倚，有相當多的數(shù)據(jù)信息冗余。主成分變換的目的是將原來各波段的有用信息壓縮到盡可能少的主成分中冀惭，各主成分間具有獨立性震叙，信息不重復。
（2）比值分析
? ? 比值算法是對遙感所獲取的多光譜或高光譜數(shù)據(jù)的各波段進行比值運算散休，目前較常用的方法有：基本比值媒楼、和差組合比值、交叉組合比值戚丸、標準化比值划址。上述4種比值中以基本比值和標準化比值更為常用，比值處理簡便易行限府，而且對提取與礦化蝕變關系密切的信息更為有效夺颤，目前已成為廣為采用的主要處理方法。另外胁勺，某些情況下運用雙比值世澜、復合比值和均衡比值處理提取專題巖性礦化信息也取得了較好的效果。
（3）去相關拉伸法
? ? 去相關拉伸法是一種基于主成分變換的技術署穗，它將原始圖像該段變換為它們的主成分寥裂、外別反差拉伸變換后的主成外，進行主成外反變換案疲，在原始彩色空間顯示封恰。經過第二階段反差拉伸正規(guī)化方差后，得到方差為單位方差的互不相關的變量褐啡，產生增強顯示圖像方法的效果主要依賴于該方法產生的特殊反差對比诺舔。去相關拉伸變換是原始光譜波段的一種線性變換，這種變換通常是原始光譜波段的加權總和與差备畦。研究表明低飒，該方法對一些遙感數(shù)據(jù)圖像處理有效，能產生好的圖像處理效果。
（4）卷積增強算法
? ? 遙感圖像上的線性特征，特別是對與地質構造和成礦環(huán)境有關的斷裂構造的增強處理制市。它是金屬礦產找礦逼夠圖像處理的一種重要方法萍聊。線性體信息提取目前主要有梯度網值法，模板卷積法、超曲面擬合法类垫、曲線追蹤和區(qū)域生長等司光。遙感線性體信息提取采用模板卷積濾波算法效果較好，它是一種鄰域處理技術悉患，是通過一定尺寸的模板（矩陣）對原圖像進行卷積運算來實現(xiàn)的残家。為突出不同方向的線性信息，設計不同方向的卷積模板售躁，經過這種處理坞淮，遙感影像上的某一方向線性構造會被突出出來。
（5）圖像融合處理技術
? ? 各種類型的衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)陪捷，在時間回窘、空間、光譜分辨率等方面各不相同市袖。它們反映了同一地區(qū)地物波譜的不同方面或不同分辨率的遇感信息啡直，但怎樣有效利用這些寶貴的遙感數(shù)據(jù)，通過融合對多源遙感數(shù)據(jù)處理苍碟，以發(fā)揮遙感數(shù)據(jù)的互補效應酒觅，提高遙感數(shù)據(jù)的利用效果。目前微峰，融合方法有基于像元舷丹、特征、正交變換蜓肆、小波變換掂榔、神經網絡等多種融合方法。
（6）分類處理算法
? ? 圖像上不同像元的亮度值症杏，反映了不同地質體的波譜特征装获。計算機用統(tǒng)計的方法，將相似亮度范圍的像元值劃為同一類厉颤，歸并到同類地質休中去穴豫。這種信息處理主要用于依據(jù)已知區(qū)的地物亮度等信息推斷和預測未知區(qū)。目前逼友，簡單實用的分類算法有監(jiān)督分類與非監(jiān)督分類精肃。監(jiān)督分類是將訓練場地中得到的對比結果采用外推法對未知區(qū)進行分類，監(jiān)督分類常用的有最小距離分類和最大似然率分類帜乞。非監(jiān)督分類是利用同一特征的多通道波譜特征數(shù)據(jù)司抱，將集群于該空間里某一確定位置附近，構成一個“點群”黎烈。同一“點群”中的像元习柠，他們彼此是相似的匀谣。代表了某一類別，即屬于同一類资溃，而不同的“點群”代表不同的類別武翎。將這些不同的點群與有關資料對比，進而確定研究區(qū)地質體的類別溶锭。非監(jiān)督分類主要有圖形識別和集群分析兩種方法宝恶。
