本發(fā)明涉及高光譜遙感，具體涉及一種火星表面含水礦物的降維分類方法。

背景技術(shù)：

1、火星表面的含水礦物記錄了火星早期水環(huán)境活動(dòng)的部分關(guān)鍵證據(jù)。蘊(yùn)藏其中的水主要以水分子(h2o)或h+、oh-、h3o+等離子形式存在，具體表現(xiàn)為層狀硅酸鹽、含水硫酸鹽與碳酸鹽礦物。識(shí)別、區(qū)分火星表面含水礦物類型不僅有助于分析火星的地質(zhì)、水文環(huán)境，還可為后續(xù)的火星探測(cè)器資源取用與著陸區(qū)選址提供參考依據(jù)。

2、通常，可以采用高光譜遙感技術(shù)對(duì)火星表面的含水礦物進(jìn)行分類。但是，現(xiàn)有的相關(guān)火星表面含水礦物遙感分類方法無(wú)法準(zhǔn)確地識(shí)別光譜吸收深度、吸收寬度等較為相似的火星含水礦物，難以分配、調(diào)節(jié)各診斷性光譜特征參數(shù)的權(quán)重值，大多存在泛化性差、精度低的問題，從而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確地對(duì)火星表面的含水礦物進(jìn)行分類。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是無(wú)法準(zhǔn)確地對(duì)火星表面的含水礦物進(jìn)行分類的問題。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種火星表面含水礦物的降維分類方法，具體采用如下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種火星表面含水礦物的降維分類方法，包括：首先，獲取目標(biāo)區(qū)域的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)，目標(biāo)區(qū)域中包括多種類型的含水礦物。然后，對(duì)火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，得到預(yù)處理后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)。對(duì)預(yù)處理后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)降維處理，得到降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)。接下來(lái)，對(duì)降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，確定多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)，診斷性光譜特征參數(shù)用于確定含水礦物的類型。根據(jù)多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)和對(duì)應(yīng)的參考光譜特征參數(shù)，確定多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)對(duì)應(yīng)的相似度。進(jìn)一步的，根據(jù)多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)對(duì)應(yīng)的相似度，確定滿足相似度閾值的多個(gè)篩選光譜特征參數(shù)。最后，根據(jù)多個(gè)篩選光譜特征參數(shù)通過(guò)自適應(yīng)增強(qiáng)算法，確定目標(biāo)光譜特征參數(shù)，目標(biāo)光譜特征參數(shù)用于對(duì)待分類火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行含水礦物的分類。

4、該方法結(jié)合了高光譜遙感技術(shù)與自適應(yīng)增強(qiáng)算法，通過(guò)對(duì)火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)降維、特征提取、特征參數(shù)計(jì)算、特征篩選等處理，確定能夠準(zhǔn)確、有效區(qū)分不同含水礦物類型的目標(biāo)光譜特征參數(shù)。最后，通過(guò)目標(biāo)光譜特征參數(shù)對(duì)待分類火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行含水礦物的分類，從而能夠提高對(duì)火星表面的含水礦物進(jìn)行分類的準(zhǔn)確性。

5、在一種可選擇的實(shí)現(xiàn)方式中，上述對(duì)預(yù)處理后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)降維處理，得到降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)，包括：采用主成分分析法對(duì)預(yù)處理后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)降維處理，得到降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)。

6、在本實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)對(duì)預(yù)處理后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)降維處理，能夠?qū)⒒鹦歉吖庾V遙感影像數(shù)據(jù)中可以有效識(shí)別含水礦物的光譜信息集中在少數(shù)主成分中，從而突出含水礦物的光譜信息，實(shí)現(xiàn)遙感影像數(shù)據(jù)的壓縮與降維，并提高后續(xù)確定目標(biāo)光譜特征參數(shù)的效率。

7、在一種可選擇的實(shí)現(xiàn)方式中，上述對(duì)降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，確定多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)，包括：提取降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)中波長(zhǎng)為水分子特征波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的水分子光譜信息。提取降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)中波段為鐵離子羥基配位基團(tuán)和鎂離子羥基配位基團(tuán)特征波段對(duì)應(yīng)的鐵離子羥基配位基團(tuán)光譜信息和鎂離子羥基配位基團(tuán)光譜信息。提取降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)中波長(zhǎng)為鋁離子羥基配位基團(tuán)特征波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的鋁離子羥基配位基團(tuán)光譜信息。提取降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)中波長(zhǎng)為多水硫酸鹽特征波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的多水硫酸鹽光譜信息。提取降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)中波長(zhǎng)為一水硫酸鹽特征波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的一水硫酸鹽光譜信息。提取降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)中波段為碳酸根特征波段對(duì)應(yīng)的碳酸根光譜信息。則多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)包括：水分子光譜信息、鐵離子羥基配位基團(tuán)光譜信息、鎂離子羥基配位基團(tuán)光譜信息、鋁離子羥基配位基團(tuán)光譜信息、多水硫酸鹽光譜信息、一水硫酸鹽光譜信息和碳酸根光譜信息。

8、在本實(shí)現(xiàn)方式中，將水分子光譜信息、鐵離子羥基配位基團(tuán)光譜信息、鎂離子羥基配位基團(tuán)光譜信息、鋁離子羥基配位基團(tuán)光譜信息、多水硫酸鹽光譜信息、一水硫酸鹽光譜信息和碳酸根光譜信息作為提取出來(lái)的診斷性光譜特征參數(shù)能夠有效地識(shí)別鐵鎂(fe/mg)質(zhì)層狀硅酸鹽類礦物、鋁(al)質(zhì)層狀硅酸鹽類礦物、含水硫酸鹽類礦物及碳酸鹽類礦物。

9、在一種可選擇的實(shí)現(xiàn)方式中，上述水分子特征波長(zhǎng)為：1.4μm和1.9μm。鐵離子羥基配位基團(tuán)和鎂離子羥基配位基團(tuán)特征波段為：2.28μm～2.29μm和2.32μm～2.33μm。鋁離子羥基配位基團(tuán)特征波長(zhǎng)為：2.17μm和2.21μm。多水硫酸鹽特征波長(zhǎng)為：1.9μm和2.4μm。一水硫酸鹽特征波長(zhǎng)為：2.1μm和2.4μm。碳酸根特征波段為：2.33μm～2.37μm和2.52μm～2.57μm。

10、在本實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)上述特征波長(zhǎng)和特征波段能夠有效地進(jìn)行特征提取，確定水分子光譜信息、鐵離子羥基配位基團(tuán)光譜信息、鎂離子羥基配位基團(tuán)光譜信息、鋁離子羥基配位基團(tuán)光譜信息、多水硫酸鹽光譜信息、一水硫酸鹽光譜信息和碳酸根光譜信息。

11、在一種可選擇的實(shí)現(xiàn)方式中，上述對(duì)降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，確定多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)，包括：通過(guò)內(nèi)部最大體積法對(duì)降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，確定多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)。

12、在本實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)內(nèi)部最大體積法對(duì)降維后的火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，能夠提高特征提取的有效性和準(zhǔn)確性。

13、在一種可選擇的實(shí)現(xiàn)方式中，上述多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)還包括以下一個(gè)或多個(gè)：水分子、鐵離子羥基配位基團(tuán)、鎂離子羥基配位基團(tuán)、鋁離子羥基配位基團(tuán)、多水硫酸鹽、一水硫酸鹽和碳酸根分別對(duì)應(yīng)的吸收深度、逆吸收深度、寬吸收特征和雙吸收特征。

14、在本實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)將吸收深度、逆吸收深度、寬吸收特征和雙吸收特征作為診斷性光譜特征參數(shù)能夠提高對(duì)含水礦物進(jìn)行分類的準(zhǔn)確性。

15、在一種可選擇的實(shí)現(xiàn)方式中，上述根據(jù)多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)和對(duì)應(yīng)的參考光譜特征參數(shù)，確定多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)對(duì)應(yīng)的相似度，包括：根據(jù)多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)和對(duì)應(yīng)的參考光譜特征參數(shù)進(jìn)行光譜角匹配，確定多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)對(duì)應(yīng)的光譜角匹配結(jié)果。根據(jù)多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)對(duì)應(yīng)的光譜角匹配結(jié)果，確定對(duì)應(yīng)的相似度。

16、在本實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)光譜角匹配能夠提高確定診斷性光譜特征參數(shù)相似度的準(zhǔn)確性。

17、在一種可選擇的實(shí)現(xiàn)方式中，上述根據(jù)多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)和對(duì)應(yīng)的參考光譜特征參數(shù)，確定多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)對(duì)應(yīng)的相似度，還包括：根據(jù)多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)和對(duì)應(yīng)的參考光譜特征參數(shù)計(jì)算均方根誤差，確定多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)對(duì)應(yīng)的均方根誤差結(jié)果。根據(jù)多個(gè)診斷性光譜特征參數(shù)對(duì)應(yīng)的光譜角匹配結(jié)果和均方根誤差結(jié)果，確定對(duì)應(yīng)的相似度。

18、在本實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)結(jié)合光譜角匹配和均方根誤差結(jié)果，能夠進(jìn)一步提高確定診斷性光譜特征參數(shù)相似度的準(zhǔn)確性。

19、在一種可選擇的實(shí)現(xiàn)方式中，上述根據(jù)多個(gè)篩選光譜特征參數(shù)通過(guò)自適應(yīng)增強(qiáng)算法，確定目標(biāo)光譜特征參數(shù)，包括：根據(jù)多個(gè)篩選光譜特征參數(shù)，確定對(duì)應(yīng)的弱分類器，弱分類器的表達(dá)式為：

20、

21、其中，ci(x)表示弱分類器，fi表示篩選光譜特征參數(shù)的類型、大小與位置，θi表示預(yù)設(shè)的參考閾值，pi表示不等號(hào)的方向，x表示預(yù)設(shè)大小的訓(xùn)練樣本的檢測(cè)窗口。根據(jù)多個(gè)篩選光譜特征參數(shù)對(duì)應(yīng)的弱分類器，加權(quán)組合成強(qiáng)分類器，強(qiáng)分類器的表達(dá)式為：

22、

23、其中，c(x)表示強(qiáng)分類器，t＝1,2,…,t為弱分類器個(gè)數(shù)，αt表示歸一化權(quán)重值。根據(jù)強(qiáng)分類器按順序構(gòu)成級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)確定級(jí)聯(lián)分類器，通過(guò)級(jí)聯(lián)分類器輸出目標(biāo)光譜特征參數(shù)。

24、在本實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)上述級(jí)聯(lián)分類器能夠筑準(zhǔn)確地確定目標(biāo)光譜特征參數(shù)。

25、在一種可選擇的實(shí)現(xiàn)方式中，上述對(duì)火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括以下至少一種：格式轉(zhuǎn)換處理、光度校正處理、大氣校正處理、數(shù)據(jù)過(guò)濾處理。

26、在本實(shí)現(xiàn)方式中，通過(guò)對(duì)火星高光譜遙感影像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，能夠提高確定目標(biāo)光譜特征參數(shù)的準(zhǔn)確性。