完整版遥感地质蚀变异常信息提取实验

1、基础地质学实验教学创新实验遥感地质蚀变异常信息提取“基础地质学”创新性实验遥感地质蚀变异常信息提取实验“基础地质学”国家级教学实验示范中心0二0年二月5熟悉遥感影像的辐射定标的方法与流程 掌握遥感影像的波段合成、投影转换、影像裁剪的方法 . 掌握ETM+S感影像的Flaash大气校正、掩膜的应用方法 掌握ETM+S感影像羟基和铁染异常信息提取的方法与流程 掌握ENVI与Surfer软件协同制图的方法。利用主成分分析方法提取矿化蚀变信息.铁染蚀变异常分析含羟基类矿物和含CO2-矿物蚀变异常分析6.106.11建立ROI （感兴趣区） 建立掩膜

2、应用掩膜掩膜的反选掩膜反选后的应用.3 .3 .3 .3 .3 .3.4.4 .4 ...7 .911131517.17 .18 200.3335.41.42实验目的实验内容2.42.5实验要求实验条件4.1 软件平台：ENVI4.6 Surfer94.2 遥感数据源：金川地区Lan dsat7 ETM+S感影像实验原理5.1 蚀变异常提取的地质依据 5.2 蚀变异常提取的物理依据 .25.2.3实验步骤金川地区ETM+l感影像辐射定标金川地区ETM+l感影像不同波段的合成 定义金川地区ETM+

3、l感影像的地理坐标对金川地区ETM+S感影像的地理坐标进行投影转换对金川地区ETM+l感影像进行裁剪对金川地区ETM+l感影像进行FLAASH大气校正.6.6.1数据转换6.6.2编辑头文件信息6.6.3进行FLAASH大气校正简易去除ETM+l感影像的干扰信息..46.7.5主成分分析提取蚀变异常信息用Surfer软件修饰铁染蚀变异常信息总结课后练习及作业1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。实验内容2.1 熟悉遥感影像的辐

4、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。2.2 掌握遥感影像的波段合成、投影转换、影像裁剪的方法ENVI软件进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 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

5、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。基础地质学实验教学创新实验遥感地质蚀变异常信息提取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

6、化蚀变异常信息空间分布图。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

7、出现故障退役。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一一近红外光谱（

8、0.35-0.25U m）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、黄钾铁矶等，他们在TMI、TM4波段有强的吸收带，若岩石 中含多量的Fe3+,而含F0较少, 3： 3nil19 DtJ -a -i= -d I-I *F13 11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，贝U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（0H）、水（H20）或碳酸

9、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. 2-2.3um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1.9um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

10、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TM1 4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

11、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 5PC10.4153040.5278860.4966230.549750PC2-0.204294-0.5514550.807515-0.045623PC3-0.636068-0.097958-0.1858670.742479PC4-0.6174170.6384660.258339-0.380024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

12、 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

13、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 7PC10.4250780.5101330.5650800.489650PC2-0.1433960.809782-0.146893-0.549649PC3-0.8701090.0487390.4575770.176519PC40.204102-0.2857310.670619-0.653429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；PC

14、4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。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，打开金川地区 Landsat7ETM+S感影像中band1影像文件。然后，单击菜单栏中的Basic Toolsprep rocess ingCalibrati on UtilitiesLandsat TM工具，为金川地区ETM+S感影像中band1影像文件进行辐射定标，如图6-1所示。Alw I

15、ftasir Tooh I歆iM T隔竊tg阿r bl悵尸 SpeTf Wap H疑t升opograph*c Rdar 恢hfI昭lie bdftd钿I咋籾0#“ *id鮒I、 fcotflIf/FGp 凶I*Ddt (BQ nt, BIP)$ 茁枣 tcnwtdf hflrgc- DpTtcTIcmiMeasLiremerrt foolQdnd WaThHathUrqe【陶I的MASu-gIlk Op lie血-BiTid. 1 出 ISj冲d ljpL2：EOa3?tZDQZjOtZ4:43.niilD.tiJJ Ml J |8M2 1 i545 (Eyi rjlBSAGrnc-ral 口

16、urpo店 UtAtinUVllCbAViHftR图6-1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6-2所示。190 TW Cjlibfdliori Input Filfk edh：tl.dru: 3ZZ z rlst I Byrt File Type : gensg Ty；3c： feti 01 del : pro: I PlreltMtuntVavrlcTTSth ; UBper Lcll Cvitjzi ; 1.1 ira-iprlionr

17、 CeT5-T7FF File Iripoi-tcid ittTQ E前I tT-jc Jlt 2S 16j21iOn iOllBlCancelj IG E; 州W文中 Ejrv:审 fihpl 比佣T 12Q0045 H 1 la71,942,332 tymTI?FUciinnLvt (iDtcl)DTTIj ZoGc 4B ?lor-!-h 23rS 1 CT era 聊沖非联询 SuttCl Full Sccrr惟 I Camel II图 6-2 TM Calibratio n Input File 对话框接来下，在 TM Calibration Parameters弹窗中，单击 Get

18、 Calibration Parameters from Web选项，如图6-3所示。 TM Cdiitiration Para Tittersl.aiTiidgJtl Sa r Alli IF C 4 厂召 i* RTrt 7Phtq AcTi3tni ti*nIjorjiaryriJiTci flc-jiT： sit1 JU Piiy圭Data ftcziui si tl-Mi Tear :|1勺瞄上Sun Eilcaticn Cdrs) : 50.Data icqulFltlTi Eend : |l |KfflccTorrccCol 1 brail071 Tinx 厂 Radiance

19、價 賣叨&: Tim 0-00 Ahjij D.noCet Caljba-atlc-nOutput esult to File C JenorvEnicT Olli pur Hllmnu Choinc Coi press图 6-3 TM Calibratio n P arameters对话框图6-4所示。在 TM Web Calibration Parameters弹窗中，选择 Date/Path/Row/Band 选项，根据金川地区Lan dsat7 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，如注意：每景影像的信息都不一样,定要根据头文件信息填写。L11C Original

20、Filename Eate /Fat h/Rovr/Band图 6-4 TM Web Calibratio n 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6-5所示。DftaLiiilr 可DfttAMy j图 6-5 TM Calibratio n P arameters对话框w!&jJi tlrVatlrti tdeii l|4L JSHvDal:Eird : |lCfti Ibn t| inr 防 fl nncEScfeleE |；|-|! f-t. 2i单击OK即完成了金川地区Landsat7 ET

21、M+S感影像中band1影像文件的辐射定标操作;接下来，依次对 band2、band3、band4、band5、band7波段进行辐射定标操作。6.2金川地区ETM+遥感影像不同波段的合成首先，在ENVI 4.6软件中，单击菜单栏中的fileopen image file 工具，打开经过辐射定标的金川地区 ETM+遥感影像的band1、band2、band3、band4、band5、band7数据文件，如图6-6所示。 MU【 t年LUfM轧花砂訶S ElhoriJ 划加Hid打帕4氓 Tr上耳曲n rtf EU,輛C Cd eMid ;妇bfiKrh_YUXi3：*HL9 C k 宀 fo削

22、im二UlLQedTr京卅社刑札翻，lfl9 gtWf-Pbl- H Cl iBwfJ nl_EtWtj_tJuMEfl*i4_i*u_r. iifi V4D mo- 3 IE knt l;pL3Irim_TiaHLmM. ! f iJ扎f P RiL-aULleIiKZZ h ITLnstlnf MLcii 自咄Laul Eh I-.I图 6-6 Available Ba nd List 对话框然后，单击菜单栏中的 Basic Tools Layer Stacking工具；如图6-7所示。I (jgic Tool* dasvfication Trinsform fResize Data (S

23、paiial/Spctral)Subset Data vid ROItRcutate-Zflrp Data UiygrConcert DjU (E辺 HIL, BlP) Stretch DdtaStatic liltsChange LJetectionh/l ensure mentT oolQdnd Mih Sp#it asjcs flic ovcrlmi?Litpu1 R*bu T to I*Tl L - ffFory Rcmckr Filfra nd i 月Cban 12-T idhan JAracLEatid LBand LjEani tDaf-W .TillZoncr3C Fi45i4

24、;ani4-ract: J5-radbatid7 - fa.吐L3at:J 1Batid LI CqrKcl jEnter Qulpkil lenaie ChooseCi们纹3讪|2*1门门血卄山站金llllttZlTlK图 6-8 Layer Stacki ng Parameters 对话框6.3定义金川地区ETM+遥感影像的地理坐标首先，在ENVI 4.6软件中打开金川地区ETM+影像（波段合成后），并加载彩色合成影像;在主菜单中单击 Map中选择Customize Map Projections选项。Wripl VpClurFtpOg I dienicRsdwrWnnefa*畑 hrqt

25、QinRirrfn Cl I iViialien6巾Qi啊他斷IonMgifdriQCffrry*i Inpir Oerrtry打Ef 时SPOT5Wir5G&C聽t&nc已 A5TE ItAVUftPGptxcInTTxzr tN4SATG购怕吹g MODISRADARSftTBurid RKiCkAiorhlit Mat ciJetLlorti Coiv+rl M屮 Siiort Ld頁r 节 TakingM(3 ri9,f o*Sfffer rtSOI Coordin#E . OU.X q.u. H d wl ux S s ipr G tii C .If 、V Rj.T dl Of- 1

26、 II t *|R W - TVVTTIVi ti Levn ISI &Wak-nivetcrk 60 wcje-TeYM0 cZuiderl JLUKIF*i in |3E5I?E5Hfl5lFlrL. k I dI pt- vj If 1. 1 r+i Tt- I ;! hx_34 |D n mnLan |：i -t u J* o -a *n tar kJ. m *1-1 J a u-i lxlcx InzsliKaSC4J.e “I.加 pf图6-10定义地理坐标对话框接来下，输入完以上数据后，在菜单栏中点击Projection，选择 Add New Projection，即加载这个投影

27、信息。图6-11定义地理坐标对话框最后，点击File中Save Projections保存这个投影信息。豐 Dis-tfivizFid W?o Prpjectifir DpTinTTinnJal41 *11 QpLiCai-ceLUs* QiLctirtg荀 Il li III ITIIfrojctiozi lyreZx jLikthin 931Zpace 011110.114 (tercat*r ft (st: a tgufi皂 OldiyiE Hu Ctz D 三忖暫phi c GpIvarGt pr A JT gp|ludo tf prj iclin tri ginLati tufie

28、卩 |3C-. JDVm iiT WinA 皿Taensr TVI ad汕 vn1ILoni Lud. of 匚cziLti QiariLwhda p WHIt TrttjecUwi JatwntaztorOMMD丸11 Lwi ?l& yJifEnirniuJ-. tO y3-T2畑删Z 口肛 hX jiij-图6-12定义地理坐标对话框6.4对金川地区ETM+遥感影像的地理坐标进行投影转换首先,在主菜单栏中选择Convert Map P rojectio n，进行投影转换。其次,单击0K。札罠IFile Eai i TcolsZieaticn二Errr ?alf tr Specti*l .

29、r- E T b -Mm Ve lar T吓心存匕让；匸 Radaar Yinrlo-TRb 1 rtir L# 1 otl卜RL EwnoQE OrLtijrGcti fi ceti dkOrihotTQctific k.tion卜File Oir=rlqy *iJ.5tiLe TccL_ 也-皿=G-ErefrnceGecreferenoeGacrsfrtrjcsrcn IzipiLt Ct0netiFStCTSaWiFSSecrefertnceGa i4farriaaeecrefrtpoet6 t rdf 0T0PEASTERaVHERrtfims一图6-13打开投影转换工具G(rRml

30、rl RPtCmtcniiEC Ifflap TrojazlionzL匕F竺 EaeVtin;C*or4ift4.tt CdtfivtrltiASCII M吐Jin侥匚duvtrslDHLflbz-ga DLd. -n-apjroj. Ixt J:lcW5-Link在新弹窗的Select Input File里选择要进行转换的影像，如甘肃金川jubu.img;然后,冬 Convert laJT PiDjenxaii Input IsacePiJ-G Infoar-na.li on：hie: FN矿taibi品常局&1I取滾茎提琛 lifts；的彳4 Sir* flytdTileEcZkSOie

31、i2 X e洼旣 “J 弓弭bTt rWVI 3lan购rdhcst Qnt.L)vm. Zvnt 43 Ifu-th B. 5 n*tpfOLSiMry图6-21打开数据转换工具在Convert File Input File弹窗中，选择要进行数据转换的文件，再单击OK;0 tori* ft file Input File全II帅尺二R :忘T蔚Fi Infori il L4II：piiu；盼刿朋中即口曲憔标屋M儘1 tins: 1H31 z igQl h S gj.Cist I IFIm计吃 Pilnr罔 86331 (wiMh file Tvpe : ETRJI Sensor Ty；3c

32、; UcirKvn裁t亡 ddci ； Lvt (laicl) jffc-lion ; tmij ZoGc 4B Tlor-fhFlrel i 23rS 1 er eraOjtun t 兀仏Vainlenstih : Cu 恃& to 2,2申per Lei I Cvitjzi ； 3S1N 百 i-so r Fi JtnTcalzc fact-ST； 1, OOCOCQ, y realsL iGfiT九 rtWttW. Kh Jun 西lT：15；-53 3011非联询 SuttCl Full Sccr*Spectral SlL弓cit 6內 Emtla图6-22输入数据转换文件窗口再在Co

33、n vert File P arameters弹窗中选择BIL格式，选择好存储路径后，单击 OK,即完成了数据格式的转换。令 Convert File ParameteriInput In-terleave: E刃Jut put Int crleavc:停 EIL C EIPConvert In Place ?|丽 U|EiiL-r OuLpul FtlKuaic ChooseC:Us ers A di. 1 nl s 1 r a t ot De ; kl op 金川地区 HTlQueueCancel图6-23转换参数设置窗口6.6.2编辑头文件信息Edit然后，在Available Band

34、s List窗口里选择刚才转换格式的文件，右击该文件，点击Header 选项。FiPe Options耳nFiy雀丿研应圈c d c c d一 ReriicResizeRea i zcResizeRtsize I ll(Layer (Layer (Layer (Layer(LayerCT(TI(T1(TICT1Open File in ENVI ZoomOpen File im Arc MapAdd selected Hie to 制电moryCfose Selected FileEdit Heddei.(* Gi期 Scale C RGBQuick，対鸭-Selected BandIfRtz

35、e (Layer (TI CalLod True CoJor to vn亡WALOdd CER to J niis|i93i K i&n (Fl 05Load Band Displ ay tl*Load True Color to current*Load CtR to Fold All FilesUnfuld All FiiltM图6-24编辑头文件信息在弹出窗口中，单击 Edit Attributes，在下拉菜单中选择 Wavelengths进行下一步编辑。O Hh虫r IntaEM州文件让h诃、睜雄衲聞)送1芯区子S 稻I KIc SzzT： ya, 5fi3, 3Ei aytesInp

36、iiT WFiiflrr Info 卩LonTlEdii Atlj/iLiUfaT誅 KstartBand Names.Delauh B曰nd$ to LoaT輕戸出 I inriry NnmQ：kilc Type fmi l-tancardl 加讪F呵岳RhcJ ifnd I Kt.FWHM”.Gains.,Dffspti.,D旦Tyjic Floating PojnlFile Ktisl艺eh 、rerc3i Ef factor J tJDQOt)：!, 71 归 Jun 2a 17；Tfi;3l 201Map Info.RPC or FISM Proyectivn Emu怙tion”.*

37、AssorVite DFW File”Geographic Corrtrs.图6-25编辑头文件中的中心波长信息在弹出的对话框中，依次将 band1、band2、band3、band4、band5、band7波段的中心波长设置为：0.4825、0.565、0.66、0.825、1.65、2.22；之后，单击 0K。wsoq nSF 匸! 66COO 32EOCI 韵802. 22gro最后，再单击菜单栏中Basic ToolsPrep rocess ingCalibrate n UtilitiesFLAASHX Edit Wavelength valuerEffist Current Wave

38、ltngtk Valuesi):band!-rad) :dH J : ban-F；-Tafl):喀JI );baTid3-Tad):令 H ) : banzl4-Tad):金丿 ) band5-rad):全 HLHLLkHjMIWrrEdit Selccied Item:Resize (Layer (TM Cal (fiard 1:pWavelenglb/hWHM Units ! |LnknoifnCKj C?ncKl 1Tmfcrt A3C1T.1 Umr 1图6-26中心波长编辑对话框663进行FLAASH大气校正具，进行FLAASHfc气校正;.WtrTgdIjii llasmi底软iE

39、 TiHsFptE F|tgr 玩Sslxv Pptldl 聘讣M迪师耶Eir4Laye* Shirk祈qgKt biM CR珂 6IL. BIPlSihSl 印皿I g细in ChArtQe Dfflecdtxi Mpdwmmt locJ|Un4 MaUhSpecvjJ Wd巾 SrqmrntflliimfrnflCK 财护nOdEEm Mcrtir-呷Md-GhnngAtw旳 vector fo関grmp* 尺帝如晌如 H0P Jl 眄-:-u EmIhc lyrr Tl 肚nl.H 阳灶古淀T lll Jhl -“ fcwiTr tLnm- iliT.n EclZE-I丁 CalRflftjrtT Ilin 1 - IILHelccted Ed.tLfP ri Cif! LF-antQiedl Piirpoie Dutd -Lprcrfic- iJtfitiHO *T轧:I世rllUa也3*La-Klurt T/l cbdkfijrdOK;QUX ACmoip: enX Zmis 尊 lrth?licl 7 曲薦 lf：lciFlfur h fl 1比“匸！ inCKlT 亡 1jSiTJL 确刑雇k厢 H USH inpiiT FikOuituT Jlr