C5 · 出版卷 15

Multispectral Image Interpretation

Bands、composites、indices、visual interpretation

学习目标

本章将少量宽光谱波段转化为可检验的地质观测。学习者应能按物理假设选择波段与合成图，区分显示拉伸与测量，带掩膜和不确定度计算比值与归一化差值，使用色调、纹理、形状、格局与背景而不过度声称，并设计能够检验影像异常其他成因的验证方案。

多光谱解释之所以有效，是因为材料、覆盖与照明会形成不同的宽谱和空间格局。它非常适合侦察与背景分析，但宽波段很少能唯一识别矿物。任务是在传感器的尺度与光谱支持域内提取可重复证据。

单波段是在一个波长区间内按响应加权的测量。三通道合成把选定波段映射为屏幕红、绿、蓝。自然色赋值近似人眼可见感知，假彩色则有意把不可见信息移入可见通道；二者都不天然更“真实”，科学问题决定有用赋值。

先预测相对行为。若假设 A 预期植被近红外响应高，而假设 B 预期出露的含铁风化层红光高于蓝光，应选择能测量这些差异的波段，并在查看目标前写下预期符号。看到漂亮异常后再选合成方式会引入确认偏差。

解释合成颜色前，应逐个检查组成波段并绘制代表性光谱。同一种颜色可由多组通道值形成，两个显示通道也可能高度相关。波段标识、波长响应、处理级别、比例和掩膜必须与合成图一同记录。

显示拉伸把数值映射为屏幕亮度。线性最小—最大、百分位、标准差和直方图拉伸改变对比，却不改变源测量。每景单独拉伸可让未变化表面看似不同；统一拉伸则可能隐藏某景的细微变化。截断亮暗尾部会删除有效极值或遮蔽饱和。

颜色表影响感知。顺序色适合有序幅值，发散色适合相对有意义中心的有符号偏离，类别色适合离散类别。彩虹色带会制造假边界和不均衡视觉强调。图例必须先说明显示变换前的物理量。

比较时使用固定范围或记录明确的参考变换，并显示饱和数量。保留未拉伸定量视图或提供底层数值。锐化、全色融合与局部对比增强会改变空间支持域，必须标为派生显示产品，而非原始光谱测量。

比值 R=x/y 可压制共同乘性照明并突出相对光谱斜率，但当 y 很小时会不稳定，也不能去除加性路径辐射或阴影。归一化差值 N=(x-y)/(x+y) 在有效正输入下有界，却仍受偏移、噪声、饱和与混合影响。计算前必须应用比例与偏移。

在误差独立的简化条件下，比值的一阶方差近似为


\sigma_R^2\approx \frac{\sigma_x^2}{y^2}+\frac{x^2\sigma_y^2}{y^4},

误差相关时还要加入协方差项。重采样、共同大气校正与共享校准通常会产生相关。计算比值前必须掩膜低分母、饱和、云、阴影与无效气溶胶反演。

指数是模型，不是材料探测器。其分子与分母编码预期对比。应在其他表面、季节、水分、地形和传感器响应下检验指数，报告有效域，不经重新校准不得跨产品搬用阈值。

视觉解释使用色调或颜色、纹理、形状、尺寸、阴影、格局、关联与位置。地质单元可通过排水、地貌、裂隙痕迹、土壤发育或植被表达，而不只通过光谱。线性特征可能是构造、道路、田界、采集接缝或阴影；圆形格局可能来自侵入体、撞击构造、排水、处理或人为因素。

纹理随尺度和显示变化。定量纹理必须声明窗口、方向、量化和边界处理；某一缩放级别下的粗糙外观不是固有岩性。形态连续性只有在不同照明、传感器和地形表示中保持时，才可支持构造假设。

背景信息应约束而不是预定解释。把影像特征与地形、风化层域、排水、扰动以及独立地球物理或野外观测比较。建立各假设预测特征表，并明确标记冲突观测。

应尽可能在提取数值前定义区域或样带，避免只选异常最亮中心与方便的暗背景。加入类别内部变化、边缘混合与负对照。划分训练和验证数据时考虑空间自相关，相邻像元不是独立重复。

报告分布而不只报告均值。绘制波段、比值与光谱，同时给出有效像元数量、掩膜和采集条件。检验结果对拉伸、掩膜膨胀、大气质量、地形照明与空间聚合的稳健性。一次一像元配准扰动就消失的特征，对窄边界而言证据很弱。

验证必须针对声称的物性。野外照片可确认出露，却不能自动确认矿物；光谱测量需要兼容几何和校准；材料声称可能需要岩相、衍射或化学分析。使用独立地点，并记录产品正确返回“未知”的区域。

一个合成场景包含三个出露单元、斑块状干植被和一条亮路。单元 A 的可见光至近红外连续谱缓慢上升；B 的红光响应更强、近红外更低；C 在宽波段内与 B 相似，却具有传感器不能分辨的窄吸收。红光—近红外比值在裸地像元中区分 A 与 B/C，但道路因整体光谱不同而产生最强比值。

因此，该比值制图的是宽谱对比，不是单元 B。形状和道路关联可排除基础设施响应，植被与阴影掩膜可去除其他混淆，但 B 与 C 仍不可分。可辩护输出是与两个出露材料假设相容、需要成像光谱或野外矿物学检验的走廊，而不是矿物类别图。

解释与决策。 在命名成因前先描述波段值、比值方向、空间连续性与掩膜支持，再列出相容的地质与非地质解释。决策可以是安排野外检查、排除扰动像元或寻找具有诊断波段的传感器，并说明何种结果会否定首选解释。

利用一个合成五波段场景，定义两个竞争材料假设，预测其波段排序，建立两种合成图与一个物理动机明确的指数，并评估三个负对照。比较固定拉伸和逐景拉伸但不改变底层计算，建立区分测量、视觉线索、推断与验证需求的表格。

审计问题：比例与偏移是否应用？无效分母是否掩膜？显示产品与分析产品是否分开？合成图是否从先验假设选择？形状与纹理是否在声明尺度下评估？验证是否匹配所声称物性？阈值能够迁移，还是只拟合本场景？