基于高光谱壁画盐分指数的模拟壁画盐含量反演

摘要：

壁画酥碱与盐霜主要由其所含的可溶性盐造成,具有不可逆性,严重影响壁画的健康状态,利用非接触式的高光谱技术对壁画所含可溶性盐进行定量反演具有重要意义.针对壁画盐分检测成本高、时效低、需要实地取样等问题,提出一种基于高光谱盐分指数的壁画盐含量反演模型.用黄沙土、麦秸、细麻与无水Na2 SO4 等在室内配制成不同盐含量梯度(盐土比例:0～1%)的模拟壁画样本,采用ASD-FieldSpec4 HI-RES地物波谱仪进行光谱采集,将断点校正与平均后的数据建立样本光谱集,以 7∶3 的比例将样本集划分用于建模与预测.对原始反射率(R)进行一阶微分(R+1 D)、去包络线后一阶微分(CR+1 D)、倒数的对数后一阶微分(LR+1 D)、Savitzky-Golay平滑后一阶微分(SG+1 D)4 种增强处理,将原始反射率与增强处理后的光谱数据与盐浓度进行相关分析,提取贡献度高的前三强相关波段.用最强相关波段分别进行线性拟合与抛物线拟合建立单波段回归模型.利用前三相关波段构造一种适用于壁画盐分的高光谱指数(MSI),并与归一化盐分指数(NDSI)、三种盐分指数(SI1 SI2 SI3)、亮度指数(BI)进行精度评估,评价指标为决定系数(R2)、均方根误差(RMSE)、散点拟合线的斜率与截距.结果表明:(1)随着盐浓度增加,反射光谱曲线整体先降低后升高,盐浓度在 0.3%～0.6%范围内壁画样本的反射率最低.(2)壁画中 Na2 SO4 敏感波段对应为 1420、1940 与 2210nm,在可见光范围也存在光谱响应.(3)一阶导变换后光谱与盐浓度相关性最强,R2 最高提升 0.646.(4)R-1 D-MSI反演模型精度最高,R2C 与 RMSEC 分别为 0.857 与 0.116.该研究可为壁画盐含量的快速、无损检测提供新的技术手段.

关键词：壁画酥碱、高光谱、拟合回归、光谱指数、盐分含量、反演

所属期刊栏目：43

分类号：TP79(遥感技术)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金;北京建筑大学研究生创新项目

在线出版日期：2023-10-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：3272-3279