遙感礦物蝕變資訊提取方法及ENVI下實現
蝕變岩石是在熱液作用影響下，使礦物成分、化學成分、結構、構造等發生變化的岩石。由於它們經常見於熱液礦床的周圍，因此被稱為蝕變圍巖，蝕變圍巖是一種重要的找礦標誌。利用圍巖蝕變現象作為找礦標誌已有數百年曆史，發現的大型金屬、非金屬礦床更是不勝列舉：北美、俄羅斯的大部分斑岩銅礦、我國的銅官山銅礦、猶他州的大鋁礦、西澳大利亞的大型金礦、墨西哥的大鉑礦、美國許多白鎢礦、世界大多數錫礦、哈薩克的剛玉礦等，都屬於以圍巖蝕變作為找礦標誌發現的礦床。
國內外遙感工作者，都在不斷地設計、研製和總結對這種遙感資訊的提取和識別技術。礦化蝕變資訊是找礦的一個重要標誌，而這些對找礦有指導意義的礦化蝕變資訊常常受其它地物資訊的干擾，和受遙感影象的波譜解析度和空間解析度的制約，往往表現的很微弱。因此，國內外學者也在不斷嘗試各種技術方法提取這種礦化蝕變弱資訊。
本文總結了遙感蝕變資訊提取的各類方法，及其在ENVI軟體中的實現。
1.原理
遙感技術主要是建立在物體反射和發射電磁波的原理之上。而地物波譜特性通常都是用地物反射輻射電磁波來描述。由於地物反射發射電磁波的特性不同，其反射波譜曲線形態也有千差萬別。如植物的反射波譜曲線上，在綠光波段表現由於其葉綠素的存在表現為有一強反射峰，而在短波紅外波段由於葉冠組織的相互作用表現為強反射峰，在紅光波段則表現為強吸收谷。
遙感地質應用中，近礦圍巖蝕變形成的蝕變岩石與其周圍的正常岩石在礦物種類、結構、顏色等方面都有差異，這些差異導致了岩石反射光譜特徵的差異，並且在某些特定的光譜波段形成了特定蝕變岩石的光譜異常。光譜異常為用遙感影象的異常資訊提取提供了理論依據。
2.方法及實現
依據礦化蝕變巖與圍巖的波譜特徵的差異，可採用影象增強處理方法獲取礦化蝕變資訊增強的影象變數，從而最終實現提取礦化蝕變資訊的目的。一般影象增強突出蝕變資訊有以下幾種方法。
(1)蝕變干擾資訊剔除
遙感資料包含地表的資訊，遙感在地質方面的應用就是提取使用者需要的資訊，提取礦化蝕變資訊的過程是計算影像中所有畫素資訊統計歸類分析的過程，蝕變異常資訊的提取對遙感影象的質量要求較高，因此首先要對遙感資料進行嚴格的篩選，干擾噪聲小的資料，一般要求遙感資料的時相是植被髮育較弱、冰雪覆蓋少的季節，同時該時相的雲覆蓋量較少。由於受地形地貌的影響，有些因素靠資料的時相選擇卻難以克服，例如陰影、河流水體、高山上的冰雪、白泥地等，可以採用相應的數學方法來解決，以使陰影、水體等干擾畫素的資料不參與統計分析。一方面是選擇較好的資料；另一方面是對資料進行資料預處理，包括大氣校正、掩膜等。
利用ENVI軟體的大氣校正模組flassh能快速的消除大氣影響，還原地物的真實面目。有利於蝕變資訊的提取。
(2) 波段加減組合運算
波段加減組合運算可以擴充套件波段間亮度值的差異。通過對比礦化蝕變巖與圍巖的光譜曲線可以看到，礦化蝕變巖的光譜曲線波動大，也就是說波段間的差值大；相反，圍巖的光譜曲線相對平緩，也就是說波段間的差值較小，根據這一特徵，採用波段加減組合運算，可以擴大礦化蝕變巖與圍巖的亮度差，達到增強礦化蝕變巖資訊的目的。
(3)波段比值
波段比值法是根據代數運算的原理，當波段間差值相近但斜率不同時利用反射波段與吸收波段的比值處理增強各種巖性之間的波譜差異，抑制地形的影響，並顯示出動態的範圍。因而，以礦物的特徵光譜為基礎，選用適當的波段比值進行彩色合成可增強弱資訊。對於蝕變礦物就是分析蝕變礦物的波譜曲線找出斜率變化最大的區間和曲線中的反射峰和吸收谷，確定波譜範圍，作比值增強處理，形成突出蝕變資訊的影象。
利用ENVI軟體的波段運算工具能快速的實現波段運算。
圖1 波段運算的介面
(4)主成分分析/獨立成分分析法
主成分分析法（PCA）是現在廣泛採用的提取岩石蝕變資訊的方法。這種方法是對影象資料的集中和壓縮，它將多光譜影象中各個波段那些高度相關的資訊集中到少數的幾個波段並且儘可能的保證這些波段的資訊互不相干。即用幾個綜合性波段代表多波段的原影象，使處理的資料量減少。目前也有學者利用獨立成分分析（ICA）法來提取礦物蝕變資訊，取得的較好的成果。圖2、3是利用ENVI軟體中提供的獨立成分分析法提取出來的羥基蝕變資訊和鐵染蝕變資訊。
圖2 基於ICA法和PCA法提取的羥基蝕變資訊圖
圖3 基於ICA法和PCA法提取的鐵染蝕變資訊圖
(5) MPH技術
該技術有機地組合了三種傳統的數字影象處理方法：掩膜技術(MASK)、主成分變換(PCA)以及弱資訊色度與飽和度調整(HIS)。掩膜技術就是去除遙感影象中的干擾資訊(如水體、雲、陰影等)，掩膜後圖像像元灰度值的均值有所下降，而標準差有較大提高。TM多波段資料通過PCA所獲每一主分量常常代表某一特定的地質意義。對做完主成分變換的彩色合成影象作從RGB到HIS的彩色空間變換。HIS空間是採用H(色調)I(飽和度)S(亮度)來定義顏色。H、I、S三者之間相關係數很小，對3個成分作增強處理資訊量損失較小。常用該方法進行遙感影象中色調定量解釋，影象增強及含礦資訊提取，多源遙感資料的融合，以及對地質資訊中的巖性識別和構造解譯。該方法已經廣泛用於礦物蝕變資訊提取及地質找礦中。利用ENVI軟體的可擴充套件功能，可以將這三種技術組成流程化處理模式，簡單快速的得到結果。
(6)光譜角法
隨著高光譜資料的發展，遙感在地質領域發揮的作用越來越重要。相應的在礦物蝕變資訊提取方面的方法也在不斷的改進。而SAM法在礦物識別中應用的比較成功。
光譜角方法(SAM)是一種光譜的匹配技術，這種技術基於估計像元光譜與樣本光譜或是混合像元中亞像元組分光譜的相似性來區分各像元點的光譜曲線。光譜角法實質上就是通過測試參考光譜和測試光譜的相似程度來到達辨別礦物的目的，為了達到提取蝕變的目的，可以以光譜資料庫中標準光譜作為參考光譜，或是野外實測光譜。
在ETM+影象上進行SAM分類的一般過程如下：
1、從光譜庫中調出和研究區蝕變礦物一致的光譜資料。
2、由於一種礦物光譜資料有多條，可以取均值光譜作為參考光譜。
3、 ETM+資料的光譜解析度低於光譜庫中的光譜，因此需要對參考光譜進行重取樣使之能相互匹配。
4、在ENVI軟體中執行SAM程式，對應每種礦物選擇合適的域值。
5、最終生成SAM分類圖和對應每種礦物的規則圖。
在ENVI軟體中自帶五種標準波譜庫（USGS礦物波譜、USGS的植被波譜、JPL波譜庫、IGCP264波譜庫、JHU波譜庫）和強大的光譜分析工具。包括上百種礦物的標準波譜。
圖4 USGS中的碳酸鹽化礦物光譜曲線