本發(fā)明屬于光譜處理分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種野外巖石礦物光譜的包絡(luò)線去除方法。

背景技術(shù)：

高光譜遙感成像技術(shù)具有高空間、高光譜分辨率及圖譜合一的特點，上百個連續(xù)的光譜波段對地物特征進行精細的刻畫，能夠反映地物類別及巖石礦物種類。它的這種獨特性已經(jīng)被成功地應(yīng)用在地質(zhì)、土壤、植被生態(tài)環(huán)境和海洋等多個領(lǐng)域，其中，在地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域中(巖性分類、礦物識別等)的應(yīng)用最為成功。

高光譜圖像巖石礦物的識別與分類是基于對實測巖石礦物光譜特征充分了解的基礎(chǔ)上進行的，實驗室?guī)r石樣品是經(jīng)過精心挑選處理后所得，其光譜是在理想環(huán)境下測量的，而高光譜圖像是在野外復(fù)雜環(huán)境下獲取的，受到各種因素的影響，使得地物光譜發(fā)生或多或少的變化。那么，就不能將理想環(huán)境下的實驗室光譜應(yīng)用在高光譜圖像上，用野外地物光譜代替實驗室?guī)r石光譜進行分析，得到的結(jié)果能為成像光譜圖像數(shù)據(jù)的巖石礦物信息的識別提取提供更好的依據(jù)。由于目標(biāo)礦物在巖石地層中的組成比例小，礦物信息在光譜曲線中屬于弱信息，礦物的光譜吸收特征和反射強度在整條光譜曲線上受到一定強度的抑制。此外，野外實測光譜與高光譜圖像包含的背景影響不同。因此，需要對野外實測光譜進行處理，去除背景環(huán)境的影響以突出礦物的光譜特征。

包絡(luò)線去除是一種比較常見的、有效的光譜特征增強處理方法，將光譜反射率歸一化到0到1，光譜的吸收特征也歸一到一個統(tǒng)一的光譜背景上，有利于和其它光譜曲線進行特征參數(shù)值的比較，從而識別提取巖石礦物。

實際應(yīng)用中，針對野外復(fù)雜環(huán)境下實測的巖石礦物光譜，常用的包絡(luò)線算法存在一定的缺陷(如ENVI中的包絡(luò)線算法)：沒有考慮首尾兩點及附近點為包絡(luò)線節(jié)點的情況，出現(xiàn)包絡(luò)線被光譜曲線所包圍的現(xiàn)象；沒有考慮極值點之間存在包絡(luò)線節(jié)點的情況，容易漏掉極值點之間的包絡(luò)線節(jié)點，造成包絡(luò)線與光譜曲線相交。包絡(luò)線是光譜曲線的“外殼”，不能出現(xiàn)與光譜曲線相交。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對野外實測巖石礦物光譜，對現(xiàn)有軟件中包絡(luò)線去除方法對野外實測光譜處理的漏點、相交等缺陷，提出了一種野外巖石礦物光譜的包絡(luò)線去除方法，該方法有效避免了包絡(luò)線被光譜曲線包圍以及漏掉包絡(luò)線節(jié)點的現(xiàn)象。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案：一種野外巖石礦物光譜的包絡(luò)線去除方法，該方法包括如下步驟：

步驟一、對野外巖石礦物光譜數(shù)據(jù)進行光譜水汽吸收處理；

步驟二、對野外巖石礦物光譜進行光譜環(huán)境噪聲處理；

步驟三、定位上述步驟一和步驟二處理后的野外巖石礦物光譜的最大值分界點；

步驟四、計算查找上述步驟三中得到野外巖石礦物光譜曲線S的包絡(luò)線節(jié)點；

步驟五、根據(jù)上述步驟四中得到的野外巖石礦物光譜曲線S的包絡(luò)線節(jié)點生成包絡(luò)線；

步驟六、去除上述步驟五中得到的巖石礦物光譜曲線的包絡(luò)線S_e。

所述的步驟一中對野外巖石礦物光譜數(shù)據(jù)進行光譜水汽吸收處理的具體方法如下以光譜水汽吸收處理前的野外巖石礦物光譜數(shù)據(jù)波段為橫軸，采用線性法對刪除的兩個波段處的野外巖石礦物光譜數(shù)據(jù)進行光譜插值。

所述的步驟二中對野外巖石礦物光譜進行光譜環(huán)境噪聲處理的具體方法如下：采用步長為N個點的平均滑動窗口，N為奇數(shù)；由起始波長向波長增加方向?qū)r石礦物光譜進行濾波，巖石礦物光譜的前N-1個點和最后N-1個點的數(shù)值用步驟一中進行光譜水汽吸收處理后的光譜數(shù)據(jù)值代替。

所述的步驟三中定位光譜的最大值分界點的具體方法如下：將步驟一和步驟二處理后的野外巖石礦物光譜曲線數(shù)據(jù)標(biāo)記為S，將S的反射率值逐點進行比較，求取野外巖石礦物光譜的反射率值最大值，記為S_max。

所述的步驟四中計算查找上述步驟三中得到野外巖石礦物光譜曲線S的包絡(luò)線節(jié)點的具體方法如下：

野外巖石礦物光譜反射率光譜最大值點S_max將整條光譜曲線分為左、右兩部分，朝兩個方向分別進行包絡(luò)線節(jié)點搜尋；

首先進行野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max左部分節(jié)點的搜尋，即從最大值S_max端點向波長減小方向，計算該野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max與波長減小方向各反射率光譜點連線的斜率；判斷是包絡(luò)線節(jié)點的原則為：野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max與波長減小方向各反射率光譜點連線的斜率最??；將此包絡(luò)線節(jié)點記為包絡(luò)線的下一個節(jié)點，并記為當(dāng)前節(jié)點，向波長減小方向進行下一個循環(huán)，直到結(jié)束；

再進行野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max右部分節(jié)點的搜尋，即從最大值S_max節(jié)點向波長增加方向，計算野外巖石礦物光譜反射率最大值S_max端點與波長增加方向各反射率光譜點連線的斜率；判斷是包絡(luò)線節(jié)點的原則為：野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max與波長減小方向各反射率光譜點連線的斜率最大；將此點記為包絡(luò)線的下一個節(jié)點，并記為當(dāng)前節(jié)點，向波長增加方向進行下一個循環(huán)，直到結(jié)束。

所述的步驟四中進行包絡(luò)線節(jié)點搜尋的具體方法如下：

①將光譜曲線S的反射率值置于數(shù)組Ref，波長置于數(shù)組Wav，數(shù)組Ref與Wav長度相同。包絡(luò)線節(jié)點數(shù)組記為Node，記錄包絡(luò)線節(jié)點數(shù)據(jù)在數(shù)組Ref中的位置，也即Wav中的位置；

②野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max在數(shù)組Ref中的位置賦予i，令Node[1]＝i,記錄節(jié)點數(shù)k＝1,記為當(dāng)前節(jié)點；

③判斷，若i＝1，結(jié)束左部分搜尋，執(zhí)行⑤。否則，執(zhí)行④，尋找下一個包絡(luò)線節(jié)點；

④尋找當(dāng)前包絡(luò)線節(jié)點與波長減小方向各反射率光譜點連線中斜率最小的點，將其在數(shù)組Ref中的位置賦予i，令Node[k]＝i，k＝k+1，記為當(dāng)前節(jié)點，執(zhí)行③；

⑤將野外巖石礦物光譜反射率最大值S_max記為當(dāng)前包絡(luò)線節(jié)點；

⑥尋找當(dāng)前包絡(luò)線節(jié)點與波長增加方向各反射率光譜點連線中斜率最大的點，將其在數(shù)組Ref中的位置賦予i，令Node[k]＝i，k＝k+1，記為當(dāng)前包絡(luò)線節(jié)點；

⑦若i＝size(S)，即：i等于光譜曲線S的維數(shù)，則結(jié)束右部分包絡(luò)線節(jié)點搜尋，也即結(jié)束整條光譜曲線S的包絡(luò)線節(jié)點搜尋。否則，執(zhí)行⑥，尋找下一個包絡(luò)線節(jié)點。

所述的步驟五中將野外巖石礦物光譜曲線S的包絡(luò)線節(jié)點生成包絡(luò)線的具體方法如下：步驟四中計算出的數(shù)組Node即為光譜曲線S上所有符合條件的包絡(luò)線節(jié)點，包絡(luò)線節(jié)點數(shù)組Node記錄的是各包絡(luò)線節(jié)點在反射率數(shù)據(jù)中的順序位置，按大小對其進行升序排列；查找數(shù)組Node各記錄值在數(shù)組Ref中的反射率值，賦予數(shù)組Node_ref，用光譜波長數(shù)組Wav對包絡(luò)線節(jié)點反射率值數(shù)組Node_ref進行線性插值，插值結(jié)果即為包絡(luò)線，賦予S_e。這樣包絡(luò)線S_e與光譜波長數(shù)組Wav維數(shù)相同。

所述的步驟六中去除巖石礦物光譜曲線的包絡(luò)線S_e的具體方法如下：將光譜曲線S的反射率數(shù)據(jù)與步驟五生成的包絡(luò)線數(shù)據(jù)S_e相除，實現(xiàn)巖石礦物光譜曲線包絡(luò)線的去除，包絡(luò)線去除值E_i＝S_i/S_ei。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：本發(fā)明成功實現(xiàn)了野外巖石礦物光譜的包絡(luò)線去除，避免了包絡(luò)線被光譜曲線包圍以及漏掉包絡(luò)線節(jié)點的現(xiàn)象。對野外巖石礦物光譜數(shù)據(jù)進行光譜水汽吸收處理，有利于包絡(luò)線去除處理及后期巖石礦物信息的識別與提取。光譜環(huán)境噪聲處理不僅能夠要有效去除野外巖石礦物光譜的噪聲，還能夠保證巖石礦物反射光譜特征的真實性。定位步驟一和步驟二處理后的野外巖石礦物光譜的最大值，并作為野外巖石礦物光譜的包絡(luò)線節(jié)點，避免了包絡(luò)線節(jié)點遺漏野外巖石礦物光譜最大值點的問題，優(yōu)化了野外巖石礦物光譜包絡(luò)線節(jié)點的計算。野外巖石礦物反射率光譜最大值點S_max將整條光譜曲線分為左、右兩部分，朝兩個方向分別逐點進行包絡(luò)線節(jié)點的搜尋，不僅避免了野外巖石礦物反射率光譜包絡(luò)線節(jié)點的誤加和遺漏，也避免了野外巖石礦物反射率光譜曲線與其包絡(luò)線相交的情況，既簡化了包絡(luò)線節(jié)點的計算，也便于算法的實現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的一種野外巖石礦物光譜的包絡(luò)線去除方法的流程圖；

圖2為野外巖石礦物的包絡(luò)線缺陷圖；

圖3為本發(fā)明的野外巖石礦物的包絡(luò)線方法效果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖1所示，一種野外巖石礦物光譜的包絡(luò)線去除方法，該方法包括如下步驟：

步驟一、對野外巖石礦物光譜數(shù)據(jù)進行光譜水汽吸收處理

野外實測光譜數(shù)據(jù)在1400nm和1900nm兩個波段處出現(xiàn)大幅度的劇烈抖動失真現(xiàn)象，巖石礦物的反射率光譜吸收特征完全被壓制，這是大氣水汽影響的結(jié)果。這種現(xiàn)象不利于包絡(luò)線去除處理及后期巖石礦物信息的識別與提取。

由于巖石礦物信息在上述兩個波段范圍完全失真，喪失了信息的使用價值，因此，對1400nm和1900nm處的野外巖石礦物光譜數(shù)據(jù)進行刪除，即對野外巖石礦物光譜數(shù)據(jù)進行光譜水汽吸收處理。具體處理方法如下：以光譜水汽吸收處理前的野外巖石礦物光譜數(shù)據(jù)波段為橫軸，采用線性法對刪除的兩個波段1400nm和1900nm處的野外巖石礦物光譜數(shù)據(jù)進行光譜插值，從而滿足后期巖石礦物光譜匹配濾波提取礦物信息要求波段數(shù)相同的條件。

步驟二、對野外巖石礦物光譜進行光譜環(huán)境噪聲處理

野外巖石礦物光譜包含環(huán)境噪聲，影響包絡(luò)線節(jié)點的位置搜尋。采用平滑濾波的方法對野外巖石礦物光譜進行光譜環(huán)境噪聲處理。具體處理方法是：采用步長為N個點的平均滑動窗口，N為奇數(shù)；由起始波長向波長增加方向?qū)r石礦物光譜進行濾波，巖石礦物光譜的前N-1個點和最后N-1個點的數(shù)值用步驟一中進行光譜水汽吸收處理后的光譜數(shù)據(jù)值代替。平均滑動窗口的選取既要有效地去除光譜包含的環(huán)境噪聲，也要保證巖石礦物反射率光譜特征的有效性。本實施例數(shù)據(jù)優(yōu)選采用N＝5個點的平均滑動窗口。

步驟三、定位上述步驟一和步驟二處理后的野外巖石礦物光譜的最大值分界點

光譜曲線上各個極大值節(jié)點的連線構(gòu)成包絡(luò)線，定位光譜反射率最大值點的位置是查找各個節(jié)點的關(guān)鍵一步，光譜最大值位置的準(zhǔn)確性直接影響包絡(luò)線各節(jié)點的位置及最終包絡(luò)線的生成。

將步驟一和步驟二處理后的野外巖石礦物光譜曲線標(biāo)記為S，將S的反射率值逐點進行比較，求取野外巖石礦物光譜的反射率值最大值，記為S_max。

步驟四、計算查找上述步驟三中得到野外巖石礦物光譜曲線S的包絡(luò)線節(jié)點

包絡(luò)線節(jié)點是野外巖石礦物光譜曲線S上符合條件的極大值點的組合。將上述步驟三得到的野外巖石礦物光譜反射率最大值S_max作為包絡(luò)線的第一個節(jié)點。野外巖石礦物光譜反射率光譜最大值點S_max將整條光譜曲線分為左、右兩部分，朝兩個方向分別進行包絡(luò)線節(jié)點搜尋。

首先進行野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max左部分節(jié)點的搜尋，即從最大值S_max端點向波長減小方向，計算該野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max與波長減小方向各反射率光譜點連線的斜率。判斷是包絡(luò)線節(jié)點的原則為：野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max與波長減小方向各反射率光譜點連線的斜率最小。將此包絡(luò)線節(jié)點記為包絡(luò)線的下一個節(jié)點，并記為當(dāng)前節(jié)點，向波長減小方向進行下一個循環(huán)，直到結(jié)束。再進行野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max右部分節(jié)點的搜尋，即從最大值S_max節(jié)點向波長增加方向，計算野外巖石礦物光譜反射率最大值S_max端點與波長增加方向各反射率光譜點連線的斜率。判斷是包絡(luò)線節(jié)點的原則為：野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max與波長減小方向各反射率光譜點連線的斜率最大。將此點記為包絡(luò)線的下一個節(jié)點，并記為當(dāng)前節(jié)點，向波長增加方向進行下一個循環(huán)，直到結(jié)束。進行包絡(luò)線節(jié)點搜尋的具體方法如下：

①將光譜曲線S的反射率值置于數(shù)組Ref，波長置于數(shù)組Wav，數(shù)組Ref與Wav長度相同。包絡(luò)線節(jié)點數(shù)組記為Node，記錄包絡(luò)線節(jié)點數(shù)據(jù)在數(shù)組Ref中的位置，也即Wav中的位置；

②野外巖石礦物光譜反射率最大值點S_max在數(shù)組Ref中的位置賦予i，令Node[1]＝i,記錄節(jié)點數(shù)k＝1,記為當(dāng)前節(jié)點；

③判斷，若i＝1，結(jié)束左部分搜尋，執(zhí)行⑤。否則，執(zhí)行④，尋找下一個包絡(luò)線節(jié)點；

④尋找當(dāng)前包絡(luò)線節(jié)點與波長減小方向各反射率光譜點連線中斜率最小的點，將其在數(shù)組Ref中的位置賦予i，令Node[k]＝i，k＝k+1，記為當(dāng)前節(jié)點，執(zhí)行③；

⑤將野外巖石礦物光譜反射率最大值S_max記為當(dāng)前包絡(luò)線節(jié)點；

⑥尋找當(dāng)前包絡(luò)線節(jié)點與波長增加方向各反射率光譜點連線中斜率最大的點，將其在數(shù)組Ref中的位置賦予i，令Node[k]＝i，k＝k+1，記為當(dāng)前包絡(luò)線節(jié)點；

⑦若i＝size(S)，即：i等于光譜曲線S的維數(shù)，則結(jié)束右部分包絡(luò)線節(jié)點搜尋，也即結(jié)束整條光譜曲線S的包絡(luò)線節(jié)點搜尋。否則，執(zhí)行⑥，尋找下一個包絡(luò)線節(jié)點。

步驟五、根據(jù)上述步驟四中得到的野外巖石礦物光譜曲線S的包絡(luò)線節(jié)點生成包絡(luò)線

步驟四中計算出光譜曲線S上所有符合條件的包絡(luò)線節(jié)點，將這些包絡(luò)線節(jié)點按波長大小進行升序排列，然后，用折線段依次連接包絡(luò)線節(jié)點生成包絡(luò)線。

步驟四中計算出的數(shù)組Node即為光譜曲線S上所有符合條件的包絡(luò)線節(jié)點，包絡(luò)線節(jié)點數(shù)組Node記錄的是各包絡(luò)線節(jié)點在反射率數(shù)據(jù)中的順序位置，按大小對其進行升序排列。查找數(shù)組Node各記錄值在數(shù)組Ref中的反射率值，賦予數(shù)組Node_ref，用光譜波長數(shù)組Wav對包絡(luò)線節(jié)點反射率值數(shù)組Node_ref進行線性插值，插值結(jié)果即為包絡(luò)線，賦予S_e。這樣包絡(luò)線S_e與光譜波長數(shù)組Wav維數(shù)相同。

步驟六、去除上述步驟五中得到的巖石礦物光譜曲線的包絡(luò)線S_e

將光譜曲線S的反射率數(shù)據(jù)與步驟五生成的包絡(luò)線數(shù)據(jù)S_e相除，實現(xiàn)巖石礦物光譜曲線包絡(luò)線去除的目的。包絡(luò)線去除值E_i如下式所示：

E_i＝S_i/S_ei

其中，i＝1，2，3，…，m；m為光譜曲線S的維數(shù)。

上面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作了詳細說明，但是本發(fā)明并不限于上述實施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。本發(fā)明中未作詳細描述的內(nèi)容均可以采用現(xiàn)有技術(shù)。