专利名称：基于小波包变差的多光谱蚀变分带方法
技术领域：
本发明涉及一种多光谱蚀变分带方法，尤其是涉及一种基于小波包变差的多光谱蚀变分带方法。
背景技术：
围岩蚀变是重要的地质现象，也是重要的找矿标志。在采用以TM为代表的多光谱遥感图象中，由于多光谱图像波段带宽较大，蚀变岩石与背景岩石的波谱差异由于图像波段宽光谱区间的平均效应而显著弱化，再加上地表岩石漆、地衣、土壤、植物的影响，蚀变信息一般在遥感图像上仅作为一种弱的信号存在于图像的背景中。如何从遥感图象中提取出或从背景中分割出蚀变信息一直是资源遥感图象分析和应用中不断探索的难题。比值法与主成分分析等常用的图像处理和信息提取方法在信息较弱而干扰噪声较强时，效果常不理想。另一方面，不同类型和不同强度的蚀变在TM、ETM+等宽波段图像上一般都表现为一种综合效应，常用的信息增强和提取方法一般都将其作为一个整体在图像上将它们与背景区别开来，而无法窥视有关蚀变带内部结构和组成的细节信息。
小波变换和多分辨率分析在图像处理和分析中有广泛的应用，遥感图像处理中小波分析主要用于影像的图像平滑和噪声消除、多尺度的边缘增强和检测、图像恢复、纹理分析、图像分割与图像识别、图像数据压缩、数据融合等。一般小波变换仅对低通滤波器的冲激响应进行递归分解。
遥感图像获取与记录的是不同波长间地物辐射的能量，图像纹理反映的是亮度或灰度的空间变化。成矿成岩作用伴随和引发的岩性变化或矿化蚀变，使其相对于未蚀变的背景地物光谱发生突变。在相应的光谱区间内，非蚀变岩类信息因特征光谱差异较小而在两波段图像中具有较大的相似性，在利用小波分解时，其信息多集中在概略分量上，而具蚀变信息因光谱特征具有较大差异而多反映在细节分量上。因此一般小波变换难以进行蚀变信息的提取与分割。
发明内容
本发明为了克服小波变换难以进行蚀变信息的提取与分割的缺点，提供一种利用小波包变差的多光谱蚀变分带方法。
本发明利用的小波包分解相对于一般小波变换，其不仅对低通滤波器作递归分解，同时也对高通滤波器作递归分解，这样可以有效地从小波包分解的细节分量中提取蚀变信息。因此，本发明设计了基于小波包变差的多光谱蚀变分带方法获取蚀变带或蚀变岩分布信息，提取岩矿蚀变的细微结构信息，对蚀变带作进一步的细分。
本发明的基于小波包变差的多光谱蚀变分带方法，包括如下步骤①根据获取的多光谱图像，选择适当的小波包基；②以所选小波包基，分别对两个波段的图像进行适当层数的小波包分解；③有目的地选择②中不同节点系数，尤其是细节分量系数，求解两波段所选节点系数的差分量；实现对非蚀变信息的分解系数的消减或压制；④利用③中节点的差分量之和，重建蚀变图像；⑤利用④重构图像与任一原始图像的散点图进行蚀变带细分。
本发明的基于小波包变差的多光谱蚀变分带方法，所用波段针对不同的蚀变类型，对含羟基类和碳酸盐类矿物蚀变，所述两个波段图象是TM/ETM+五波段(1550～1750nm)和七波段(2080/2090～2350nm)。
本发明的基于小波包变差的多光谱蚀变分带方法，其中蚀变分量(ACAltered Component)可表示为不同波段小波包分解系数(X)的差分量，不同波段的小波包分解系数的差分量由下述公式计算AC=Σi[Σj=022×i-1(Xi,j)image1-Σj=022×i(Xi,j)image2]---i=1,2,···,n]]>本发明的优点，本发明利用了小波包变换不仅对低通滤波器作分解，同时也对高通滤波器作作递归分解，这样可以有效地从小波包分解的细节分量中提取蚀变信息。因此，本发明的方法能够获取蚀变带或蚀变岩分布信息，提取岩矿蚀变的细微结构信息，对蚀变带作进一步的细分。
本发明的基于小波包变差的多光谱蚀变分带方法的其他细节和特点可通过阅读下文结合附图详加描述的实施例即可清楚明了。
图1是贝克滩试验区TM7、4、1彩色合成图像；图2基于小波包变差的蚀变信息图；图3 TM5与蚀变信息图的二维散点图；图4是蚀变带细分；图5是图1中红框中蚀变的细节分布。
具体实施例方式
蚀变矿物光谱特征集中表现在1500～2500nm区域出现蚀变矿物的特征吸收，即相当于TM/ETM+五波段(1550～1750nm)、七波段(2080/2090～2350nm)的光谱和图像值相对于未蚀变的背景的变化。由于不同类型和不同强度的蚀变所产生的光谱和图像亮度的变化在TM5和TM7波段上有其不同的特征，所以可以利用小波包对图像细节和微小进行识别。
利用小波包变换将ETM+的第5、7波段图像信号分解成一系列不同尺度的概略(低频)分量与细节分量。在相应的光谱区间内，非蚀变岩类信息因特征光谱差异较小而在两波段图像中具有较大的相似性，其信息多集中在概略分量上，而具蚀变信息因光谱特征具有较大差异而多反映在细节分量上。采用小波包变换在不同分辨率下多次对图像进行分解，形成不同方向、不同分辨率的子带图像，实现对图像信息不同层次与方位的聚焦，强化不同尺度下信息的相似性与差异，从而实现对图像细微细节或微弱变化的信息检测。蚀变信息频率分布具有一定的动态范围，在低频分量中表现为高频信号，在细节分量中为低频信号。在细节分量中往往还包含有道路、水系等高频信息，它们的光谱曲线往往平直而不具有特征变化，在一定的尺度下对两幅图像的小波包分量(分解系数)进行差分，可以有效地消除该类高频信息的影响。
本发明基于小波包变差的多光谱蚀变分带方法的具体步骤是①根据获取的多光谱图像，选择适当的小波包基；②以所选小波包基，分别对两个波段的图像进行适当层数的小波包分解，其中两个波段为TM/ETM+五波段(1550～1750nm)和七波段(2080/2090～2350nm)；③有目的地选择②中不同节点系数，尤其是细节分量系数，求解两波段所选节点系数的差分量；实现对非蚀变信息的分解系数的消减或压制；也就是说，通过对5、7波段图像的小波包分解，可以形成一个四叉树结构，树上的每个节点(分量或系数)可重构一子带图像，由TM5、7重构的子带图像具有很强相关性和相似性，不同图像信号的差异则在很大程度上反映了因蚀变而造成的光谱的微小差异；因此，蚀变分量(ACAltered Component)可表示为不同波段小波包分解系数(X)的差分量，即AC=Σi[Σj=022×i-1(Xi,j)image1-Σj=022×i(Xi,j)image2]---i=1,2,···,n]]>④利用③中节点的差分量之和，重建蚀变图像；⑤利用④重构图像与任一原始图像的散点图进行蚀变带细分。
综合不同方向的蚀变分量重构蚀变分布图。所重构的蚀变图像包含着不同层数丰富的蚀变层次信息，尤其是细微的不同蚀变带间过渡的局部差异信息。利用重构图像与任一原始图像的散点图可对蚀变带进行细分。
实例新疆阿尔金断裂带的贝克滩地区出露有马特克布拉克组的灰绿色粉砂岩、砂岩、砂砾岩以及紫色砾岩夹灰岩和杏仁状玄武岩，少量斯来尔布拉克组灰绿色变质砂岩、变质砾岩、石英岩、泥质粉砂岩、结晶灰岩、泥灰岩；断裂构造发育，以超基性岩、辉绿岩以及辉石岩或辉长岩等为主的晚元古代第一期次的侵入岩分布广泛。该区气候干燥，物理风化强烈。矿化蚀变主要是地质形成过程中构造作用改造以及岩体侵位的热液蚀变。资料表明，该区的矿产主要产于受构造的控制侵入岩体的蚀变带中。如图1所示，ETM+7、4、3波段的彩色合成图像。
“symN”是由Daubechies(道贝切斯)提出的对紧支撑双正交小波改进的小波基，具有近似对称与紧支撑双正交特征。选择“sym3”小波包基对该区ETM+7和5波段图像进行分解，重构分解系数的差值和图像，获得了该区的蚀变信息图像(如图2)。进一步利用重构图像与TM5图像的二维散点图(如图3)对提取的蚀变信息进行了细分(图4、图5)。
在晚元古代中期，该区发生五次岩浆侵位。第一次侵入为超基性岩浆或基性岩浆，如辉绿岩、辉长岩与辉石岩等；第二次偏中酸性，岩性有闪长岩、角闪岩、石英闪长岩和花岗闪长岩等；第三、第四与第五次均为酸性岩浆侵入，为斑状花岗岩、粗粒或中粒黑云母花岗岩以及钾长花岗岩等。在岩浆侵位与构造演化过程中，前期的侵位的岩体被后期侵位岩体改造而发生蚀变，一些地层如晚元古下统的灰岩或砂岩出现角岩化等。对照地质图可知，提取出的蚀变信息主要位于晚元古代中期第一次侵入的超基性岩体、断裂旁侧或灰岩角岩化带上，呈条状分带，推测应是蚀变岩石的反映。
权利要求
1.一种基于小波包变差的多光谱蚀变分带方法，包括如下步骤①根据获取的多光谱图像，选择适当的小波包基；②以所选小波包基，分别对两个波段的图像进行适当层数的小波包分解；③有目的地选择②中不同节点系数，尤其是细节分量系数，求解两波段所选节点系数的差分量；实现对非蚀变信息的分解系数的消减或压制；④利用③中节点的差分量之和，重建蚀变图像；⑤利用④重构图像与任一原始图像的散点图进行蚀变带细分。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述两个波段图象是TM/ETM+五波段(1550～1750nm)和七波段(2080/2090～2350nm)。
3.根据权利要求1或2所述方法，其特征在于蚀变分量(ACAlteredComponent)可表示为不同波段小波包分解系数(X)的差分量，不同波段的小波包分解系数的差分量由下述公式计算AC=Σi[Σj=022×i-1(xi,j)image1-Σj=022×i(Xi,j)image2]---i=1,2,···,n]]>
全文摘要
本发明基于小波包变差的多光谱蚀变分带方法，克服了小波变换难以进行蚀变信息的提取与分割的缺点，利用的小波包分解相对于一般小波变换，其不仅对低通滤波器作递归分解，同时也对高通滤波器作递归分解，这样可以有效地从小波包分解的细节分量中提取蚀变信息。因此，本方法可获取蚀变带或蚀变岩分布信息，提取岩矿蚀变的细微结构信息，对蚀变带作进一步的细分。其选择适当的小波包基；分别对两个波段的图像进行适当层数的小波包分解；有目的地选择不同节点系数，尤其是细节分量系数，求解两波段所选节点系数的差分量；利用节点的差分量之和，重建蚀变图像；利用重构图像与任一原始图像的散点图进行蚀变带细分。
文档编号G01N21/25GK1595107SQ20041004834
公开日2005年3月16日 申请日期2004年6月29日 优先权日2004年6月29日
发明者甘甫平, 王润生 申请人:中国国土资源航空物探遥感中心