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應用PCA和ICA法對巖心光譜的定量解譯.pdf

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第 31卷 第 1期 2O16年 3月 :121— 126 地 質 找 礦 論 叢 Contributions to Geology and M ineral Resources Research V01.31 No.1 Mar.2O16:121— 126 應 用 PCA 和 ICA 法 對 巖 心 光 譜 的 定 量 解 譯 0 引言 蔣夕平 ,于瀚 文。,吳 芳 ,黃俊杰。 (1.南京農業大學理學院 ,南京 210095;2.南京炮兵 學院,南京 211132; 3.南京 地 質 礦 產 研 究 所 ,南 京 210016) 摘要 : 巖心光譜屬于混合像元光譜 ,維度多 、數據量大 ,在端元數 量 、端元 光譜及混合矩 陣未知的 情況下 ,定量解譯巖心光譜 以提取 巖心 所含礦物 信息難 度大 ,噪聲 的存 在使 問題 更加 復雜。文章 應用 PCA和 ICA法定量解譯巖心光譜 主要 有三步 :采用 PCA法 預處理混 合像元光譜 矩陣 ,在新 的特征空間中保留特征值較大的少量特征矢量 ,有效濾除 能量較小 的成分 ,只保 留主要 成分信息 , 同時濾除數據 中的噪聲 ;采用 ICA法分離巖心混合像元 ,得到混合像 元中的端元光譜集 ,通過礦 物 識別 獲取巖心礦物成分 ;對端元光譜進行歸一化處理 ,基于線性光譜混 合模型進行 豐度 反演 ,得 到 巖心混合像元 中各 端元 豐度 。通 過研 究仿 真數據獲得光譜定量解譯 的一般規律 ,創建有效 的算 法 模 型 ,再處理實際測量的巖心光譜 ,獲得了 比較理想的結果 。 關鍵 詞 : PCA;ICA;巖心光譜 ;混合像元分離 ;豐度反 演 中 圖分 類 號 : P627 文 獻標 識 碼 : A 巖 心是 地質 找礦 和地質 研究 工作 中常用 的重 要 實 物 ,通 過分 析鉆 孔巖 心 中礦物 類型及 含 量 的變化 , 能夠為地質找礦提供信息 ,但巖心實物保存 、查詢及 調 閱存 在諸 多 不 便 。高 光 譜 具 有 很 高 的 光 譜 分 辨 率 ,能 在 電磁 波 的可見 光 、近紅 外 、中紅外 和 熱 紅 外 波 段獲取 大 量非 常 窄 的光 譜 波 段 信 息 ,被 廣泛 應 用 于 地學領 域 。利 用 光譜 學原 理 ,由巖 心 的光譜 特 性 可 獲取 巖心 結構 、成分 及含量 ,以及巖 心形 成時 及后 期變化的物化環境信息。采用高性能的巖心光譜 掃 描 儀 ,快 速獲 取巖 心 圖像 和 巖心光 譜 ,解 決 了巖 心 實 物保存和分析過程中的諸多不便,為地質研究 和地 質 找礦提 供 了便捷 的信 息獲取 方法 。 由于受 空間分 辨 率 的限 制 ,混 合像 元 問題 廣 泛 出現 在各 類遙 感 高 光譜 圖像 [】 ]和 合 成 孔 徑 雷達 圖 像 _3 中 。常用 的混合 像元 分離方 法首 先需要 提 取端 元 ,再 進 行混合 像元 分離 及端元 豐度計 算 ,端元 提取 方 法 如 極 小 體 積 變 換 (Minimum Volume Trans— form,MVT)[4J、像 元純 度 指數 (Pixel Purity Index, PPI)r5 等 。巖 心光 譜 掃描 儀 獲 得 的巖 心 光譜 具 有 光譜 分辨 率高 、信息 量豐 富等特 點 ,巖 心 由多種礦 物 組成 ,巖 心光譜 同樣存 在 混合像 元 問題 ,由于礦物 種 類繁多 ,巖心光譜中端元類型較多,單個混合像元 中 端元 數量 較多 。由于 測 量設 備 和 測 量環 境 影 響 ,巖 心光 譜 中存 在 隨機 噪聲 及 背景信 號_7噸],并且 巖心 光 譜缺 乏統 一標 準_9],使 得 不 同測 量 條 件 下獲 得 的 同 類光 譜難 以 比較 分析 。解譯 巖心 光譜 目的是 獲取 組 成巖 心 的端元 及 端元 豐 度 ,前 者 展示 巖 心 中礦 物 的 類 型 ,后者 表示 礦 物 在 巖心 中所 占 比重 _l “]。 由于 巖心 一般不 存在 純 像 元 (也 稱 端元 ),遙 感 高光 譜 圖 像 研究 中的端元 提取方 法對 提取 巖心端 元有 較大 的 局 限性 。有 的研 究人員 直接 采用 光譜庫 中 的礦物 光 收稿 日期 : 2014一l2— 12; 責任編輯 : 趙慶 基金項 目: 國家重大科學儀器設備開發專項 “巖心光譜掃描儀研發與產業化”(編號 :2012YQo5o25o)和南京農業 大學基本科研業務費專 項 資金(編號 :KYZ201425)資助。 作者簡 介: 蔣夕平(1963一),男 ,講師 ,主要從事數 據建模 與信號分析 的教學 、研究工作 。通信地址 :江蘇省南京市衛 崗 1號 ,南京農業大 學 理學院;郵政編碼 :210095;E—mail:[email protected].edu.cn 通信 作者 : 吳芳 (1974一),女 ,講師 ,碩士 ,主要從事數值計算 、計算機仿真與數據建模 研究 。通信地址 :江蘇省南京 市衛 崗 1號 ,南京農 業 大學理學 院;郵政編碼 :210095;E—mail:[email protected].edu.Cn
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