基于aisa航空高光譜影像的赤潮檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于航空高光譜影像的赤潮檢測方法。首先用機載高光譜成像儀AISA測得海域的航空高光譜影像；然后在影像的波長450～700nm內(nèi)數(shù)字量化值中選取波長為557～584nm、530～557nm和467nm、512nm的數(shù)字量化值，計算波長557～584nm和530～557nm的數(shù)字量化值曲線面積比值，以及467nm和512nm的歸一化藍綠波段差值；當DN曲線面積比值大于1.077，且歸一化藍綠波段差值小于0.245時，該像元為被檢測出的赤潮像元；將連成片或條帶狀的赤潮像元判定為赤潮發(fā)生海區(qū)。本發(fā)明直接根據(jù)航空高光譜影像的數(shù)字量化值，無需對影像進行輻射定標和大氣校正等預處理，實現(xiàn)了赤潮發(fā)生的明確快速的檢測。
【專利說明】基于AISA航空高光譜影像的赤潮檢測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于機載高光譜成像儀AISA測得的航空高光譜影像的赤潮檢測方法，屬于圖像識別領域。
【背景技術】
[0002]赤潮是在特定的環(huán)境條件下，海水中藻類、以及某些原生動物或細菌的迅速繁殖和聚集而引起水體變色的一種有害生態(tài)現(xiàn)象，也稱為“水華”和“藻華”。赤潮的發(fā)生不僅破壞海洋的正常生態(tài)結(jié)構，影響海洋漁業(yè)資源，惡化海洋環(huán)境，而且還可能通過食物鏈的轉(zhuǎn)移和積累使海洋經(jīng)濟動物和人體中毒。因此，快速準確地檢測赤潮的發(fā)生，對于其治理與預防，減少其危害具有重要作用。
[0003]赤潮監(jiān)測主要包括船載現(xiàn)場觀測、浮標現(xiàn)場觀測、航空遙感和衛(wèi)星遙感等，其中船載和浮標只能實現(xiàn)離散站位的觀測，實時性差；衛(wèi)星遙感則受云霧影響嚴重，而航空遙感具有反應快速、機動性強和空間分辨率高、受云霧影響小等優(yōu)勢，成為了赤潮發(fā)生檢測的一種重要手段。目前基于高光譜影像雖然已經(jīng)實現(xiàn)了赤潮發(fā)生檢測、浮游生物量的估計、赤潮優(yōu)勢種識別等，但是在這些應用中必須對航空高光譜影像進行輻射定標、大氣校正等預處理。其中輻射定標需要同步采集高光譜成像儀的暗電流數(shù)據(jù)，增加現(xiàn)場操作的步驟，同時操作人員在改變波段配置和幀速率積分時間后，很容易遺漏暗電流數(shù)據(jù)的采集，給輻射定標帶來困難；另外，赤潮發(fā)生海域水體光學性質(zhì)復雜，其上空的氣溶膠類型多變，再加上水汽、二氧化碳、臭氧等氣體吸收效應的影響，使大氣校正存在較大的不確定性和復雜性；此外，海洋中其他地物如溢油、綠潮、海冰等也可對航空高光譜影像的赤潮檢測形成干擾而引起誤判，影響赤潮檢測的準確性，以上諸種因素顯然都可能使之達不到赤潮應急監(jiān)測的需求。因此，建立用于航空高光譜影像的赤潮檢測方法顯得極為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對機載高光譜成像儀AISA測得的航空高光譜影像，提供一種不需進行輻射定標和大氣校正，而且不受其他地物干擾的赤潮檢測方法。
[0005]本發(fā)明是基于2010年6月渤海赤潮發(fā)生海域獲得的AISA航空高光譜影像(波段范圍為400nm?IOOOnm)，首先根據(jù)現(xiàn)場觀測結(jié)果，從影像中提取赤潮像元與非赤潮像元各200個，各像元的數(shù)字量化值(DN)組成光譜樣本(部分DN曲線如圖1)。研究發(fā)現(xiàn),赤潮光譜樣本與非赤潮光譜樣本的DN值曲線均表現(xiàn)為單峰，但是在不同的波段上，赤潮光譜樣本與非赤潮光譜樣本的DN曲線特征不同:赤潮光譜樣本在紅光波段的DN值高于非赤潮光譜樣本(分析研究這是由于赤潮水體中葉綠素濃度增高，葉綠素在紅光波段存在一個熒光反射峰的作用)；而且赤潮光譜樣本DN曲線在450?550nm波段內(nèi)的斜率大于非赤潮光譜樣本(分析研究這是由于浮游植物在藍光波段的強吸收作用和綠光波段的散射效應)。
[0006]根據(jù)圖1，赤潮光譜樣本與非赤潮光譜樣本DN曲線的最大值基本上在Xci=SSTnm附近，非赤潮光譜樣本的DN曲線在λ。附近基本對稱，但是赤潮光譜樣本DN曲線在大于λ0后仍以較高的數(shù)值持續(xù)到700nm，因此定義DN曲線面積比值變量F1定量表示這種差異:
【權利要求】
1.一種基于AISA航空高光譜影像的赤潮檢測方法，其特征在于首先對航空高光譜影像的每一個像元，直接選取波長為557~584nm、530~557nm和467nm、512nm的數(shù)字量化值DN，然后根據(jù)下列公式計算F1和F2,即
2.權利要求1所述的赤潮檢測方法應用于檢出航空高光譜影像中的赤潮像元，作為赤潮識別的基本像素單元。
3.權利要求1所述的赤潮檢測方法應用于檢出赤潮發(fā)生海區(qū)，作為赤潮發(fā)生范圍的界定。
【文檔編號】G01N21/31GK103604761SQ201310522538
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權日:2013年10月29日
【發(fā)明者】秦平, 崔廷偉, 范學煒, 牟冰, 蔡曉晴, 馬毅, 張漢德 申請人:國家海洋局第一海洋研究所, 中國海洋大學, 中國海監(jiān)北海航空支隊