基于二次主成分分析的遥感蚀变信息提取研究

解骁颖刘 晨

(1.成都理工大学地球科学学院，四川成都 610000; 2.建材成都地质工程勘察院，四川成都 610000)

基于二次主成分分析的遥感蚀变信息提取研究

解骁颖1刘 晨2

(1.成都理工大学地球科学学院，四川成都 610000; 2.建材成都地质工程勘察院，四川成都 610000)

对遥感蚀变信息提取常用的主要方法(比值法、主成分分析法、光谱角法)作了介绍，结合门限法划分异常阈值，以Landsat8—OIL为数据源，采用二次主成分分析法，建立了掩模模型，并根据门限法对二次主成分分析法进行了异常阈值划分，提取蚀变异常信息。

二次主成分分析，蚀变信息提取，Landsat8数据

0 引言

围岩蚀变信息作为找矿的重要标志，通过对遥感蚀变信息异常的提取从而可以得到相关的围岩蚀变信息。ETM+数据现在已经广泛地应用到蚀变提取上并且对后期找矿预测起到了重要的作用，所以可以通过遥感蚀变异常来提取找矿的有利信息［1］。

1 研究区概况

研究区位于西藏藏南隆子县境内，在巨大多金属矿床扎西康矿床南部，在大地构造上位于巨型特提斯—喜马拉雅构造带的东南部，研究区内交通是很不方便，并且属于高海拔区域，给传统的地质找矿带来了不便。所以应用遥感蚀变信息提取技术是十分有利的。

研究区遥感数据采用Landsat8—OIL数据，时间为2014年。经过遥感数据预处理，即辐射校正、大气校正、几何校正，再对数据进行植被、水体、雪和云的掩模后，最后对研究区进行蚀变信息提取。

2 遥感图像处理

矿物在不同的波段具有不同的波普特征，而波谱特征反映了不同的蚀变矿物类型，从而得到了与矿物相关的蚀变信息。通过前人研究表明，蚀变矿物分为羟基类蚀变矿物和铁染类蚀变矿物，而这些蚀变矿物在不同波谱具有独特的光谱特性，如表1所示。

表1 不同类型蚀变矿物与光谱特征

表1反映了不同种类的蚀变矿物具有不同的光谱特征，通过Landsat8—OIL数据提取相应的波段，通过比值法、主成分分析来建立二次主成分的蚀变因子，这样可以凸显所需要的有用信息。

2.1 蚀变因子建立

2.1.1 比值法蚀变因子

通过运用波段比值法运算，可以消除地形坡度、坡向、阴影或者是太阳高度的变形造成的环境影响。图像的比值运算是一种常用的增强图像的方法。

最简单的数学表达式为［2，3］:

其中，R为比值法建立的蚀变因子;C(a，b)(x，y)分别为像元(x，y)在a，b波段上相应的灰度值。利用比值法建立铁化因子、硅化因子和泥化因子。铁化因子R1=OIL4/2;硅化因子R2= OIL6/5;泥化因子R3=OIL6/7。

2.1.2 主成分分析法蚀变因子

主成分分析是一种对多元变量降维的统计方法，通过将原有波段压缩到更有效的少数几个波段中来消除数据冗余，是一种图像增强方法［4］。主成分分析已经广泛地应用于蚀变信息的提取中。

对研究区域采用PC(2，5，6，7)来获得羟基因子(见表2)，PC (2，4，5，6)来确定铁染因子(见表3)。

表2 主成分PC(2，5，6，7)协方差矩阵

表3 主成分PC(2，4，5，6)协方差矩阵

通过分析表2和表3可以得出，对铁染因子进行主成分分析时，第一主成分量PC1信息量为四个主成分最大分量，并且反映了第四波段和第六波段的信息;PC2反映了第五波段的正信息和第六波段的负信息;PC4反映了第二波段的正信息和第四波段的负信息。

根据表1不同矿物在不同波段的特征，可以得出铁染因子在OIL4波段和OIL2波段应该正负相反，所以选择PC4作为铁染蚀变因子R4。

由表3可以得出，第一主成分量PC1信息量为四个主成分最大分量，并反映了第六波段正信息;PC2主要反映了第五波段正信息;PC3主要反映了第二波段负信息;PC4主要反映了第六波段负信息和第七波段正信息。

根据表1可以得出羟基蚀变因子与OIL6和OIL7的系数相反，且特征向量值应当最大，所以选择PC4作为羟基蚀变因子R5。

通过波段比值法和主成分分析法得到了铁化因子R1、硅化因子R2、泥化因子R3、铁染蚀变因子R4、羟基蚀变因子R5。

2.2 二次主成分蚀变信息提取

二次主成分分析是一种基于波段比值和一次主成分分析结果基础之上的，也是一种建立在图像统计特征数据上的多维线性变换，具有去除数据冗余的作用。研究区域往往不止有一种蚀变作用，而是多种蚀变相互混合作用［2］。采用二次主成分分析法来呈现出多种矿化信息混合蚀变作用［4］。表4为各蚀变因子采用二次主成分分析得到的统计参数。

表4 二次主成分分析协方差矩阵

表4中，PC1中R4和R5的承载信息量较大，且符号相反，主要突出铁化和泥化信息。PC2中R4和R5的承载信息量较大，且符号相同，反映了羟基和铁染蚀变信息。而PC3中R1的承载信息量较大，突出了铁化信息;PC4中R2的承载信息量较大，突出了硅化信息;PC5中R3的承载信息量较大，突出了泥化信息。二次主成分分析PC2主成分量表现了羟基和铁染蚀变信息的混合作用。

2.3 基于主分量门限化的蚀变信息分级

主分量门限化技术是在主成分分析的基础之上，并利用标准误差对蚀变信息进行的分级［1］。门限化技术是以标准离差值(σ)作为尺度，用数倍σ作为阈值，限定异常水平［5］。

OIL数据的灰度值图像接近正态分布。根据高斯误差分布定律［6］:

其中，σ为标准离差。

图1 研究区二次主成分分析法结果图

主成分变化是一种线性变换，可以利用主成分后的OIL遥感数据的直方图有正态分布规律，所以可以根据标准离差值σ来对矿化蚀变信息进行分类。根据(X+Nσ)来对矿化信息进行蚀变信息分级［7］，其中，X为提取出的主成分分量图的背景;N分别取2，2.5，3来对主成分量进行分级(见图1)。

3 结语

本文以西藏扎西康地区为例，进行遥感蚀变提取研究，阐述了遥感蚀变提取的方法和技术流程。通过建立蚀变因子，对Landsat8—OIL数据进行二次主成分分析，提取遥感蚀变信息，并采用基于主分量门限化方法对蚀变信息进行分级。同时，形成了以下认识:

1)通常传统蚀变提取方法是采用单独比值法和主成分分析法。传统方法已经得到了大量的运用，完善的建立了蚀变矿物在特殊波谱带具有的特殊特征。实际上，研究区内的矿化蚀变不是单一的矿化作用结果，而常是多种蚀变信息的混合作用。二次主成分分析可以提取出多种矿化蚀变的混合作用，为以后遥感找矿远景区的圈定提供了基础。

2)通过遥感蚀变信息提取可以发现，蚀变信息分布与断裂带、环形构造有着密切的关系。通过多维数据叠加，对以后遥感找矿远景区的圈定有着重要的指示作用。

［1］ 张玉君，曾朝铭，陈 薇.ETM/TM蚀变遥感异常提取方法研究与应用——方法选择和技术交流［J］.国土资源遥感，2003(2):44-49.

［2］ 宋 弢.基于ETM遥感数据的矿化蚀变异常信息提取［D］.西安:长安大学，2010.

［3］ 张廷斌.西藏谢通门县铜金矿带遥感图像蚀变信息提取及多源数据融合在成矿预测中的应用［D］.成都:成都理工大学，2010.

［4］ 陈 曦，孟鹏燕，周 鼎.基于二次主成分分析的遥感蚀变信息提取与优化——以云南阳拉铜矿为例［J］.资源环境与工程，2014(28):80-86.

［5］ 刘纪选，曾朝明，张秀茵.航天遥感图像数据索引及应用实例［J］.中国地质调查局，2004(5):42-47.

［6］ 周秀银.误差理论与实验数据处理［M］.北京:北京航天大学出版社，1996.

［7］ 阎积慧.TM图像地质应用原理与方法［M］.北京:冶金工业出版社，1995.

Research of remote sensing inform ation extraction based on the second principal com ponents analysis

Xie Xiaoying1Liu Chen2

(1．Institute of Geophisics，Chengdu University of Technology，Chengdu 610000，China; 2．Chengdu Geological Engineering and Survey Institute for Construction Materials，Chengdu 610000，China)

Introduces the main method of remote sensing alteration information extraction is the ratio method，principal component analysis，spectral anglemethod，and using the anomaly threshold method to divide the threshold.The paper uses Landsat8—OIL as the data source.In order to extract the alteration anomaly information，firstly it establishes themask model and then using the second principal component analysis method，finally using the threshold to divide the principal components.

second principal component analysismethod，extraction of remote sensing information，Landsat8 data

P237

A

1009-6825(2015)29-0068-02

2015-08-01

解骁颖(1991-)，女，在读硕士; 刘 晨(1991-)，男