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光谱学与光谱分析 2023年第6期43卷 1905-1911页

作者：张启燕杨玠李建国史维鑫高鹏鑫自然资源实物地质资料中心北京100083 中国地质大学(北京)地质过程与矿产资源国家重点实验室北京100083 中国地质大学(北京)科学研究院北京100083

岩石颜色不仅反映沉积环境而且指示特有矿物与元素,是纵向横向沉积演化,地层对比的重要依据和指标之一。目前岩石颜色主要依赖肉眼识别和主观描述,或使用色卡进行对比判读。这些方法受个体差异和环境影响较大,缺少定量计算方法,无法满... 详细信息

岩石颜色不仅反映沉积环境而且指示特有矿物与元素,是纵向横向沉积演化,地层对比的重要依据和指标之一。目前岩石颜色主要依赖肉眼识别和主观描述,或使用色卡进行对比判读。这些方法受个体差异和环境影响较大,缺少定量计算方法,无法满足颜色批量精准识别的需要。因此快速、批量、高效实现颜色的客观识别和数值量化对地质工作研究和应用具有重要意义。该研究基于色度学原理,利用光谱分析技术,结合Python计算机语言编译的岩石颜色定量化识别软件,实现岩石颜色的数值定量化和批量自动化转换,提高颜色的判断精度和识别效率。通过对《Munsell Rock Book》对比发现,cie RGB颜色系统计算结果与色卡一致性较高,Munsell系统计算结果中色相值(系统计算结果,31个岩石样品的cie RGB计算结果与样品颜色的一致性和准确性更高。造成颜色差异的原因复杂多样,不仅与颜色系统之间的转换误差和人为主观对比及判读有关,而且与岩石样品的特殊性和环境等因素密切相关。本次研究为岩石颜色的快速、高效、客观批量化和定量化表征提供了一种可行性方法和思路,具有较好的应用价值。

关键词：岩石颜色定量识别 cie颜色系统 Munsell颜色系统光谱

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基于色度角的中国近海水色要素遥感研究

基于色度角的中国近海水色要素遥感研究

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作者：马本昌南京信息工程大学

学位级别：硕士

水体颜色蕴含丰富的水体环境信息,对于水体颜色的监测研究对海洋环境保护、维持海洋生态平衡具有着非常重要的意义。基于水体颜色提取水色要素信息,可以加深对水环境构成的了解。对于水体颜色的研究,学者们已开展了一定研究,但多数对水... 详细信息

水体颜色蕴含丰富的水体环境信息,对于水体颜色的监测研究对海洋环境保护、维持海洋生态平衡具有着非常重要的意义。基于水体颜色提取水色要素信息,可以加深对水环境构成的了解。对于水体颜色的研究,学者们已开展了一定研究,但多数对水体颜色的研究是以水色指数(Forel–Ule index,FUI)作为度量参数。针对我国近海复杂多变的水环境,FUI可能无法更加细致描述水体颜色信息,表达水体环境信息。而在cie(Commission International de I Eclairage)颜色系统中,色度角(α)作为连续变量,可以较好地表示水体光学特征,继而实现对水色要素的提取。本研究结合多个调查航次实测遥感反射率数据,构建基于多光谱遥感反射率的色度角获取方法,获取研究区域长时序α与FUI数据集,比较分析二者水体颜色信息的获取能力与水环境信息表达能力,对比发现连续变量色度角是更优的水体颜色度量参数,并以此作为本研究对水体颜色的衡量参数,开展研究区域水体颜色长时序时空分布特征研究并讨论其与水色要素共变关系。基于航次透明度(Secchi Depth,Z)数据、悬浮颗粒物浓度(Suspended Particulate Matter,SPM)数据与叶绿素a(Chlorophyll a,Chl-a)浓度数据,分别构建了基于色度角的Z、SPM及Chl-a反演模型并基对模型进行精度分析。最后,结合现场收集水体颜色高清影像、对地观测卫星数据及水色卫星数据,对模型进行多源数据的示范性应用,展示模型的普适性与应用价值。结论如下:(1)基于Moderate–resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS)与Sea–viewing Wide Field of View Sensor(Sea WiFS)水色卫星数据,构建多光谱遥感反射率的色度角获取方法,该方法精度较高,相关系数(R)均大于0.95,平均绝对百分误差(MAPE)均小于5%,表明色度角易于准确获取且可移植性强。结合卫星数据、FUI查找表,得到色度角长时序数据集与FUI数据集。从水体颜色信息的获取以及水环境信息表达能力两方面对两种水体颜色衡量参数进行对比分析。由于FUI是离散分级,基于FUI的水体颜色信息提取造成了一定的遗漏,而色度角作为连续参数可以更加细致捕捉水体颜色信息。相较于FUI,色度角与Z、SPM与Chl-a都表现了更强的相关性(R=0.79、0.81、0.79),表明色度角是优于FUI的水色度量值,并以此开展对研究区域的水体颜色分布特征研究。结果显示,研究区域色度角时空分布特征为近岸处色度角最高,并离岸递减,冬季高,夏季低。渤海海域最高(α=180°),黄海次之(α=100°),东海色度角值最低(α=60°)。分析其长时序变化趋势,发现在渤海、北黄海和长江口等近岸色度角较高区域,具有减小趋势,而在东海和连云港附近海域具有增加趋势。选取特征海域发现色度角与水色要素Chl-a、SPM表现出一定的共变性。在色度角较大区域,色度角与SPM存在较强共变关系;在色度角较小区域,色度角则与Chl-a、SPM共同表现了较强的共变关系。(2)基于航次数据,将cie–XYZ三原色光谱与高光谱遥感反射率积分得到XYZ三刺激值,继而得到色度角数据。将色度角数据集与Z、SPM与Chl-a数据匹配,使用留一法构建反演模型,进一步挖掘水体颜色蕴含的水环境信息,并结合多种精度指标评估模型精度。结果表明,色度角与水色要素具有较高的相关性,模型具有一定的精度(R均高于0.7,MAPE均低于40%),为基于水体颜色监测水环境奠定了基础。(3)分别使用现场通过相机获取的水体颜色高清图像、Landsat对地观测卫星数据以及MODIS水色卫星数据对模型开展基于多源数据的模型示范性应用。结果表明,基于现场高清图像可以实现点对点的信息获取;基于对地观测卫星数据,看实现高分率下的水质监测;基于水色卫星数据,可以实现对水色要素的长时序大范围时空分异研究。基于色度角的水色要素反演模型降低了数据获取门槛,面向了更多的数据源。可以实现在微观上,精准数据的获取,也可以实现在宏观上,不同空间、不同时间尺度下的水环境研究,可以满足不同监测研究的需求,具有一定的应用价值。

关键词：色度角 cie颜色系统水质监测多源数据近海水体

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