一種面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基于浪花指數(shù)的海島礁遙感影像鑲嵌方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基于浪花指數(shù)的海島礁遙感影像鑲嵌方法，采用浪花指數(shù)計算模型，通過沿浪花帶裁切海島礁遙感影像并將其以Web服務(wù)的形式發(fā)布于互聯(lián)網(wǎng)上，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下海島礁遙感影像與海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)的有效鑲嵌。本發(fā)明步驟是首先網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)后臺程序采用浪花指數(shù)計算模型對接收到的海島礁遙感影像做沿浪花帶的裁切計算處理，然后將裁切的海島礁影像以WMS形式發(fā)布成Web服務(wù)，并將服務(wù)的URL地址以XML文件格式傳輸給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的前端程序，最后網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的前端程序根據(jù)海島礁Web服務(wù)的URL地址，將其動態(tài)加載到海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)中，實現(xiàn)了沿浪花帶的海島礁影像鑲嵌過程。
【專利說明】一種面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基于浪花指數(shù)的海島礁遙感影像鑲嵌方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于海岸帶遙感影像處理研究領(lǐng)域，涉及到一種面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的遙感影像海島礁鑲嵌方法，特別是涉及一種通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時采用浪花指數(shù)的方式建立沿浪花帶鑲嵌海島礁的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]海島礁是人類開發(fā)海洋的遠(yuǎn)涉基地和前進(jìn)支點，是我國領(lǐng)土的重要組成部分，對我國的國家安全和海洋開發(fā)都有著重要的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略價值。為維護(hù)我國海洋權(quán)益，推進(jìn)“數(shù)字海洋”建設(shè)，全面、快速地開展海島礁調(diào)查與動態(tài)監(jiān)測工作就顯得尤為重要。然而，由于我國海島礁分布零散、登島困難，因此難以按照常規(guī)方法進(jìn)行測圖獲取海島礁數(shù)據(jù)。遙感影像具有空間分辨率高、同步觀測面積大和獲取時間短等優(yōu)勢，且成本相對較低，可顯著減少所需的人力、物力、財力和時間，這就使得通過海岸帶遙感技術(shù)進(jìn)行海島礁動態(tài)監(jiān)測成為可能。隨著高分辨率對地觀測系統(tǒng)的發(fā)展以及長時間的動態(tài)監(jiān)測，我國已經(jīng)積累了相當(dāng)數(shù)量的海島礁遙感影像數(shù)據(jù)，并且建立了海島礁信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了對海島礁遙感影像數(shù)據(jù)的高效、統(tǒng)一的組織與管理，并為相關(guān)管理部門提供科學(xué)數(shù)據(jù)。針對當(dāng)前熱點海域，也有少數(shù)涉海部門和科研機(jī)構(gòu)通過互聯(lián)網(wǎng)發(fā)布重點海島礁的監(jiān)測成果和專題信息，并以此為基礎(chǔ)建立綜合信息網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)體系，可以實現(xiàn)重點海島礁的三維可視化及其鄰近海域三維場景模擬，可望為海島、沙洲和珊瑚礁開發(fā)與海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的輔助決策提供支撐。
[0003]通過互聯(lián)網(wǎng)將海島礁監(jiān)測成果和專題信息發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，面臨的一個主要問題是如何將海島礁遙感影像數(shù)據(jù)鑲嵌到海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)下，使之融為一個整體?，F(xiàn)有的遙感影像鑲嵌方法是將多幅影像拼在一起，構(gòu)成一幅大范圍的完整影像，包括幾何精校正、幾何拼接、整體色調(diào)調(diào)整和拼接線處理等幾個步驟。但是，海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)有其特殊性，它是作為背景底圖且事先存在于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)中，因此不可能像拼接多幅影像那樣采用現(xiàn)有的鑲嵌方法將海島礁影像與海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)做鑲嵌處理。目前，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)只是簡單地將海島礁影像數(shù)據(jù)疊加在海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)上，如Google Earth中提供的海島礁影像數(shù)據(jù)，導(dǎo)致海島礁影像看起來顯得似補丁，與海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)在色調(diào)上嚴(yán)重不均衡。為消除海島礁影像鑲嵌于海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)時呈現(xiàn)明顯的補丁狀，本發(fā)明將浪花帶作為鑲嵌時的拼接線，并針對高分辨率海島礁遙感影像，采用基于浪花指數(shù)的方法沿浪花帶裁切海島礁影像，最后將裁切的海島礁影像結(jié)果以Web服務(wù)的形式發(fā)布，經(jīng)過服務(wù)動態(tài)加載后鑲嵌于海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有海島礁影像鑲嵌于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)中海洋背景底圖時的缺點，提供一種面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)中沿浪花帶鑲嵌海島礁影像的方法，其能夠以較快的速度實時、動態(tài)地將海島礁影像鑲嵌于海洋背景底圖上，能夠取得良好的表達(dá)效果O
[0005]為了解決以上問題，本發(fā)明提供的一種面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基于浪花指數(shù)的海島礁遙感影像鑲嵌于海洋大環(huán)境背景底圖的技術(shù)方法，包括以下步驟:
[0006]步驟1，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的后臺程序周期性地接收高分辨率海島礁遙感影像數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式為*.img、*.tif的遙感影像；
[0007]步驟2，針對高分辨率海島礁遙感影像，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)后臺程序利用浪花帶作為鑲嵌時海島礁與海洋背景底圖的分界線這一特點，采用基于浪花指數(shù)計算的方式，依次對每幅海島礁影像做計算處理，實現(xiàn)了沿浪花帶裁切海島礁遙感影像。這一步包括海島礁遙感影像波段選擇、浪花指數(shù)模型構(gòu)建、浪花指數(shù)比值計算、閾值分割、影像重分類、影像掩模等幾個處理環(huán)節(jié)；
[0008]步驟3，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的后臺程序?qū)⒀乩嘶◣Р们械暮u礁影像結(jié)果以Web服務(wù)的形式發(fā)布于互聯(lián)網(wǎng)上，同時將服務(wù)的URL地址傳輸給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的前端程序，以供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的前端程序動態(tài)加載；
[0009]步驟4，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的前端程序根據(jù)海島礁Web服務(wù)的URL地址，將其動態(tài)加載到海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)上，實現(xiàn)了沿浪花帶的海島礁影像鑲嵌過程。
[0010]進(jìn)一步地所述步驟2中，獲得沿浪花帶裁切海島礁遙感影像的方法如下:
[0011]步驟a，根據(jù)海島礁遙感影像的光譜曲線，進(jìn)行波段分析、選擇。由于海水對入射光的反射率可以近似表示為藍(lán)光 > 綠光 > 紅光 > 近紅外 > 中紅外，而本發(fā)明中的高分辨率海島礁影像只有紅、綠、藍(lán)三個波段，因此本發(fā)明選擇最強反射藍(lán)光波段與最弱反射紅光波段為兩個計算波段；
[0012]步驟b，根據(jù)指數(shù)計算方法原理，構(gòu)建浪花指數(shù)計算模型，對選擇的兩波段反射率值分別進(jìn)行相減和相加計算，并通過比值運算進(jìn)一步擴(kuò)大二者間的差距，從而增強背景海水的亮度，抑制海島礁信息。本發(fā)明中構(gòu)建的浪花指數(shù)模型為NDSI= (Blue-Red)/(Blue+Red)，其中Blue代表藍(lán)光波段，Red代表紅光波段；
[0013]步驟C，根據(jù)步驟b中建立的浪花指數(shù)模型，將高分辨率海島礁影像的藍(lán)光與紅光兩個波段代入計算公式，進(jìn)行柵格比值計算，即對每個像素單元求得其對應(yīng)的比值，得到計算結(jié)果；
[0014]步驟d，對浪花指數(shù)模型的計算結(jié)果做分類處理，并根據(jù)經(jīng)驗公式設(shè)定相應(yīng)閾值，分離出水體與海島礁；
[0015]步驟e，對分類后的結(jié)果影像做重分類計算，用O值表示水體，用I值表示海島礁，從而生成二值圖像；
[0016]步驟f，利用生成的二值圖像，對原始海島礁影像做掩模運算，即與原始海島礁影像做柵格相乘計算，得到的結(jié)果即為沿浪花帶裁切的海島礁影像。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，由于海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)作為底圖事先存在于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)中，導(dǎo)致現(xiàn)有通過網(wǎng)絡(luò)的遙感影像鑲嵌方法在將海島礁影像鑲嵌于海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)時出現(xiàn)明顯的拼接痕跡(圖1所示)，GoogleEarth中的處理方法也只是簡單地將海島礁影像疊加于海洋背景底圖上(圖2所示)，由于在色調(diào)上嚴(yán)重不均勻，從而形成一塊一塊補丁。本發(fā)明通過沿浪花帶裁切海島礁影像，并將結(jié)果影像以服務(wù)的形式發(fā)布于互聯(lián)網(wǎng)上，通過服務(wù)動態(tài)加載，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下將海島礁影像鑲嵌于海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)中。由于本發(fā)明采用浪花帶作為海島礁與海水背景的分界線，使得鑲嵌時能夠過度自然，海島礁、浪花、背景海水融為一體(圖7、圖8所示)，尤其是在三維球體上與相應(yīng)的DEM數(shù)據(jù)結(jié)合進(jìn)行可視化顯示時，能夠取得良好的表達(dá)效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有方法鑲嵌時形成的拼接痕跡示意圖；
[0019]圖2是Google Earth中海島碟影像鍵嵌于海洋背景底圖的不意圖；
[0020]圖3是本方法的方框示意圖；
[0021]圖4是經(jīng)過浪花指數(shù)模型計算后的影像結(jié)果圖；
[0022]圖5是二值化后的海島礁影像結(jié)果圖；
[0023]圖6是二值化影像與原始海島礁影像做掩模運算后的結(jié)果影像圖；
[0024]圖7是采用本方法的海島礁影像鑲嵌后的二維可視化示意圖；
[0025]圖8是采用本方法的海島礁影像鑲嵌后的三維球體可視化示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為了更好地實現(xiàn)上述發(fā)明目的，下面將結(jié)合圖3的方框圖對本發(fā)明中的各個步驟做進(jìn)一步描述:
[0027]步驟1，將每次接收到的高分辨率海島礁遙感影像數(shù)據(jù)放入一個固定存儲目錄，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的后臺程序周期性地對固定存儲目錄中的影像數(shù)據(jù)做批量處理；
[0028]步驟2，針對高分辨率海島礁遙感影像，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)后臺程序采用基于浪花指數(shù)計算的方式，依次對每幅海島礁影像做計算處理，實現(xiàn)沿浪花帶的海島礁影像裁切，包括海島礁遙感影像波段選擇、浪花指數(shù)模型構(gòu)建、浪花指數(shù)比值計算、閾值分割、影像重分類、影像掩模等幾個處理環(huán)節(jié)。具體處理步驟如下:
[0029]首先，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的后臺程序根據(jù)選定的藍(lán)光波段與紅光波段，讀取高分辨率海島礁遙感影像中相對應(yīng)的單波段影像數(shù)據(jù)，即第三波段與第一波段的數(shù)據(jù)；
[0030]接著，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的后臺程序根據(jù)構(gòu)建的浪花指數(shù)模型公式NDSI= (Blue-Red)/ (Blue+Red),以藍(lán)光波段與紅光波段矩陣為輸入數(shù)據(jù)，對每個像素單元做比值計算，得到的影像結(jié)果如圖4所示；
[0031]然后，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的后臺程序根據(jù)設(shè)定的分割閾值，對上述比值計算結(jié)果做分類處理。經(jīng)驗公式表明，當(dāng)閾值設(shè)定為0.05098時，分離海島礁和海水的效果最好。隨后，對分類后的比值計算結(jié)果，將大于此閾值的像素單元設(shè)置為I值，表示海島礁，小于此閾值的像素單元設(shè)置為O值，表示海水，生成海島礁的二值圖像，如圖5所示；
[0032]最后，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的后臺程序利用上述二值圖像，與原始海島礁影像的各個波段做柵格相乘計算，得到的結(jié)果即為沿浪花帶裁切的海島礁影像，如圖6所示。
[0033]步驟3，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的后臺程序?qū)⑸鲜鲅乩嘶◣Р们械暮u礁影像以麗S形式發(fā)布成Web服務(wù)，同時將服務(wù)的URL地址以XML文件格式傳輸給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的前端程序；
[0034]步驟4，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的前端程序根據(jù)海島礁Web服務(wù)的URL地址，將其動態(tài)加載到海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)上，實現(xiàn)了沿浪花帶的海島礁影像鑲嵌過程，圖7為海島礁影像鑲嵌于海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)上的二維可視化，圖8為海島礁影像鑲嵌于海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)上的三維球體可視化。
[0035]本發(fā)明未詳細(xì)闡述部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
[0036]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理解想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的包含范圍之內(nèi)，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的基于浪花指數(shù)的海島礁遙感影像鑲嵌方法，其特征在于，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)后臺程序采用基于浪花指數(shù)計算的方式，對海島礁影像做沿浪花帶的裁切處理，并將裁切的海島礁影像結(jié)果以Web服務(wù)的形式發(fā)布，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)前端程序通過服務(wù)動態(tài)加載，將海島礁影像鑲嵌于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的海洋大環(huán)境基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)中，具體步驟如下: (O網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的后臺程序周期性地接收高分辨率海島礁遙感影像數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式為*.img、*.tif的遙感影像； (2)針對高分辨率海島礁遙感影像，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)后臺程序利用浪花帶作為鑲嵌時海島礁與海洋背景底圖的分界線這一特點，采用基于浪花指數(shù)計算的方式，依次對每幅海島礁影像做計算處理，獲得沿浪花帶裁切海島礁遙感影像；這一步包括海島礁遙感影像波段選擇、浪花指數(shù)模型構(gòu)建、浪花指數(shù)比值計算、閾值分割、影像重分類、影像掩模幾個處理環(huán)節(jié); (3)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的后臺程序?qū)⒀乩嘶◣Р们械暮u礁影像結(jié)果以Web服務(wù)的形式發(fā)布于互聯(lián)網(wǎng)上，同時將服務(wù)的URL地址傳輸給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的前端程序，以供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的前端程序動態(tài)加載； (4)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)的前端程序根據(jù)海島礁Web服務(wù)的URL地址，將其動態(tài)加載到海洋大環(huán)境的基礎(chǔ)背景數(shù)據(jù)上，實現(xiàn)了沿浪花帶的海島礁影像鑲嵌過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，獲得沿浪花帶裁切海島礁遙感影像的方法如下: 步驟a，根據(jù)海島礁遙感影像的光譜曲線，進(jìn)行波段分析，選擇最強反射藍(lán)光波段與最弱反射紅光波段為兩個計算波段； 步驟b，根據(jù)指數(shù)計算方法原理，構(gòu)建浪花指數(shù)計算模型，對選擇的兩波段反射率值分別進(jìn)行相減和相加計算，并通過比值運算進(jìn)一步擴(kuò)大二者間的差距，增強背景海水的亮度，抑制海島礁信息；所述構(gòu)建的浪花指數(shù)模型為NDSI= (Blue-Red)/ (Blue+Red)，其中Blue代表藍(lán)光波段，Red代表紅光波段； 步驟C，根據(jù)步驟b中建立的浪花指數(shù)模型，將高分辨率海島礁影像的藍(lán)光與紅光兩個波段代入計算公式，進(jìn)行柵格比值計算，即對每個像素單元求得其對應(yīng)的比值，得到計算結(jié)果; 步驟山對浪花指數(shù)模型的計算結(jié)果做分類處理，并根據(jù)經(jīng)驗公式設(shè)定相應(yīng)閾值，分離出水體與海島礁； 步驟e，對分類后的結(jié)果影像做重分類計算，用O值表示水體，用I值表示海島礁，從而生成二值圖像； 步驟f，利用生成的二值圖像，對原始海島礁影像做掩模運算，即與原始海島礁影像做柵格相乘計算，得到的結(jié)果即為沿浪花帶裁切的海島礁影像。
【文檔編號】G06T3/40GK103514592SQ201310426412
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月18日
【發(fā)明者】蘇奮振, 吳文周, 周成虎, 張宇 申請人:中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所