小波分析在矿物光谱吸收特征提取中的应用研究.pdf

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1、第31卷第3期地质Vo1．31No．32015芷5月GeologyMay2015DOI：10．3969／J．issn．1000—0658．2015．03．008小波分析在矿物光谱吸收特征提取中的应用研究李瀚波，潘蔚，赵英俊(核工业北京地质研究院，遥感信息与图像分析技术国家级重点实验室，北京100029)[摘要]概述了小波分析方法提取矿物光谱吸收特征的基本原理，分析了不同小波基及小波分解尺度对提取效果的影响，提出了基于小波分析提取矿物光谱吸收特征的方法，并使用野外实测的岩石矿物光谱进行了实验。实验结

2、果表明，较之传统的矿物光谱吸收特征提取方法，该方法受原始信号的噪声影响小，对矿物光谱吸收特征中心波长、起止位置等参数的提取更加精确，是一种比较理想的光谱特征提取方法。[关键词]小波分析；矿物光谱特征；模极大值；奇异性[文章编号]1000—0658(2015)03—0401—06[中图分类号]P627[文献标志码]A矿物光谱研究表明，含金属阳离子、水、征，因此无法对空域和频域内的光谱吸收特羟基或碳酸根阴离子基团的岩石矿物在可见征进行综合分析，应用时具有一定的局限性。光一近红外光谱范围内具有一系列诊断

3、性光谱同时，基于波形的特征提取方法在计算过程吸收特征，不同岩石矿物具有不同的光谱特会放大噪声信号，对光谱的噪声比较敏感，征n]。利用矿物在可见光一近红外的诊断性当获取的矿物光谱信噪比较低时，难以通过光谱吸收特征，不仅可直接识别矿物类型和该方法准确获取矿物的光谱吸收特征参数。矿物组分，还可以定量反演其组分相对含量。小波变换由于具有表征信号局部特征的近年来，国内外学者对于矿物光谱的吸能力和进行多分辨率分析的优势，在时频信收特征展开了深入研究，建立了多种典型矿号处理领域得到了广泛的应用，本文将小波物的光

4、谱数据库，为利用成像光谱遥感技术分析方法引入到矿物吸收光谱特征的提取技直接进行矿物填图、蚀变信息提取和矿物含术研究中。量分析等奠定了坚实的基础[3]。传统的光谱特征提取方法包括光谱微分法、光谱二值编1小波分析提取矿物光谱吸收特征的码、光谱曲线函数模拟等，其中光谱微分法原理是一种比较成熟的光谱分析方法。由于这些传统的矿物光谱分析技术往往是基于波形的在矿物的光谱吸收特征分析中，需要通空域分析，没有考虑矿物光谱信号的频域特过提取光谱中吸收谷的中心波长位置、左右[基金项目]国防科技重点实验室基金项目(91

5、40C72O2O51O03)资助。[收稿日期]2013—06—24[改回日期]2015—03—05[作者简介]李瀚波(1982一)，高级工程师，硕士，主要从事高光谱遥感技术研究。E—mail：lihanbo@briug．CFI铀矿地质第31卷边界位置等参数来确定光谱吸收特征。这些在t。点的模极大值的幅度将随尺度s的增大重要的光谱特征位置往往对应于信号时域中而增大。反之，当a(t。)<0时，小波变换在的快变成分，因此可将矿物光谱吸收特征的t。点的模极大值将随尺度的增大而减小。提取转化为信号的奇异性检

6、测问题。一般矿物光谱特征点的Lip指数大于零，这种Mallat[7等人提出了基于小波模极大值的奇突变点所对应的小波变换模极大值随尺度的异性检测方法，可以准确地确定信号奇异点增加幅度逐渐增加，小波变换后的高频分量的位置，从而提取矿物光谱的吸收特征。绝对值在某个位置邻域内的局部极值反映了1．1奇异点与奇异性指数原始信号在该位置邻域处的奇异性。因此，奇异点是信号的突变点或变化快的位置，信号的奇异性可以通过小波模极大值在较高奇异性则是对突变程度的定量描述，数学上尺度下收敛的横坐标点来检测。当小波函数一般采

7、用Lipschitz指数来描述某点的奇异性，为某一平滑函数的一阶导数时，小波变换模简称Lip指数。的局部极值点对应于信号的突变点；当小波设有正整数，如果存在常数A>0，以函数为某一平滑函数的二阶导数时，小波变及次多项式P()，使得l()～()I≤换模的过零点也对应信号的突变点。在本文AI—z。I成立，其中0<~12≤+1，称厂()中，笔者通过求解离散小波变换高频分量的(∈R)在点z。处的Lip指数为。Lip指数a奇异点位置来描述矿物的光谱吸收特征。可用于信号在某一点或某一区间奇异程度的度量，12越

8、大，该点的光滑度越高；越小，2实验数据与实验方法该点的奇异性越大。2．1仪器及实验数据1．2Lip指数与小波变换模极大值之间的本次研究采用的测试仪器为美国Analytical关系SpectralDevices，Inc公司的FieldSpecFR-3型小波模极大值是指在尺度S。下，若便携式野外光谱仪。测量的光谱范围为350～2500nm，即从可见光到短波红外，光谱分辨一。在z—z。上有一过零点，则率为113．m。实验中的数据采集于青海省格尔木称点(s。，z。)是小波变换w(。，z)的