高光譜遙感技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在地物分布反演方向。這一應(yīng)用基于提取光譜影像中不同地物在不同波段對電磁波的反射率特征，并與實驗室測量已知礦物得到的參照光譜進(jìn)行對比。通過比較未知地物與已知礦物間相同的特征吸收波長，確定地物的種類。

高光譜遙感技術(shù)的背景

含有金屬離子(如鐵、鎳、鉻等)的礦物，其光譜特征常出現(xiàn)在可見光和近紅外波段(VNIR)。這是因為金屬離子的電子過程影響了電磁波在這些礦物中的傳播。在波長為1400nm和1900nm的范圍內(nèi)，電磁波主要被水分子吸收，同時氫氧基的吸收特征也位于1400nm波段。地質(zhì)領(lǐng)域常見的化合物中，AL-OH的吸收波段位于2200nm，Mg-OH位于2300nm，而2320-2350nm波長范圍的特征與碳酸鹽礦物的吸收有關(guān)(Awad et al., 2018)。

高光譜成像光譜儀的發(fā)展

早期高光譜光譜儀包括美國國家航空航天局(NASA)在上世紀(jì)70年代初開發(fā)的掃描式光譜成像系統(tǒng)。1981年，NASA的噴氣推進(jìn)實驗室(JPL)推出了第一款空基高光譜成像光譜儀，涵蓋了1.2μm至2.4μm的128個波段。1993年，JPL開發(fā)出更先進(jìn)的空基高光譜成像光譜儀，具有10nm的光譜分辨率，在0.4μm至2.5μm波長范圍內(nèi)擁有224個連續(xù)的光譜波段，成為常用的機(jī)載高光譜成像系統(tǒng)。NASA的Earth-Observing(EO)-1衛(wèi)星是成功的高光譜遙感衛(wèi)星，軌道高度為705km，軌道角度為98.7°，在0.4μm至2.5μm波長范圍內(nèi)提供220個連續(xù)的光譜波段。

高光譜影像的數(shù)據(jù)處理

在遙感地質(zhì)學(xué)中，為實現(xiàn)礦物制圖和地質(zhì)調(diào)查等目標(biāo)，需要對獲取的高光譜影像進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括光譜重建、端元提取和信息分析，從而得到高光譜影像數(shù)據(jù)的產(chǎn)品，以便進(jìn)一步應(yīng)用。

①光譜重建

光譜重建包括傳感器標(biāo)定、建立坐標(biāo)和大氣校正等步驟。傳感器標(biāo)定通過對比實驗室條件下和空基/天基平臺搭載條件下的光譜數(shù)據(jù)，建立傳感器的點擴(kuò)散函數(shù)和光譜效應(yīng)函數(shù)模型，實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的定標(biāo)。載具通常配備衛(wèi)星定位和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，可為光譜影像建立地理坐標(biāo)系。大氣校正消除大氣層吸收引起的干擾，將輻射信號轉(zhuǎn)化為地表反射光譜信號，以進(jìn)行后續(xù)地物分類等研究。

②端元提取

隨著高光譜技術(shù)的興起，端元提取技術(shù)不斷發(fā)展。包括空間-光譜協(xié)同端元提取法和主成分分析法(PCA)。其中，SSEE法是較為常用的方法。通過SSEE算法提取端元，將其與已知礦物光譜進(jìn)行對比，選出相似的候選端元，并命名相應(yīng)的礦物，用于礦物識別。

③礦物識別分類

經(jīng)過命名的端元與影像中的像素光譜進(jìn)行對比，將相似光譜像素標(biāo)記為相應(yīng)礦物，生成光譜礦物圖。常用的分類方法包括光譜角法(SAM)、光譜特征適應(yīng)法(SFF)等。光譜角法是常用分類方法，但需要進(jìn)一步研究和完善。

總之，高光譜遙感技術(shù)在地質(zhì)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，通過光譜特征提取、數(shù)據(jù)處理和礦物分類等步驟，實現(xiàn)對地物分布的準(zhǔn)確反演。