[发明专利]一种机载高光谱土壤信息反演方法

说明书

本发明属于地质勘查技术领域，具体涉及一种机载高光谱土壤信息反演方法，包括：(1)对机载光谱原始数据进行几何校正、辐射校正和大气校正，生成机载高光谱反射率图像数据；(2)在机载高光谱反射率图像数据上生成土壤采样点图像光谱库；(3)对土壤采样点图像光谱库筛选出与采样点地面测量光谱最接近的图像光谱集合；(4)构建高光谱土壤地化信息矩阵，计算土壤信息回归方程；(5)采用筛选出的土壤采样点图像光谱集合，对机载高光谱反射率图像数据进行光谱角分类；生成掩模后的图像反射率数据；(6)将掩模后的图像反射率数据，根据土壤信息的回归方程计算，获取土壤信息反演结果。

技术领域

本发明属于地质勘查技术领域，具体涉及一种机载高光谱土壤信息反演方法。

背景技术

大量观测地球系统的高光谱数据已经变得可用，这些数据来自于多平台传感器，包括从地球上几米-几百米的地面光谱仪、无人机高光谱测量系统到几千米-几百公里的航空及卫星遥感系统。其中机载高光谱数据是重要的数据源，应用机载高光谱数据进行区域土壤地球化学填图对土壤调查、土质分析和农业具有重要的研究意义。由于目前的机载高光谱数据与地面实测光谱数据尺度不一致以及水分、大气等干扰因素影响，导致区域尺度的高光谱地球化学填图精度不高。

因此，需要设计一种机载高光谱土壤信息反演方法研究，实现高光谱土壤信息定量分析模型。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种机载高光谱土壤信息反演方法，用于解决原有技术中机载高光谱数据与地面实测光谱数据尺度不一致以及水分、大气等干扰因素影响，导致区域尺度的高光谱地球化学填图精度不高的技术问题。

本发明的技术方案：

一种机载高光谱土壤信息反演方法，包括以下步骤：

步骤一：对机载光谱原始数据进行几何校正、辐射校正和大气校正，去掉水汽吸收波段，完成所有航带镶嵌，生成机载高光谱反射率图像数据；

步骤二：以每个土壤地面采样点坐标为中心，在机载高光谱反射率图像数据上，采集一定范围的图像区域的平均反射率光谱，按照地面采样点的编号顺序，生成土壤采样点图像光谱库；

步骤三：对步骤二的土壤采样点图像光谱库进行聚类分析，筛选出与采样点地面测量光谱最接近的图像光谱集合；

步骤四：将土壤采样点光谱集合与对应的采样点的地球化学分析结果构建高光谱土壤地化信息矩阵，采用偏最小二乘法计算土壤信息的回归方程；

步骤五：采用步骤三筛选出的土壤采样点图像光谱集合，对步骤一的机载高光谱反射率图像数据进行光谱角分类；根据分类结果，运用掩模方法，只保留图像中代表土壤的图像像元，生成掩模后的图像反射率数据；

步骤六：将掩模后的图像反射率数据，根据步骤四的土壤信息的回归方程计算，获取土壤信息反演结果。

所述的步骤二中，采集一定范围的图像区域的平均反射率光谱，采集方法为：选择M*M为采集图像的像元数，M初始值分别为3、5、7、9；分别计算不同M值的图像区域平均反射率光谱与对应点地面测量光谱的光谱角误差，选择最小光谱角误差的平均反射率光谱。

所述步骤三还包括如下子步骤：

步骤3.1：设定土壤采样点图像光谱集合数K；

步骤3.2：从土壤采样点图像光谱库中随机选择k个图像光谱作为质心；

步骤3.3：对图像光谱库中每一个图像光谱，计算其与每一个质心的距离，以每一个图像光谱距离每个质心远近作为划分原则，即：图像光谱距离某个质心近，就划分到该质心所属的集合；

步骤3.4：把所有图像光谱归好集合后，一共有k个集合；然后重新计算每个集合的质心；