(中國國商資源航空物探遙感中心，北京；北京中國地質科學院礦產資源研究所再就業)
本文討論了通過模型試驗提取遙感異常的兩個重要問題:主成分分析的靈敏度極限(或檢測極限)和植被幹擾的容忍度；本文還引入了擬歸壹化技術以提高相鄰蝕變異常的可比性，該技術已成功應用於100多幅ETM蝕變異常的提取。
關鍵詞:主成分分析的靈敏度極限(或檢測極限)；植被幹擾耐受性；相鄰景觀蝕變異常的可比性；準規範化
1主成分分析(PCA)的靈敏度極限(或檢測極限)
主成分分析提取遙感異常時，羥基異常(TM1，TM4，TM5，TM7)和鐵染色異常(TM1，TM3，TM4，TM5)常作為第四主成分出現(等，1998，2002，2003)李等，1997)，它們的特征值都是最小的，也就是說，蝕變遙感信息只占很小的壹部分那麽我們要考慮壹個問題:PCA會損失多少蝕變信息，即PCA的檢測靈敏度(或檢測限)下限是多少？
為了探索這壹問題，設計了以下模型實驗:構建壹個四維影像(2550×2000×4)，分成四個子影像(1275×1000×4)，利用柳溝峽獲得的TM影像采樣數據，按左上、右上、左下、右下的順序輸入金蝕變巖和金蝕變巖。如果以(255×1×4)為單位，則全圖有20000個單位，左上角蝕變巖有5000個單位。PCA提取後閾值為3σ，得到蝕變巖占5000/20000時的PCA結果，即1/4。然後蝕變巖區依次被輝長巖取代，蝕變巖區分別保留500個單元(1275×100×4)、10個單元(1275×2×4)、5個單元(1275× 6558)。對每個變化進行PCA，閾值為3σ。閾值的確定基於沒有幹擾(來自冰或植被)的原則。當門檻降低，出現幹擾時，說明來自蝕變巖的信息已經減弱，淹沒在幹擾中。六種PCA檢出限模型的實驗結果列於表1:
表1 PCA檢測限模型實驗結果匯總
繼續的
根據檢出限模型的實驗結果，可以認為主成分分析提取蝕變信息的檢出限優於二萬分之壹或十萬分之五。這意味著，在壹張面積為2萬平方公裏的地圖上，只要蝕變巖(強弱)的總面積不小於壹平方公裏，就可以用PCA提取出來。該檢出限模型的實驗結果具有參考意義。
2.提取高植被幹擾下蝕變遙感異常的容忍度
在提取地雷引起的遙感異常時，植被是壹個常見的幹擾因素。為了探討植被對幹擾的耐受性，設計並進行了兩個模型試驗。實驗結果表明，當混合像元中植被成分達到或超過50%時，蝕變異常難以提取，這與在澳大利亞平面上進行的測量結果壹致。
為探索高植被區異常提取的效果，應雲南省地質調查院的要求，提取了雲南中甸高寒植被區13240場景，分別以普朗斑巖銅礦和紅山鐵礦為參考樣區，采用光譜角法對異常進行優化。經雲南省地質調查院綜合地質、物探、化探、遠選點、地槽勘查證明，發現地蘇嘎銅礦床，地表出露兩個礦化斑巖體(寬度分別為6m和11m)，當年投入鉆探，初步銅含量為0.1 ~ 0.5%。
實踐證明，在高植被地區的戈壁沙漠地區所獲得的方法和技術的應用是相當有限的，但仍然可以發揮壹定的作用。
3 .提高相鄰景觀蝕變遙感異常的可比性
蝕變遙感異常的大規模提取往往需要多場景影像的拼接，包括層狀異常的拼接，越來越迫切地感覺到同壹場景不同時間的ETM數據或相鄰不同場景的ETM數據所獲得結果的可比性有待提高。作者進行了五項校正研究:大氣徑向輻射校正、太陽高度角校正、日地距離校正、大氣照度校正和增益校正。通過這五次校正，相鄰場景和同壹場景不同時間信息提取結果的可比性得到了明顯提高。
當這五個校正都仔細進行時，就避免了與氣溶膠密度和水汽濃度有關的大氣精細校正的困難，所以稱之為原始數據的準歸壹化(嚴格意義上不是歸壹化)。原始數據歸壹化後，得到相同尺度的表觀反射率值(每個DN代表0.2%或0.25%的表觀反射率)。
3.1徑向校正
作者嘗試了兩種方法，即波段相關分析法和直方圖最小值法，對輻射進行校正，結果的比較列於表2。只有當研究區只有壹種巖性時，波段相關分析法才比較準確，所以選擇直方圖最小值法。
表2輻射校正對照表
3.2日地距離修正
地球以每秒29.79公裏的平均速度在橢圓軌道上圍繞太陽旋轉。這個橢圓軌道的扁率(也叫偏心率)為0.0167，長半徑為149597870km，與地球赤道面相交23° 26 '角。日地距離D定義為太陽中心到地球中心的距離，日地平均距離為天文單位距離(AU)，但這個距離也是變化的。1968 ~ 1983年的地日平均距離為149600000 km，1984年後為14950。每年近日點約為65438+10月4日，遠日點約為7月4日。近日點距離太陽147100000km，遠日點距離太陽152100000km。
為了研究日地距離的影響，作者從田獲得了1998到2003年6年的日地距離數值表，每半小時壹個點。太陽輻照度與d2成反比；過去認為日地距離變化引起的太陽輻照度變化在5%左右，壹般不需要修正。為了做出更準確的評價，計算了從1998到2003年太陽距離變化引起的太陽輻照度的平均變化，如表3所示。當該值達到近7%時，認為有必要修正太陽距離。
表3日地距離最大修正系數計算表
Landsat 7的軌道是太陽同步軌道(朱樹龍等，2000)，傾角98.2°，周期98.9’。過赤道時間為10 am，1/4的周期為24.725’。我們西部任務區位於北緯27°至44°之間，淩日時間約為。日地距離表中給出的時間是世界時，或格林威治標準時間(UT)，即時區0(經度0°子午線處的民用時間)，用GTM表示。為了求出壹個場景的日地距離，首先確定其經度屬於哪個時區，以該時區標準經度兩側的7.5為界，然後在當地早晨10計算出相應的GMT，用它就可以求出所需的日地距離。例如，壹個場景的ETM像位於東經90+7.5°的範圍內，與格林威治相距6個時區，因此應在表中查找(10-6)=4 am時的日地距離d。
3.3增益校正
在美國的Landsat 7計劃中，為了保證地面數據的正常獲取，充分利用數據，Landsat 7對ETM ++傳感器的信號處理部分進行了重新設計，使其可以工作在兩種狀態，即高增益狀態和低增益狀態。在圖像中，它顯示了像素亮度的變化。1、2、3、4、5、7波段的增益變化分為三組(林有明，2003): 1、2、3波段壹起變化，4波段單獨設置，5、7波段壹起調整。傳感器增益設置的規律是根據季節在壹定的緯度範圍內設置傳感器增益。當場景的某個波段的增益設置改變時，該波段的亮度值在圖像上以牛步的方式改變。據報道，這種變化大多發生在場景圖像的下四分之壹處。北京地面站對增益變化的數據進行處理，將增益變化後的像素亮度調整到增益變化前的水平，用戶不會看到有階躍變化的圖像。
但是當我們研究相鄰圖片的可比性時，我們必須考慮它們的增益。
3.4太陽高度角引起的輻射誤差修正和太陽高度角的計算
由太陽高度角引起的畸變校正是將太陽光線傾斜照射時獲得的圖像校正為太陽光線垂直照射時獲得的圖像。太陽以高度角φ傾斜照射時得到的圖像g(x，y)與直接照射時得到的圖像f(x，y)有關系，利用相同的太陽高度角φ可以校正各個波段的圖像。
張玉軍論地質勘探新方法
太陽方位角隨成像季節和地理緯度而變化。通常情況下，太陽方位角引起的圖像輻射值的變化只影響圖像的細節特征，因此沒有必要對太陽方位角進行校正。
由於太陽高度角的影響，圖像上產生地形和物體的陰影；太陽高度角引起的畸變校正不能消除地形和物體的陰影。我們的對策是在預處理時去掉全陰影區域和大部分半陰影區域作為幹擾區域，所以這些區域不參與太陽高度角修正。
壹般情況下，太陽高度角可以從數據頭文件中獲取，當太陽高度角數據缺失時，可以通過ENVI圖像處理軟件獲取。
3.5地物表觀反射率的計算
文獻(朱樹龍等，2000)給出p = π ld2/(E0× sin φ)。
其中p是地面物體的反射率；d是日地距離的天文單位，可從日地距離表中查到；φ是太陽高度角，可以從第壹檔得到；e .對於太陽輻照度，文獻(馮·，2002)給出了壹組參考值，單位為瓦特/(米2×微米)；L為大氣頂部地物的輻射亮度(L=goin×DN+bias)，DN為像素值，goin(增益)和bios(偏移量)可從頭文件中獲取(馮，2001)。
如果暫時不考慮D和φ，ρ k = π× L/E0。如果用QLMAX和QLMIN來表示各波段可能的最大和最小像素值(馮，2002)，max = 255，min = 1；ρkMAX=LMAXхπ/E0，ρkMIN = LMIN×π/E0；LMAX和LMIN分別代表每個波段的最大和最小光譜輻射值；QLMAx、QLMIN、LMAx和LMIN都可以在地面站Londsat-7產品的Metodata(MTL)文件中找到。因為偏置在高增益和低增益條件下都是恒定的，所以LMIN不隨增益變化而變化。每個頻段的LMAX只隨著增益的調整(高或地)在兩個電平之間變化，比如表4所列的低增益狀態和表5所列的高增益狀態，我們可以看到LMIN和LMAx的變化規律。
表4低增益狀態下的表觀反射率轉換系數
表5高增益狀態下的表觀反射率轉換系數
GK(%)=(ρkMAX-ρkMIN)×100/(QL max-QL min)=(LMAX-LMIN)×π×100/[E0×(QL max-QLMN)]
若K為表觀反射率轉換系數，則K=Gk(%)×d2/(Sinφ×G)。
B = ρ kmin/GK，b四舍五入得到B0。
如果對某壹場景的ETM ++數據的每壹個像素的DN值進行(DN-B0)×K的處理，圖像將被歸壹化表示為每壹個灰度的G(%)表觀反射率，即此時的灰度網格值為G(%)表觀反射率。
此外，采用地球化學異常分類方法，對提取的蝕變遙感異常進行閾值化，以標準差取閾值，即以σ為尺度，以σ值的數倍作為閾值來限定異常級別，從而得到羥基異常和鐵染異常的三級二值圖像。該技術還有助於提高相鄰景觀蝕變遙感異常的可比性。
無論是進行準歸壹化還是σ尺度異常分類，都歸結為方便的填表操作，有利於工程完成。該技術已應用於100多個ETM ++處理場景。色板附圖15顯示，兩個不同時相增益(14231h，14231l)與相鄰場景(14231)的重疊區域顏色差異較大。經過準歸壹化後，不僅三個場景的顏色更加相似。
參考
楊建民張玉軍。基巖裸露區蝕變遙感信息提取方法[J].國土資源遙感，1998，(2): 46 ~ 53。
張玉軍，楊建民，陳偉。ETM+(TM)蝕變異常提取方法的研究與應用-地質基礎與光譜前提[J].中國資源遙感，2002 (4): 30 ~ 36。
張玉軍，曾朝明，陳偉。ETM+(TM)蝕變異常提取方法的研究與應用——方法選擇與技術流程[J].國土資源遙感，2003，(2): 44 ~ 49
李，人。利用主成分分析提取瀾滄江蘭坪地區銅礦化與蝕變遙感信息[J].國土資源遙感，1997，(1): 20 ~ 30
5[日本]遙感研究協會。劉何譯。精細遙感。北京:測繪出版社，1993。
朱書龍。張。遙感圖像的獲取與分析。北京科學出版社2000。
馮·。Landsat 7 ETM ++數據的增益設置和增益變化[J].用戶快訊(中國遙感衛星地面站)，2001 (3)，8 ~ 9。
馮，，論地面輻射值的計算[J].(中國遙感衛星地面站)用戶通訊，2002(2)，1。
林有明。Landsat-7的增益和偏移計算[J].用戶通訊(中國遙感衛星地面站)，2003(3)，7。
最初發表於長春遙感應用大會《國土資源遙感技術發展集錦》，2006年。