一种高光谱遥感地质勘测控制系统、方法及应用技术方案

本发明专利技术属于地质勘测技术领域，公开了一种高光谱遥感地质勘测控制系统、方法及应用，所述高光谱遥感地质勘测控制方法为：采集高光谱地质遥感影像，并配置地质勘测参数；通过主控机控制高光谱遥感地质勘测系统的正常工作；增强并修复高光谱地质遥感影像；对修复后的高光谱地质遥感影像进行重构；对高光谱地质遥感影像特征信息进行提取，对地质进行综合分析；最后对数据进行存储并显示。本发明专利技术通过地质影像增强模块突破了现有技术仅在红绿蓝波段范围的增强显示，能够实现伪彩色的可视化增强；同时，通过影像修复模块克服了传统的基于多遥感图像填充法因为参照图像和待修复图像的时相不同，感图像光谱差异较大，所导致修复后光谱差异明显的不足。

A control system, method and application of hyperspectral remote sensing geological survey

【技术实现步骤摘要】
一种高光谱遥感地质勘测控制系统、方法及应用
本专利技术属于地质勘测
，尤其涉及一种高光谱遥感地质勘测控制系统、方法及应用。
技术介绍
“地质勘探”即是通过各种手段、方法对地质进行勘查、探测，确定合适的持力层，根据持力层的地基承载力，确定基础类型，计算基础参数的调查研究活动。是在对矿产普查中发现有工业意义的矿床，为查明矿产的质和量，以及开采利用的技术条件，提供矿山建设设计所需要的矿产储量和地质资料，对一定地区内的岩石、地层、构造、矿产、水文、地貌等地质情况进行调查研究工作。然而，现有高光谱遥感地质勘测控制系统采集的地质影像不清晰；采集的遥感图像缺失数据，影像勘测。同时，采集的高光谱图像不但包含了被观测目标的空间信息，而且图像中的每个像素都有几十个甚至数百个窄波段的丰富光谱信息，具备“图谱合一”的性质。由于高光谱图像可以把反映物质性质的光谱特性和呈现物质几何空间信息的图像信息维系在一起，因此极大地提高了人类认知客观世界的能力，在遥感、军事、农业、医学、生物化学等领域都被证明有着巨大的应用价值。为了提高成像图像的光谱分辨率，通常需要以牺牲光谱图像的空间分辨率和时间分辨率为代价，这显然难以满足科学研究和大规模实际应用的需求。所以利用信号处理技术从多光谱图像或彩色图像中重建出高光谱图像成为高光谱图像获取的一个重要途径。但现有利用光谱的稀疏性并结合图像的空间信息来重建高光谱图像的方式，由于没有充分利用光谱图像中存在的较强的局部和非局部的空间结构相似性，使得重建的高光谱图像稳定性和精度难以满足科学研究和大规模实际应用的要求。综上所述，现有技术存在的问题是：(1)现有高光谱遥感地质勘测控制系统采集的地质影像不清晰；同时，采集的遥感图像缺失数据，影像勘测。(2)现有利用光谱的稀疏性并结合图像的空间信息来重建高光谱图像的方式，由于没有充分利用光谱图像中存在的较强的局部和非局部的空间结构相似性，使得重建的高光谱图像稳定性和精度难以满足科学研究和大规模实际应用的要求。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种高光谱遥感地质勘测控制系统、方法及应用。本专利技术是这样实现的，一种高光谱遥感地质勘测控制方法，所述高光谱遥感地质勘测控制方法包括以下步骤：步骤一，通过影像增强算法增强高光谱地质遥感影像：(1)通过光谱遥感仪获取低分辨率多波段遥感图像；(2)高分辨率遥感图像，其与所述低分辨率多波段遥感图像具有相同场景和相同尺寸；(3)利用所述高分辨率遥感图像，参与调整低分辨率多波段遥感图像整体的动态显示范围，以增强其每个波段的空间细节信息，最终得到可视化增强的多波段遥感图像。步骤二，通过修复程序对采集的高光谱地质遥感影像进行修复：1)获得覆盖同一地区的无数据缺失的参照遥感图像T01、存在数据缺失的待修复遥感图像T02和数字高程模型数据DEM0；2)对无数据缺失的参照遥感图像T01、存在数据缺失的待修复遥感图像T02和数字高程模型数据DEM0进行几何配准，得到配准后无数据缺失的参照遥感图像T01’、配准后待修复遥感图像T2和配准后数字高程模型数据DEM0’；3)根据无数据缺失的参照遥感图像T01的成像时刻太阳天顶角、方位角参数和配准后数字高程模型数据DEM0’；4)根据存在数据缺失的待修复遥感图像T02成像时刻的太阳天顶角和太阳方位角；5)搜索配准后待修复遥感图像T2缺失数据像元，记录缺失数据像元P(x，y；T2)的坐标(x，y)，并在配准后待修复遥感图像T2内以该像元P(x，y；T2)为中心构建一尺寸为w的局部窗口；6)在标准遥感图像T1内以同P(x，y；T2)坐标相同的像元P(x，y；T1)为中心构建一尺度为w的局部窗口；7)在标准遥感图像T1窗口内，以窗口中心点P(x，y；T1，i)在各波段上的光谱值对窗口内各临近像元的光谱进行光谱分类处理，获得同中心像元点光谱最相近的像元Ps(x’，y’；T1)，并记录下该像元该像元的图像坐标(x’，y’)、该像元在各波段上的光谱值Ps(x’，y’；T1，i)及其同中心像元点对应波段上光谱值的比例系数Ki；Ki＝Ps(x’，y’；T1，i)/P(x，y；T1，i)；其中，i为波段序号，Ps(x’，y’；T1，i)、P(x，y；T1，i)分别是标准遥感图像T1内坐标为(x’，y’)、(x，y)像元在波段i上的光谱值；8)在配准后待修复遥感图像T2相对应的窗口内，以坐标为(x’，y’)的像元各波段上的光谱值Ps(x’，y’；T2，i)，和对应的比例系数Ki；按下式计算出并填充配准后待修复遥感图像T2内窗口中心像元各波段光谱值Ps(x，y；T2，i)：Ps(x，y；T2，i)＝Ps(x’，y’；T2，i)/Ki；9)对配准后待修复遥感图像T2中的全体缺失数据的像元，做上述的操作，进行填充。步骤三，通过影像重构程序利用构建神经网络模型对修复后的高光谱地质遥感影像进行重构：a)对于修复后高光谱地质遥感影像集利用彩色图像变换矩阵，将高光谱图像集转换为彩色图像集；b)构建神经网络模型，并利用高光谱图像集和彩色图像集训练神经网络参数；c)任给一幅新的彩色图像，输入到训练好的神经网络模型中，神经网络的输出即为重构的高光谱图像。进一步，步骤一之前，需进行：步骤I，通过光谱遥感仪采集高光谱地质遥感影像；步骤II，通过配置程序配置地质勘测参数；步骤三后，还需进行：步骤1，通过提取程序提取高光谱地质遥感影像特征信息；步骤2，通过分析程序根据提取的地质特征对地质进行综合分析；步骤3，通过云服务器存储采集的高光谱地质遥感影像、提取的特征信息以及分析结果的实时数据；步骤4，通过显示器显示采集的高光谱地质遥感影像、提取的特征信息以及分析结果的实时数据。进一步，步骤一中，所述将所述高分辨率遥感图像记为H，对所述高分辨率遥感图像H的处理方法为：第一步，将高分辨率遥感图像H进行对数变换，输出记为HLOG：HLOG＝LOG(H)；第二步，利用低通滤波器对图像HLOG进行滤波，得到低频图像HL；第三步，计算细节图像HD如下：HD＝HLOG-HL；第四步，利用调节系数C1调节细节图像HD，利用调节系数C2调节低频图像HL，然后按以下公式计算得到增强图像HE：HE＝C1×HD+C2×HL；第五步，对增强图像HE作对数反变换，得到的增强图像记为HN：HN＝LOG-1(HE)。进一步，所述设所述低分辨率多波段遥感图像包含N个波段，记为L1，L2，…LN，对所述低分辨率多波段遥感图像的处理方法为：(a)计算所述低分辨率多波段遥感图像(L1，…，LN)的强度分量，记为I；(b)增强图像HN与强度分量I相除，得到比率图像R：R＝HN/I：(c)将具有N波段的低分辨率多波段遥感图像(L1，…，LN)分别与比率图像R相乘本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高光谱遥感地质勘测控制方法，其特征在于，所述高光谱遥感地质勘测控制方法包括以下步骤：/n步骤一，通过影像增强算法增强高光谱地质遥感影像：(1)通过光谱遥感仪获取低分辨率多波段遥感图像；/n(2)高分辨率遥感图像，其与所述低分辨率多波段遥感图像具有相同场景和相同尺寸；/n(3)利用所述高分辨率遥感图像，参与调整低分辨率多波段遥感图像整体的动态显示范围，以增强其每个波段的空间细节信息，最终得到可视化增强的多波段遥感图像；/n步骤二，通过修复程序对采集的高光谱地质遥感影像进行修复：1)获得覆盖同一地区的无数据缺失的参照遥感图像T01、存在数据缺失的待修复遥感图像T02和数字高程模型数据DEM0；/n2)对无数据缺失的参照遥感图像T01、存在数据缺失的待修复遥感图像T02和数字高程模型数据DEM0进行几何配准，得到配准后无数据缺失的参照遥感图像T01’、配准后待修复遥感图像T2和配准后数字高程模型数据DEM0’；/n3)根据无数据缺失的参照遥感图像T01的成像时刻太阳天顶角、方位角参数和配准后数字高程模型数据DEM0’；/n4)根据存在数据缺失的待修复遥感图像T02成像时刻的太阳天顶角和太阳方位角；/n5)搜索配准后待修复遥感图像T2缺失数据像元，记录缺失数据像元P(x，y；T2)的坐标(x，y)，并在配准后待修复遥感图像T2内以该像元P(x，y；T2)为中心构建一尺寸为w的局部窗口；/n6)在标准遥感图像T1内以同P(x，y；T2)坐标相同的像元P(x，y；T1)为中心构建一尺度为w的局部窗口；/n7)在标准遥感图像T1窗口内，以窗口中心点P(x，y；T1，i)在各波段上的光谱值对窗口内各临近像元的光谱进行光谱分类处理，获得同中心像元点光谱最相近的像元P...

【技术特征摘要】
1.一种高光谱遥感地质勘测控制方法，其特征在于，所述高光谱遥感地质勘测控制方法包括以下步骤：
步骤一，通过影像增强算法增强高光谱地质遥感影像：(1)通过光谱遥感仪获取低分辨率多波段遥感图像；
(2)高分辨率遥感图像，其与所述低分辨率多波段遥感图像具有相同场景和相同尺寸；
(3)利用所述高分辨率遥感图像，参与调整低分辨率多波段遥感图像整体的动态显示范围，以增强其每个波段的空间细节信息，最终得到可视化增强的多波段遥感图像；
步骤二，通过修复程序对采集的高光谱地质遥感影像进行修复：1)获得覆盖同一地区的无数据缺失的参照遥感图像T01、存在数据缺失的待修复遥感图像T02和数字高程模型数据DEM0；
2)对无数据缺失的参照遥感图像T01、存在数据缺失的待修复遥感图像T02和数字高程模型数据DEM0进行几何配准，得到配准后无数据缺失的参照遥感图像T01’、配准后待修复遥感图像T2和配准后数字高程模型数据DEM0’；
3)根据无数据缺失的参照遥感图像T01的成像时刻太阳天顶角、方位角参数和配准后数字高程模型数据DEM0’；
4)根据存在数据缺失的待修复遥感图像T02成像时刻的太阳天顶角和太阳方位角；
5)搜索配准后待修复遥感图像T2缺失数据像元，记录缺失数据像元P(x，y；T2)的坐标(x，y)，并在配准后待修复遥感图像T2内以该像元P(x，y；T2)为中心构建一尺寸为w的局部窗口；
6)在标准遥感图像T1内以同P(x，y；T2)坐标相同的像元P(x，y；T1)为中心构建一尺度为w的局部窗口；
7)在标准遥感图像T1窗口内，以窗口中心点P(x，y；T1，i)在各波段上的光谱值对窗口内各临近像元的光谱进行光谱分类处理，获得同中心像元点光谱最相近的像元Ps(x’，y’；T1)，并记录下该像元该像元的图像坐标(x’，y’)、该像元在各波段上的光谱值Ps(x’，y’；T1，i)及其同中心像元点对应波段上光谱值的比例系数Ki；
Ki＝Ps(x’，y’；T1，i)/P(x，y；T1，i)；
其中，i为波段序号，Ps(x’，y’；T1，i)、P(x，y；T1，i)分别是标准遥感图像T1内坐标为(x’，y’)、(x，y)像元在波段i上的光谱值；
8)在配准后待修复遥感图像T2相对应的窗口内，以坐标为(x’，y’)的像元各波段上的光谱值Ps(x’，y’；T2，i)，和对应的比例系数Ki；按下式计算出并填充配准后待修复遥感图像T2内窗口中心像元各波段光谱值Ps(x，y；T2，i)：
Ps(x，y；T2，i)＝Ps(x’，y’；T2，i)/Ki；
9)对配准后待修复遥感图像T2中的全体缺失数据的像元，做上述的操作，进行填充；
步骤三，通过影像重构程序利用构建神经网络模型对修复后的高光谱地质遥感影像进行重构：a)对于修复后高光谱地质遥感影像集利用彩色图像变换矩阵，将高光谱图像集转换为彩色图像集；
b)构建神经网络模型，并利用高光谱图像集和彩色图像集训练神经网络参数；
c)任给一幅新的彩色图像，输入到训练好的神经网络模型中，神经网络的输出即为重构的高光谱图像。


2.如权利要求1所述高光谱遥感地质勘测控制方法，其特征在于，步骤一之前，需进行：步骤I，通过光谱遥感仪采集高光谱地质遥感影像；
步骤II，通过配置程序配置地质勘测参数；
步骤三之后，需进行：
步骤1，通过提取程序提取高光谱地质遥感影像特征信息；
步骤2，通过分析程序根据提取的地质特征对地质进行综合分析；
步骤3，通过云服务器存储采集的高光谱地质遥感影像、提取的特征信息以及分析结果的实时数据；
步骤4，通过显示器显示采集的高光谱地质遥感影像、提取的特征信息以及分析结果的实时数据。


3.如权利要求1所述高光谱遥感地质勘测控制方法，其特征在于，步骤一中，所述将所述高分辨率遥感图像记为H，对所述高分辨率遥感图像H的处理方法为：
第一步，将高分辨率遥感图像H进行对数变换，输出记为HLOG：
HLOG＝LOG(H)；
第二步，利用低通滤波器对图像HLOG进行滤波，得到低频图像HL；
第三步，计算细节图像HD如下：
HD＝HLOG-HL；
第四步，利用调节系数C1调节细节图像HD，利用调节系数C2调节低频图像HL，然后按以下公式计算得到增强图像HE：
HE＝C1×HD+C2×HL；
第五步，对增强图像HE作对数反变换，得到的增强图像记为HN：
HN＝LOG-1(HE)。


4.如权利要求3所述高光谱遥感地质勘测控制方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛晓刚，李彩虹，毕明丽，潘殿琦，吴景华，秦宏宇，
申请(专利权)人：长春工程学院，
类型：发明
国别省市：吉林;22