Тестирование данных сенсора swir спутника worldview-3 для создания минералогических карт

      Комментарии к записи Тестирование данных сенсора swir спутника worldview-3 для создания минералогических карт отключены

Тестирование данных сенсора swir спутника worldview-3 для создания минералогических карт

Ф. Круз (F. Kruse), У. Боу (W. Baugh), С. Перри (S. Perry)

WorldView-3 — запущенный сравнительно не так давно (в августе 2014 г.) коммерческий мультиспектральный спутник очень высокого разрешения, имеющий восемь каналов для съемки в видимом и ближнем инфракрасном (ИК) (от 0,42 до 1,04 мкм) диапазонах и восемь — в коротковолновом ИК-диапазоне (от 1,2 до 2,33 мкм). Совершённый методом моделирования восьми каналов WorldView-3 в коротковолновом ИК-диапазоне анализ применения гиперспектральных изображений района Куприт, штат Невада, стал примером картирования и идентификации широкой группы минералов, а также каолинита, алунита, бадингтонита, мусковита, гидротермального кремнезёма и кальцита.

Использование частичного разделения продемонстрировало распространение минералов, сходное с картируемым согласно данным гиперспектральной съемки; оно обосновало потенциал применения WorldView-3 как значимого инструмента картирования минералов. Однако анализ матрицы неточностей с принятием гиперспектральной съемки за наземные контрольные эти распознал кое-какие сложности в распознавании по мультиспектральным данным спектрально сходных минералов.

Последующее картирование минералов района Куприт, штат Невада, согласно данным съемки спутника WorldView-3 за 19 сентября 2014 г. с обработкой по аналогичной схеме продемонстрировало, что работа сенсора соответствует ожиданиям. Анализ применения данных съемки в коротковолновом ИК-диапазоне для минерального картирования прекрасно согласуется с результатами моделирования. Не будучи столь функциональными, как гиперспектральные сенсоры, 8 шепетильно отобранных коротковолновых ИК-каналов WorldView-3 создают новые возможности для дистанционного картирования минералов, недоступные какой-либо второй космической мультиспектральной совокупности.

ВВЕДЕНИЕ

Запущенный 13 августа 2014 г. WorldView-3 — последний в созвездии коммерческих съемочных спутников очень высокого разрешения, созданных компанией DigitalGlobe (Логмонт, штат Колорадо, США). Спутник WorldView-1 был запущен в 2007 г. и оснащен совокупностью панхроматической съемки с пространственным разрешением 0,5 м. Спутник WorldView-2, запущенный в 2009 г., предоставляет панхроматические эти очень высокого разрешения с размером пикселя 0,46 м, и снимки в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах (от 0,4 до 1,04 мкм) при пространственном разрешении 1,85 м и 8 мультиспектральных каналах.

WorldView-3 — итог постепенного улучшения предшествующих сенсоров, владеющий практически такими же возможностями съемки в панхроматическом, видимом и ближнем ИК-диапазонах (но пространственное разрешение 0,31 и 1,24 м соответственно). Их дополняют 8 каналов в коротковолновом ИК-диапазоне (именуемые в данной статье каналами S1–S8), с длинами волн от приблизительно 1,2 до 2,33 мкм и пространственным разрешением 3,7 м (но дешёвы эти с разрешением лишь 7,5 м). Эта совокупность кроме этого включает 12 дополнительных каналов для коррекции атмосферных искажений CAVIS (Clouds, Aerosols, Water Vapor, Ice and Snow — «Облака, Аэрозоли, Водный пар, Снег и Лёд») с разрешением 30 м. Все это в совокупности дает WorldView-3 преимущество в виде 29 спектральных каналов, охватывающих диапазон от видимого и ближнего ИК до коротковолнового ИК, совершает WorldView-3 единственным на орбите коммерческим мультиспектральным спутником ДЗЗ, снимающим в коротковолновом ИК-диапазоне с высоким разрешением.

В данной статье подведены итоги оценки применения 8 каналов в коротковолновом ИК-диапазоне (сенсор SWIR) для картирования минералов в прекрасно изученном районе — Куприт, штат Невада. Горнодобывающий район Куприт расположен приблизительно в 200 км к северо-западу от Лас-Вегаса, штат Невада, США, вдоль дороги 95. Район сложен разновозрастными породами — от кембрийских до третичных, известных интенсивными гидротермальными преобразованиями (рис. 1).

С 1970 г. Куприт есть тестовым участком для валидации мульти- и гиперспектральной съемки для минералогического и геологического картирования.

Для ознакомления с преобразованиями в Куприте на рис. 1а приведена карта, составленная согласно данным воздушной мультиспектральной съемки, классического лабораторных исследований и полевого картирования, модифицированная Национальной геологической работой США. Мы еще обратимся к ней. Нанесенные на карту территории (окремненная, направляться и аргиллизованная) соответствуют хорошим описаниям преобразований, содержащих скорее ассоциации минералов, чем конкретные виды.

Окремненные породы, в соответствии с описаниям, содержат в основном халцедон и кварц, менее распространены каолинит и алунит, имеется преобразованный кальцит. Опализованные породы (опалиты) содержат опал с различными количествами алунита и каолинита, маленьким содержанием кальцита. Аргиллизованные территории в большинстве случаев входят в опализованные либо соседствуют с ними и содержат в основном кварц, непреобразованный санадин, опал, каолинит и монтмориллонит.

Рис. 1. а) Карта гидротермального преобразования района Куприт. б) Минералогическая карта района Куприт, составленная по данным гиперспектральной съемки

Приведенные на рис. 1б эти Национальной геологической работы США взяты воздушным спектрометром AVIRIS (Аirborne visible/infrared imaging spectrometer), снимающим в видимом и инфракрасном диапазонах; они дают более детальное представление о минералогии пород дневной поверхности. Минералогическая карта геологической работы — это обобщенное представление о минералах, основанное на применении экспертных совокупностей для сопоставления спектральных форм и характеристик.

Оно подтверждено полевыми испытаниями, рентгенографией минералов и спектральными лабораторными измерениями. Спектральная карта включает отображение и определение нескольких минеральных ассоциаций, и данные о минеральном составе, степени кристаллизации, спектральном смешивании довольно выбранного из библиотеки спектра.

Не смотря на то, что все это дает исчерпывающую данные о минералогии Куприта, напомним, что большая часть гиперспектральных методов не создают карты соответствующего уровня детальности, исходя из этого для данного изучения выбраны более неспециализированные классы минералов. Широкие группы главных минералов несложнее выяснить; в их числе каолиниты, алуниты, бадингтониты, мусковиты, карбонаты и кое-какие типы силикатов.

Напомним, что большая часть методов картируют для каждого пикселя лишь спектрально главные минералы. Данный подход и адаптирован для данного изучения.

Представленные тут результаты развивают совершённое ранее изучение, в котором гиперспектральне эти стали базой моделирования данных WorldView-3 и прогноза эффективности минералогического картирования по ним. Картографические продукты на базе WorldView-3 взяты по той же методологии и методам, что и прогнозные, с которыми совершили прямое сравнение. Сравнение продемонстрировало, что свойство картировать отдельные главные минералы Куприта согласно данным WorldView-3 соответствует прогнозной.

В целом замеры в коротковолновом ИК-диапазоне подходят для минералогического картирования и дают беспрецедентно высокое мультиспектральные возможности и пространственное разрешение.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ WORLDVIEW-3

В предварительном прогнозном изучении возможности применения WorldView-3 для спектрального минералогического картирования для моделирования данных коротковолнового ИК-диапазона были использованы эти AVIRIS. Их опробовали и привели в соответствие 8 выбранным каналам WorldView-3 с пространственным разрешением 3,7 и 7,5 м; по характерным спектральным сигнатурам, взятым для известных участков распространения минералов, на карту нанесли отдельные минералы. Итог продемонстрировал, что спектральные каналы WorldView-3 разрешат идентифицировать и картировать кое-какие главные минералы; но существует возможность происхождения неточностей мультиспектрального картирования при спектрально сходных минералов.

Эти AVIRIS и обработка

Точкой отсчета для совершённого ранее моделирования каналов коротковолнового ИК-минералогического картирования и диапазона стали спектральные энергетические яркости, полученные сенсором AVIRIS и собранные Лабораторией реактивного перемещения NASA в октябре 2010 г. Пространственное разрешение данных — 3 м. AVIRIS — это съемочный спектрометр (гиперспектральная съемочная совокупность), измеряющий яркость в диапазоне от 0,4 до 2,5 мкм по 224 каналам со спектральным разрешением приблизительно 10 нм и варьирующим в зависимости от высоты полета пространственным разрешением (от 2 до двадцати метров). В данной работе применяли 86 коротковолновых ИК-каналов в промежутке от 1,2 до 2,5 мкм с пространственным разрешением 3 м.

Эти AVIRIS были корегистрированы с ортотрансформированными снимками радиометра ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) и отобраны для анализа при исходном разрешении WorldView-3 в 3,7 м и предлагаемом производителем — 7,5 м. После этого в программе ACORN была совершена атмосферная коррекция; в будущем эти очистили по полевым калибровочным спектрам. Это разрешило совершить прямое сравнение лабораторных и полевых спектров (спектральных библиотек) как визуальными, так и автоматизированными способами.

Из данных извлекли характерные средние гиперспектральные сигнатуры отражения распространенных минералов, ответственных для понимания неспециализированной геологии и гидротермальных трансформаций района Куприт, нанесли на карту изученные выходы минералов (рис. 2а), применяя метод частичного разделения посредством фильтра по эталонам, адаптированного к спектральной смеси (mixture-tuned-matched filter (MTMF) partial unmixing algorithm) (рис. 2б).

Рис. 2. а) Средний коротковолновый ИК-спектр, полученный согласно данным воздушного спектрометра AVIRIS; пространственное разрешение для выбранных «участков интереса» (regions of interest — ROI) с известным минералогическим составом — 7,5 м. б) Минералогическая карта, выстроенная по методу MTMF, показывает преобладающий в спектре каждого конкретного пик- села данных AVIRIS минерал

Эти AVIRIS проанализировали, применяя обычный подход — линейную изменение с минимальным коэффициентом шума, дабы убрать шумы, а после этого применили MTMF. Традиционно применяемый с гиперспектральными данными, данный способ находит узнаваемые спектральные сигнатуры при наличии смешанного либо малоизвестного фона (рис. 3).

MTMF кроме этого именуют «частичным разделением», потому, что он не требует знания всего спектра, и любой личный материал возможно выделен независимо от состава фона. MTMF объединяет лучшие качества хорошего фильтра по эталонам (matched filter — MF) и ограничения применимости смешения спектров. Он разрешает как выяснить отдельные минералы, так и оценить их распространенность в пикселах методом вычисления двух уровня: уровня недопустимости и параметров согласованности.

Рис. 3. Концептуальная схема MTMF иллюстрирует количественную оценку и идентификацию известного целевого спектра при наличии неоднородного фона. Более большие уровни согласованности (от 0,0 до 1,0 либо от 0 до 100%) говорят о том, что в выбранном пикселе преобладает спектр целевого материала.

Низкие уровни недопустимости (образующие конические области 1?, 2? и т. д.) ограничивают спектральную сигнатуру контекстом смешения фоновой и целевой сигнатур. Лучшие спектральные совпадения возможно картировать при условии большого низкого уровня и уровня согласованности недопустимости

Эти атрибуты, в большинстве случаев, употребляются для спектральной частоты распространённости и определения появления минералов в каждом пикселе комплекта данных спектрального изображения. Уровень согласованности показывает спектральную распространенность материала, а уровень недопустимости информирует, есть ли замер пригодной для обработки смесью искомой сигнатуры и фона. Для обнаружения подходящих смесей в большинстве случаев используются диаграммы рассеяния, но это достаточно субъективная оценка.

В данном изучении для обоюдной стандартизации комплектов данных выбрали «Соотношение допустимости MTMF» (уровень согласованности/уровень недопустимости). Все сведенья, каковые прошли обработку MTMF, ограничили пороговыми значениями так, дабы они отражали лишь лучшее совпадение с минералом (один материал на один пиксель) с соотношением допустимости MTMF более 0.025. Эти AVIRIS показывают лишь преобладающий минерал [рис. 2(б)], и после этого их возможно было сравнить с модельными данными WorldView-3.

Классы минералов, картированные по AVIRIS, в общем, согласуются с главными группами выходов и минералов, отраженных на ранее опубликованных картах гидротермального преобразования и минералогических картах, составленных по данным гиперспектральной съемки (рис. 1). Дабы обеспечить сопоставимость результатов, способ картирования по MTMF, примененный к данным AVIRIS и прогнозным данным WorldView-3, потом применили к орбитальным данным WorldView-3.

Моделирование данных WorldView-3

Модельные амплитудно-частотные характеристики в коротковолновом ИК-диапазоне создали по спецификациям и неспециализированным передаточным функциям, предоставленным DigitalGlobe (табл. 1). Эти AVIRIS опробовали в соответствии с каналами WorldView-3, применяя прогнозные полосы пропускания, каковые были схожи с измеренными на настоящем спутнике WorldView-3, запущенном на орбиту в 2014 г. (табл.

1, рис. 4).

Таблица 1. Сравнение прогнозных и настоящих каналов WorldView-3 в коротковолновом ИК-диапазоне. Полные амплитудно-частотные характеристики запущенного спутника WorldView-3 (измерены до запуска) продемонстрированы на рис. 4.

Идентификатор канала КИК-диапазона

 WorldView-3 (прогнозные эти)

Идентификатор канала КИК-диапазона
Канал S1 1,2097 1,2091
Канал S2 1,5695 1,5716
Канал S3 1,6495 1,6611
Канал S4 1,7295 1,7295
Канал S5 2,1645 2,1637
Канал S6 2,2045 2,2022
Канал S7 2,2594 2,2593
Канал S8 2,3291 2,3292

Рис. 4. Амплитудно-частотные характеристики коротковолно- вого ИК-диапазона спутника WorldView-3 (26 сентября 2013 г.)

Модельные спектральные эти методом агрегации (осреднения) пикселей стали причиной пространственному разрешению 3,7 и 7,5 м. Для тестов применяли эти с разрешением 7,5 м. Средние спектры отражения выбранных минералов в коротковолновом ИК-диапазоне взяли из прогнозных данных WorldView-3, забрав за базу узнаваемые участки местности (те же точки, что и для данных AVIRIS) (рис. 5а). Спектральные сигнатуры загрузили в MTMF, дабы совершить сопоставление сигнатур и картировать участки (рис. 5б).

Результаты визуально сопоставили со средними спектрами AVIRIS и картой, приведенной на рис. 2.

Рис. 5.а) Средний отражательный спектр, полученный из прогнозных данных WorldView-3 в КИК-диапазоне с пространственным разрешением 7,5 м для «участков интереса» с известной минералогией. б) Минералогическая карта MTMF, показывающая преобладающие в спектре каждого пиксела минералы. (Сравните с данными AVIRIS — рис. 2.)

Не обращая внимания на то что в Куприте проводились бессчётные кампании по дистанционному зондированию, всецело проверенных наземных контрольных данных для этого района нет — самые лучшие, детальные минералогические карты выстроены по гиперспектральной съемке (рис. 1б).

Нанесенные на карту в рамках данного изучения классы минералов основаны на данных AVIRIS, они в целом соответствуют главным группам минералов, их распространение согласуется с ранее опубликованными картами гидротермального трансформации и гиперспектральными минералогическими картами (рис. 1). Дабы совершить валидацию, обрисованные минералогические карты AVIRIS (рис.

2б) были забраны за наземные контрольные эти, по ним оценили поведение WorldView-3. Возможно было совершить прямое сравнение спектрального и пространственного охвата, и пространственного разрешения этих данных.

Визуальное сопоставление двух минералогических карт продемонстрировало хорошую сходимость (рис. 2б и 5б). Матрицу неточностей вычислили, приняв за наземные картирование данные и контрольные: материалы по ним сравнили с результатами обработки данных WorldView-3. Точность составила 50,92%, а коэффициент Каппа для попиксельного сопоставления картографических продуктов, взятых по AVIRIS и WorldView-3, равен 0,38 (табл.

2). Значения в диагональных ячейках матрицы неточностей показывают: модельные эти WorldView-3 оптимальнее подошли для картирования и обнаружения бадингтонита, силикатов и кальцита. Однако, оценки неточностей рабочей группы и омиссии (табл. 2) говорят об обнаружении бадингтонита в том месте, где его не заметил AVIRIS (рис. 2б и 5б). Из табл.

2 видно, что большое количество неточностей во всех классах минералах приурочено к неклассифицированным территориям, соответственно, большая часть неточностей — не сложности определения конкретного материала, а невозможность обнаружения его по мультиспектральным данным, что предположительно связано с тем, что модельные эти WorldView-3 не сохраняют главные спектральные изюминки из-за низкого спектрального разрешения. Помимо этого, табл. 2 говорит о том, что для существующих каналов и спектральном разрешении модельных данных WorldView-3 имеется большое сходство между алунитом, мусковитом и каолинитом, и между бадингтонитом и каолинитом.

Таблица 2. дополнительная статистика и Матрица ошибок сравнения прогнозных данных WorldView-3 (вертикальная ось) с данными спектрометра AVIRIS, обработанными по методу частичного разделения посредством фильтра по эталонам, адаптированного к спектральной смеси (MTMF) (горизонтальная ось). Точность 50,92%, коэффициент Каппа равен 0,3843

Исключение неклассифицированных пик- селей из матрицы неточностей повышает неспециализированную точность до 63,43%, а коэффициент Каппа — до 0,54 (табл. 3). Постоянно совершенствуются диагонали матрицы неточностей, несложнее оценивать неточности рабочей группы и омиссии для конкретных минералов.

Бадингтонит, силикаты и каолинит чаще вторых картируются неверно. Пиксели алунита, мусковита и каолинита из данных AVIRIS в картографических продуктах по модельным данным WorldView-3, обработанным MTMF, значительно чаще отсутствуют.

Табл. 3. дополнительная статистика и Матрица ошибок сравнения WorldView-3 прогнозных данных WorldView-3 (вертикальная ось) с данными спектрометра AVIRIS, обработанными по методу частичного разделения посредством фильтра по эталонам, адаптированного к спектральной смеси (MTMF) (горизонтальная ось). Неклассифицируемые пиксели удалены. Точность 63,43%, коэффициент Каппа 0,5406

Кое-какие минералы по каналам коротковолнового ИК-диапазона WorldView-3 определяются лучше. Проверка матриц неточностей продемонстрировала, что громадна эффективность картирования кальцита, бадингтонита и силикатов. Но сходство минералов с родными спектрами в КИК сохраняется, поскольку при высоком спектральном разрешении алунит, мусковит и каолинит имеют характерные спектральные изюминки в районе 2,2 мкм (рис.

2а).

НАСТОЯЩИЕ Эти WORLDVIEW-3: МЕТОД «ЭМПИРИЧЕСКОЙ ЛИНИИ», СРАВНЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ и МИНЕРАЛОГИЧЕСКОЕ КАРТИРОВАНИЕ

Эти WorldView-3 на район Куприт были взяты 19 сентября 2014 г., их пространственное разрешение 3,7 м. Данные в коротковолновом ИК-диапазоне компания DigitalGlobe стала причиной пространственному разрешению 7,5 м и объединила с данными видимого и ИК-диапазона с разрешением 1,6 м способом ближайшего соседа. Оказался 16-канальный куб данных.

DigitalGlobe совершила атмосферную коррекцию комплекта спектральных энергетических яркостей по методу «эмпирической линии», для расчета забраны гиперспектральные эти AVIRIS за октябрь 2010 г. Эти AVIRIS предварительно прошли атмосферную коррекцию в модели FLAASH. По обработанным в FLAASH спектральным яркостям ярких и чёрных объектов (плайя и базальт соответственно) и спектрам тех же материалов/участков на снимках WorldView-3 выстроили модель линейной регрессии (метод «эмпирической линии», коррекция и вычисление).

Яркости каждого канала WorldView-3 сопоставили с видными яркостями AVIRIS (напомним, что DigitalGlobe собирается провести программную атмосферную коррекцию WorldView-3, дабы реализовать потенциал каналов CAVIS, но для материалов данного изучения она была недоступна). Согласно данным коротковолнового ИК-диапазона WorldView-3 были взяты репрезентативные спектральные яркости известных минералов для тех участков, каковые не удалось картировать по AVIRIS и модельным данным WorldView-3. Минералогическое картирование совершили по стандартному методу MTMF; результаты картирования по спутниковым данным WorldView-3 сопоставили с работами по AVIRIS и модельным данным WorldView-3.

Сопоставление съемок в коротковолновом ИК-диапазоне

Согласно данным AVIRIS, модельного и настоящего WorldView-3 выстроили цветные композиты КИК-диапазона; выбрали каналы 1,65, 2,20 и 2,33 мкм (RGB) (рис. 6). Те районы, каковые предположительно прошли преобразование, соответствуют пикселям пурпурного и красного цветов.

В соответствии с источникам, преобразованный минерал алунит (линия поглощения около 2,16 мкм) продемонстрирован темно-пурпурным цветом, а аргиллизованные районы (с высоким содержанием каолинита) и участки с мусковитом (линия поглощения — 2,2 мкм) — более чистыми розовым цветами и красным. Обратите внимание на большое визуальное сходство цветных композитов AVIRIS, модельных и настоящих данных WorldView-3 (рис. 6).

Рис. 6. Цветной (RGB) композит коротковолнового ИК-диапазона; использованы: a) 137, 194, 207 (1,652, 2,198, 2,327 мкм) каналы AVIRIS; б) каналы S3, S6, S8 (1,65, 2,20, 2,33 мкм) модельных данных WorldView-3; в) каналы S3, S6, S8 (1,661, 2,202, 2,329 мкм) спутниковых данных WorldView-3

Сравнение спектральных образов изученных участков

Спектральные образы, полученные для каждого из трех комплектов данных для «участков интереса», продемонстрировали хорошую сопоставимость между спектрами AVIRIS, модельного и настоящего WorldView-3 (рис. 7).

Рис. 7. Сопоставление спектральных образов в коротковолновом ИК-диапазоне участков с известной минералогией, взятых по трем комплектам данных (AVIRIS, модельные и прогнозные эти WorldView-3): a) мусковит; б) кальцит; в) каолинит; г) алунит; д) гидротермальные силикаты; е) бадингтонит. Цветные знаки показывают спектры WorldView-3, фактически совпадающие со спектрами AVIRIS, но с меньшим числом каналов

Все спектры имеют ожидаемую форму и показывают главные изюминки поглощения; во всех классах неточность составила менее 5%. Согласованность практически всех спектров находится в пределах 2%. Настоящие спектры WorldView-3 прекрасно обрисовывают минералогию Куприта, ожидаемый спектр весьма схож с модельным спектром WorldView-3, созданным по AVIRIS. Главные изюминки, присутствующие в спектре WorldView-3, включают линии поглощения на 2,2 и 2,3 мкм для мусковита (рис. 7а), 2,33 мкм для кальцита (рис.

7б), асимметричную линию 2,2 мкм для каолинита (рис. 7в), 2,16 мкм для алунита (рис. 7г) и широкое «плечо» в районе 2,25 мкм для силикатов (рис.

7д). У бадингтонита различима линия поглощения в районе 2,1 мкм, но она смещена на 2,2 мкм, по причине того, что у WorldView-3 нет канала с позицией 2,1 мкм (рис. 7е).

Совокупность этих спектральных образов формирует базу для картирования минералов района Куприт по методу MTMF.

Сравнение минералогических карт, выстроенных согласно данным, обработанным по методу MTMF

Спектральные яркости орбитального сенсора WorldView-3 для определенных минералов были взяты на изученных «участках интереса» (рис. 7), они легли в базу карты пространственного распространения минералов (рис. 8в). Было совершено визуальное сравнение данной карты, и MTMF-обработки данных AVIRIS (рис. 8а) и модельных данных WorldView-3 (рис.

8б). Настоящие эти WorldView-3 (рис. 8в) в целом совпадают с результатом картирования по модельным данным (рис. 8б).

В некоторых качествах они кроме того более согласуются с картами AVIRIS, т. е. трудятся действеннее, чем продемонстрировал прогноз. Выяснилось, к примеру, что настоящий сенсор WorldView-3 подходит для картирования бадингтонита и каолинита лучше, чем предполагала модель.

Напомним, что распространение бадингтонита на карте по WorldView-3 ограничено и лучше согласуется с картой по AVIRIS (голубые территории, расположенные ближе к центру левого изображения), тогда как модельные эти WorldView-3 дали более широкое распространение бадингтонита в районах, сложенных алунитом либо неидентифицируемых (голубые территории ближе к верхней части центрального изображения и ближе к краю правой части рис. 8).

Рис. 8. Минералогическая карта, составленная по: а) данным AVIRIS, обработанным по методу MTMF; б) прогнозным данным WorldView-3; в) настоящим данным WorldView-3

Сравнительная статистика

Повторимся, гиперспектральные эти AVIRIS являются базой самых детальных минералогических карт района Куприт. Сравнение минералогической карты по AVIRIS и карты по настоящим данным WorldView-3, обработанным MTMF, говорит о том, что картированные классы минералов в целом согласуются с главными их распространением и группами минералов, отраженным на выпущенных ранее и гиперспектральных картах.

Минералогическая карта по AVIRIS приведена на рис. 2б и 8а. Она заменила наземные контрольные эти для оценки особенностей WorldView-3 (рис. 8в). Матрицы неточностей были вычислены по AVIRIS в качестве наземных контрольных данных, после этого была совершена оценка пригодности для картирования конкретных преобразованных минералов.

Эффективность настоящих данных WorldView-3 (табл. 4) в целом совпала с прогнозируемой (табл. 2).

Табл. 4. дополнительная статистика и Матрица ошибок сравнения орбитальных данных WorldView-3 (вертикальная ось) с данными спектрометра AVIRIS (горизонтальная ось). Точность 55,90%, коэффициент Каппа 0,3902

Не смотря на то, что визуальное сопоставление двух минералогических карт говорит о хорошей сходимости, более детальная проверка матриц неточностей (табл. 4) продемонстрировала, что точность равна 55,90%, коэффициент Каппа при попиксельном сравнении карт составил 0,39. Значения в диагональных клетках матрицы неточностей показывают: настоящие эти WorldView-3 оптимальнее подходят для идентификации и мусковита и картирования кальцита.

Предстоящая оценка неточностей рабочей группы и омиссии говорит о том, что WorldView-3 разрешает картировать больше бадингтонита, чем AVIRIS. Для настоящих данных WorldView-3 это менее заметно — лишь 16 263 пикселей (2%) были признаны бадингтонитом в неклассифицируемых по AVIRIS местах, для сравнения — в модельных данных таких пикселей было 109 827 (14%). Помимо этого, при картировании согласно данным с запущенного на орбиту спутника WorldView-3 громадны неточности рабочей группы для алунита и каолинита.

Большая часть неточностей позваны картированием неклассифицируемых по AVIRIS пикселей (рис. 4). В целом у WorldView-3 важные неточности омиссии практически для всех картируемых минералов, показывающие, что во многих случаях нельзя идентифицировать минералы по мультиспектральным данным с обработкой методом MTMF. Эти неточности похожи на распознанные при моделировании WorldView-3.

Табл. 4 говорит о том, что при существующих амплитудно-спектральном разрешении и частотных характеристиках WorldView-3 при картировании довольно часто появляется путаница между алунитом, мусковитом и каолинитом. Это чаще всего происходит на аллювиальных конусах, где смешиваются все три минерала. Появляется путаница между бадингтонитом и каолинитом, возможно, вследствие того что у WorldView-3 нет спектрального канала как раз для линии поглощения бадингтонита в районе 2,11 мкм.

Результаты кроме этого схожи с прогнозными.

Удаление неклассифицируемых пикселей повышает неспециализированную точность до 62,23%, а коэффициент Каппа — до 0,51 (табл. 5). Диагонали матрицы неточностей заметно постоянно совершенствуются, неточности рабочей группы и омиссии уточняются для конкретных минералов.

На протяжении моделирования отмечено, что бадингтонит, силикаты и каолинит чаще остальных картируются как другие минералы. Однако, настоящие неточности рабочей группы и омиссии больше, чем предвещала модель.

Таблица 5. дополнительная статистика и Матрица ошибок сравнения орбитальных данных WorldView-3 (вертикальная ось) с данными спектрометра AVIRIS (горизонтальная ось). Неклассифицируемые пиксели удалены. Точность 62,23%, коэффициент Каппа 0,5122

продукты и Другие подходы

Не смотря на то, что WorldView-3 — мультиспектральный спутник, мы сравнили его эффективность с эффективностью гиперспектрального сенсора AVIRIS при минералогическом картировании прямым способом. Сделано это, дабы совершить границу применимости. Данное изучение продемонстрировало, к примеру, что благодаря прекрасно подобранным параметрам каналов коротковолнового ИК-диапазона WorldView-3 разрешает картировать кое-какие минералы по их спектральным сигнатурам.

Имеется и другие способы, подходящие для мультиспектрального анализа, при помощи которых возможно взять неповторимые и нужные картографические продукты. Кое-какие приведенные тут примеры иллюстрируют такие способы.

Композиты по многоспектральным отношениям продолжительное время употребляются для выделения формы спектральных сигнатур по мультиспектральным данным. Они уменьшают действие на классификацию затенения, тени и шума.

Для WorldView-3 коэффициенты контрастности в видимом и ближнем ИК-диапазоне в сочетании с соотношением каналов S3/S5 (1,66/2,20 мкм) дают возможности, сравнимые с цветными композитами Landsat, а также по соотношению 5 и 7 (1,65 и 2,20 мкм) каналов коротковолнового диапазона Thematic Mapper, но пространственное разрешение у них лучше. Прекрасно подобранные каналы WorldView-3 коротковолнового ИК-диапазона кроме этого создают широкий спектр возможностей для геологического картирования главных интересующих материалов по соотношениям каналов.

К примеру, соотношения коротковолновых ИК-каналов S5/S6 (2,16/2,20 мкм) и S7/S6 (2,26 /2,20 мкм) употребляются совместно для подчеркивания изюминок спектрального поглощения в районе 2,2 мкм. Соотношение каналов S7/S8 (2,26/2,33 мкм) и S7/S6 (2,26/2,20 мкм) выявляет распространение материалов с изюминками поглощения в районе 2,33 мкм и формирует спектральный градиент для таких материалов, как алунит.

Сочетание S5/S6, S7/S6 и S7/S8 (RGB) в цветном композите разрешает картировать, к примеру, мусковит (светло-красный), алунит и связанные с ним минералы (светло-зеленый) и карбонаты (светло синий) (рис. 9а). Оранжевая область в середине правой части отражает распределение гидротермальных силикатов. Дабы отыскать различные минералы либо своеобразные материалы, выяснить либо маскировать растительность, водные объекты, возможно создать другие соотношения как видимого и ИК, так и коротковолновых ИК-каналов.

Цветные композиты из трех спектральных каналов в цветовом пространстве RGB ? это простые трехканальные цветные изображения, каковые создают на базе известных отражательных особенностей интересующих материалов. Выяснить главные материалы возможно стратегически, подбирая каналы для отображения в RGB, основываясь на характеристиках и спектральных особенностях интересующих материалов.

Применяя каналы, подчеркивающие изюминки поглощения, возможно создать цветной композит, в котором выбранный материал/материалы будет продемонстрирован заблаговременно выбранным цветом/палитрой. Вертикальные цветные линии на рис. 9б показывают каналы RGB, использованные для цветного композита КИК- каналов спутника WorldView-3 — S5, S6 и S8 (2,16; 2,20; 2,33 мкм) (рис.

9в).

Насыщенность цветов повысили методом декорреляционного растяжения. Мусковит стал красным из-за сильного отражения в канале S5 (2,16 мкм), малой доли светло синий и зеленого из-за поглощения в канале S6 (2,20 мкм) и не сильный отражения в S8 (2,33 мкм). Каолинит лиловый из-за солидного вклада канала S5 (2,16 мкм) и влияния светло синий и зеленого каналов S8 (2,33 мкм) и S6 (2,20 мкм) соответственно. Карбонаты (кальцит) на рис.

9в желто-зеленые благодаря сильному отражению в каналах S5 (2,16 мкм) и S6 (2,20 мкм) и не сильный – в S8 (2,33 мкм), что позвано поглощением в районе 2,33 мкм. Алунит светло синий из-за сильного отражения в районе 2,33 мкм в сочетании со не сильный отражением в каналах S5 (2,16 мкм) и S6 (2,20 мкм). Дабы выделить другие материалы, особенности поглощения и спектральные формы, возможно создать другие композиты.

Продолжительное время индексы для картирования спектральных черт мультиспектральных данных по различным материалам употреблялись для определения растительности (к примеру, NDVI). Они кроме этого активно использовались для геологического/минералогического картирования по сенсору ASTER, спектральные каналы которого в коротковолновом ИК-диапазоне схожи с WorldView-3, но имеют меньшее пространственное разрешение (30 м).

Минералогические индексы дают более комплексные изображения, чем простые RGB-композиты либо композиты по соотношениям каналов. Они созданы, дабы показывать параметры распространенности отдельных минералов либо их групп. Существует множество комбинаций, часть продемонстрирован на рис. 10, дабы показать возможности WorldView-3. Другие способы анализа и обработки продемонстрировали достаток спектральной информации, дешёвой в коротковолновых ИК-каналах WorldView-3.

Они продемонстрировали, что эти одинаково прекрасно поддаются минералогическому анализу при помощи различных методов и алгоритмов, созданных для анализа мультиспектральных данных.

Рис. 10. Отдельные минералогические индексы для КИК-диапазона, вычисленные по настоящим данным WorldView-3 data. a) Карбонатный индекс WorldView-3 [здесь выяснен как [S6/(S7+S8)] либо 2,20 мкм / (2,26 мкм + 2,33 мкм)]: выходы карбонатов продемонстрированы красным либо белым; б) Индекс алунит/каолинит/пирофиллит [определен Национальной геологической работой США как относительная глубина изображения (relative band depth — RBD) по соотношению каналов ASTER (S4+S6)/S5, тут приспособлены для КИК-каналов[(S3+S6)/S5] либо [1,66 мкм + 2,20 мкм / 2,16 мкм]: участки распространения этих минералов белые на зеленом фоне; (в) AL-OH group composition index [определен Австралийским агентством по науке по каналам ASTER: (S5+S7)/S6, адаптирован для КИК-каналов WorldView-3 как (S5+S7)/S6 либо (2,16 мкм + 2,26 мкм) / 2,20 мкм]: светло синий соответствует каолиниту либо богатым алюминием слюдам (мусковит, иллит, парагонит, пирофиллит, бейделлит); красный — обедненным алюминием, но богатым кремнием белым слюдам (фенгит) либо монтмориллониту

В дополнение к неповторимым КИК-каналам WorldView-3 дает несопоставимые возможности для смешанного анализа видимого ИК- и КИК-диапазонов, для увеличения разрешения до 0,31 м за счет панхроматического канала.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

WorldView-3 — это производительный коммерческий мультиспектральный спутниковый сенсор с впечатляющей комбинацией каналов с ключевыми каналами и высоким разрешением в коротковолновом ИН-диапазоне. Совершённое ранее моделирование с применением данных AVIRIS на район Куприт, Невада, продемонстрировало, что WorldView-3 сможет определять и картировать способами сопоставления спектров последовательность минералов, основываясь на их спектральных особенностях в коротковолновом ИК-диапазоне.

Минералогические карты MTMF, выстроенные на протяжении моделирования, продемонстрировали приблизительно такое же проявление и распространение минералов, что и карты, созданные согласно данным 86 каналов коротковолнового ИК-диапазона AVIRIS. Статистическая обработка матриц неточностей с принятием AVIRIS за наземные контрольные эти распознала однако обычные для мультиспектральной съемки недочёты (путаница в схожих минералах), обусловленные меньшим если сравнивать с AVIRIS спектральным разрешением, недостаточным для главных спектральных особенностей минералов. Принимая к сведенью, что WorldView-3 не гиперспектральный сенсор, прогнозные результаты минералогического картирования по WorldView-3 были многообещающими и обрисовали возможности WorldView-3 как нового сенсора для картирования геологических преобразований — лучшего, чем каждый коммерческий мультиспектральный сенсор, находящийся на данный момент на орбите.

Последующее минералогическое картирование по настоящим данным WorldView-3 на район Куприт с применением тех же методов и алгоритмов говорит о том, что сенсор WorldView-3 трудится так, как продемонстрировал прогноз. Извлеченные спектры схожи с модельными, расхождение менее 5%. Прекрасно различимые в данных настоящего WorldView-3 особенности спектров главных минералов были удачно использованы для картирования по методу MTMF распространения и характера минеральных ассоциаций в районе Куприт.

В числе картированных минералов каолинит, алунит, бадингтонит, мусковит, гидротермальные силикаты и кальцит. В целом настоящие эти WorldView-3 в КИК-диапазоне прекрасно соответствуют прогнозу минералогического картирования; 8 прекрасно подобранных каналов и разрешение 7,5 м дают исчерпывающие возможности, недоступные вторым космическим мультиспектральным совокупностям.

В дополнение к прямым способам минералогического картирования, обрисованным при моделировании данных WorldView-3 и валидации настоящих данных КИК-диапазона, неповторимый комплект спектральных каналов дает возможности картирования в коротковолновом ИК-диапазоне, сходные с возможностями ASTER, но при существенно большем пространственном разрешении. Наровне с способами прямого минералогического картирования и другими методами чтобы получить результаты, несопоставимых с продуктами запущенных коммерческих сенсоров, возможно применять такие подходы, как многоспектральные отношения, цветные композиты из трех спектральных каналов в цветовом пространстве RGB и минералогические индексы.

КИК-каналы ASTER на данный момент не функционируют, и WorldView-3 — единственный спутник на орбите, владеющий несколькими, расположенными практически неразрывно, каналами КИК-диапазона. Разумеется, WorldView-3 создаст более продвинутые возможности для помощи задач геологического и другого поверхностного картирования.

GETMAP – решение для создания веб ГИС


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: