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基于LandsatOLI多光譜影像的湖泊水域信息提取方法

文檔序號:10595080閱讀:427來源:國知局
基于Landsat OLI多光譜影像的湖泊水域信息提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于Landsat OLI多光譜影像的湖泊水域信息提取方法,包括如下步驟:1)Landsat OLI多光譜數(shù)據(jù)的預(yù)處理,包括定標(biāo)、幾何校正、大氣校正、剪裁、鑲嵌;2)采用多尺度圖像分割方法分割預(yù)處理的多光譜數(shù)據(jù);3)構(gòu)建2個自定義歸一化差異水體指數(shù),以及改進(jìn)歸一化差異水體指數(shù)MNDWI;4)為三個歸一化差異水體指數(shù)分別設(shè)定閾值,提取水域信息;5)導(dǎo)出連續(xù)水域?qū)ο?,生成水域矢量?shù)據(jù);6)使用水域矢量數(shù)據(jù)剪裁Landsat OLI多光譜影像,獲得水域信息數(shù)據(jù)。本發(fā)明的湖泊水域信息提取方法綜合利用了Landsat OLI的第一、第二波段信息,提高了水域信息提取的速度和精度,為后續(xù)科研提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
【專利說明】
基于Landsat OLI多光譜影像的湖泊水域信息提取方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于遙感影像處理技術(shù)、地理信息系統(tǒng)技術(shù)、湖泊環(huán)境保護(hù)技術(shù)的交叉領(lǐng) 域,特別是設(shè)及一種基于Landsat OLI多光譜影像的湖泊水域信息提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 湖泊沿岸地區(qū)地物類型多樣、空間分布復(fù)雜,像元大多是混合像元,傳統(tǒng)的湖泊水 域提取方法多是基于像元進(jìn)行分類提取,容易產(chǎn)生細(xì)小的分類斑塊,產(chǎn)生"椒鹽"現(xiàn)象,并且 容易發(fā)生錯分、漏分的情況,分類后處理將會耗費大量的人力和時間。
[0003] Landsat OLI遙感影像是最新的LandsatS衛(wèi)星攜帶的傳感器的成像數(shù)據(jù),已經(jīng)被 廣泛的用于湖泊環(huán)境監(jiān)測中的水域提取。Landsat OLI多光譜數(shù)據(jù)中,第一個波段是深藍(lán)波 段,用于監(jiān)測近岸水體和大氣氣溶膠,第二個波段是藍(lán)光波段,用于監(jiān)測水體,第六個波段 為短波紅外波段,反應(yīng)的信息量最大,但是目前所構(gòu)建的、用于水域提取的歸一化水體指數(shù) 并未綜合使用上述=個波段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為提高湖泊水域分類提取的精度和效率,克服現(xiàn)有湖泊水域提取中水域信息與非 水域信息區(qū)分不夠清晰、分類后處理繁瑣、工作量大等不足,本發(fā)明設(shè)計一種基于Landsat OLI多光譜影像的湖泊水域信息提取方法,使用圖像多尺度分割,結(jié)合Landsat OLI第一、第 二和第六波段的綜合使用,提高湖泊水域信息提取的速度和精度,為后續(xù)科研提供基礎(chǔ)數(shù) 據(jù),簡化分類工作步驟。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:該方法在分類提取信息之前,采用圖像的多尺度分割, 將遙感影像分割成許多對象,每個對象包含光譜信息、空間結(jié)構(gòu)特征相似的像元集合,綜合 利用Landsat OLI多光譜遙感數(shù)據(jù)中第一、第二、第S、第六波段,構(gòu)建自定義NDWI,應(yīng)用 MNDWI,通過=種指數(shù),設(shè)定闊值,提取水域信息,導(dǎo)出連續(xù)水域?qū)ο?,生成水域矢量?shù)據(jù),使 用水域矢量數(shù)據(jù)剪裁已處理的Landsat OLI多光譜影像,獲得水域信息數(shù)據(jù)。
[0006] 該基于Landsat OLI多光譜影像的湖泊水域信息提取方法包括W下具體步驟: (O使用ENVI軟件,對待分析的Landsat OLI多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)、幾何校正、大氣校 正、剪裁、拼接預(yù)處理; (2) 設(shè)置合適的尺度參數(shù),使用易康軟件,采用多尺度圖像分割方法對經(jīng)過預(yù)處理的 Landsat OLI多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分割,將影像劃分為多個對象,每個對象中各個像元的光譜信 息相似; (3) 使用Landsat OLI多光譜數(shù)據(jù)的第一、第二和第六波段構(gòu)建2個歸一化水體指數(shù):

在構(gòu)建自定義歸一化水體指數(shù)的同時,將改進(jìn)的歸一化水體指數(shù)應(yīng)用于水域提取之 中,改進(jìn)的歸一化水體指數(shù)的計算方法如下:
其中,Coastal、Blue、Green、SWIRl分別為Landsat OLI多光譜數(shù)據(jù)中的第一、第二、第 =、第六波段上的地物反射率; (4) 設(shè)置水域提取闊值T,使用上述=個水體指數(shù)提取水域,取=者范圍的最大集合,為 水域最終提取結(jié)果; (5) 導(dǎo)出連續(xù)水域?qū)ο?,生成連續(xù)水域矢量數(shù)據(jù); (6) 使用連續(xù)水域矢量數(shù)據(jù)切割步驟(1)中已處理的Landsat OLI多光譜影像,獲得水 域信息數(shù)據(jù)。
[0007]其中,所述步驟(2)中,進(jìn)行多尺度圖像分割方法的尺度參數(shù)設(shè)置為50。
[000引其中,所述步驟(4)中,分別設(shè)定自定歸一化水體指數(shù)NDWI16、NDWI26, W及經(jīng)典的 改進(jìn)的歸一化水體指數(shù)MNDWI的闊值TNDm6、TNDWI26、TMNDWI,采用條件(NDWIl6〉=TNDm6)or (NDWI26〉= Tndwi26)oKMNDWI〉= Tmndwi)進(jìn)行水域信息提取。
[0009] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有W下優(yōu)點: (1) 在提取湖泊水域信息之前,對經(jīng)過預(yù)處理的Landsat OLI多光譜遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了多 尺度圖像分割,把光譜特性、空間特征相似的像元劃分到一個對象,分類時,不再處理單獨 的像元,而直接處理劃分后形成的對象,提高了分類運算的處理效率,并且大大減輕了分類 后處理的工作量; (2) 本發(fā)明綜合使用了Landsat OLI多光譜影像數(shù)據(jù)第一、第二、第六波段的數(shù)據(jù),構(gòu)建 了2個尚未使用的歸一化植被指數(shù),同時,使用了已經(jīng)廣泛使用的改進(jìn)的歸一化水體指數(shù) MNDWI,=個水體指數(shù)共同進(jìn)行闊值分類,最終的結(jié)果為=個水體指數(shù)提取結(jié)果的并集,從 而提高了湖泊水域提取的精度和效率; (3) 采用本發(fā)明的湖泊水域信息提取步驟,提高了分類處理效率,并獲得較高的分類精 度,采用了不同湖泊進(jìn)行了驗證,本發(fā)明在快速提取湖泊水域的同時,取精度達(dá)到90%, kappa 系數(shù)為0.91。
【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的處理流程示意圖。
[0011] 圖2為實施例中局部實驗區(qū)的影像示意圖和圖像多尺度分割效果圖,其中(2a)為 洪澤湖區(qū)域局部遙感影像,(化)為遙感影像多尺度分割效果圖。
[0012] 圖3為圖2的湖泊水域信息提取效果圖。
【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)解決方案進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例W 本發(fā)明的技術(shù)解決方案為前提,詳細(xì)說明了實施方式和具體操作過程,但是,本發(fā)明的技術(shù) 解決方案保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
[0014]實施例:如圖1所示,采用W下步驟獲得洪澤湖區(qū)域水域信息數(shù)據(jù) (O使用ENVI軟件,對待分析的Landsat OLI多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)、幾何校正、大氣校 正、鑲嵌、剪裁預(yù)處理,包括如下具體內(nèi)容: (11) 使用遙感影像處理軟件對Landsat OLI原始數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo),如果遙感影像數(shù)量較 多,通過批處理的方式進(jìn)行; (12) 使用遙感影像處理軟件對步驟(11)中定標(biāo)后的多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行融合,將7個波段 的數(shù)據(jù)按照先后順序進(jìn)行融合,如果遙感影像數(shù)量較多,通過批處理的方式進(jìn)行; (13) 對于步驟(12)中融合后的數(shù)據(jù),根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的范圍,進(jìn)行剪裁、分幅、鑲嵌處理, 得到目標(biāo)區(qū)域的完整的多光譜數(shù)據(jù); (2) 設(shè)置合適的尺度參數(shù)C,使用易康軟件,采用多尺度圖像分割方法對經(jīng)過預(yù)處理的 Landsat OLI多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分割,將影像劃分為多個對象,每個對象中各個像元的光譜信 息相似或者相近; (3) 針對Lanrlsat OT.T《弁逆獄報的賠占.機下親.

綜合考虎第一、第二巧第六掘段中巧含的水體信息,構(gòu)建2個自定義歸一化水體指數(shù): 3于水域提取之中,改進(jìn)的歸一化水體指數(shù) 的計 其中,Coastal、Blue、Green、SWIRl分別為Landsat OLI多光譜數(shù)據(jù)中的第一、第二、第 =、第六波段上的地物反射率; (4) 預(yù)先設(shè)置水域提取闊值Tndwiis、TNDWI26、Tmndwi,分別為步驟(2 )中NDWI16、NDWI26、MNDWI 的闊值,在易康軟件中使用(NDWIi6〉= TNDm6)oKNDWl26〉= Tndwi26)oKMNDWI〉= Tmndwi)進(jìn)行 水域提取,并對提取的結(jié)果進(jìn)行分類后處理,得到最終的水域信息結(jié)果數(shù)據(jù); 巧)把步驟(4)中提取的水域范圍導(dǎo)出,生成水域矢量數(shù)據(jù); (6)使用步驟巧)生成的水域矢量數(shù)據(jù),剪裁步驟(13)得到的Landsat OLI多光譜影像, 獲得水域信息數(shù)據(jù)。
[0015] 圖2為實施例中局部實驗區(qū)的影像示意圖和圖像多尺度分割效果圖,其中(2a)為 洪澤湖區(qū)域局部遙感影像,(化)為遙感影像多尺度分割效果圖;圖3為圖2的湖泊水域信息 提取效果圖。
[0016] W上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想,不能W此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍,凡事 按本發(fā)明提出的技術(shù)思想,在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動,均落入本發(fā)明保護(hù)范圍之 內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 基于Landsat OLI多光譜影像的湖泊水域信息提取方法,其特征是:在分類提取信息 之前,采用圖像多尺度分割,將遙感影像分割成許多對象,每個對象包含光譜信息、空間結(jié) 構(gòu)特征相似的像元集合,綜合利用Landsat 0LI多光譜遙感數(shù)據(jù)中第一、第二、第三、第六波 段,構(gòu)建自定義NDWI,計算MNDWI,通過三種指數(shù),設(shè)定閾值,提取水域信息,導(dǎo)出連續(xù)水域?qū)?象,生成連續(xù)水域矢量數(shù)據(jù),使用連續(xù)水域矢量數(shù)據(jù)切割已處理的Landsat 0LI多光譜影 像,獲得水域信息數(shù)據(jù)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Landsat 0LI多光譜影像的湖泊水域信息提取方法,其特 征是它包括以下具體步驟: (1) 使用ENVI軟件,對待分析的Landsat 0LI多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行定標(biāo)、幾何校正、大氣校 正、剪裁、拼接預(yù)處理; (2) 設(shè)置合適尺度參數(shù),使用易康軟件,采用多尺度圖像分割方法對預(yù)處理的Landsat OLI多光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分割,影像劃分為多個對象,每個對象中各個像元的光譜信息相似; (3) 使用Landsat 0LI多光譜數(shù)據(jù)的第一、第二和第六波段構(gòu)建2個歸一化水體指數(shù):W i ; Τ' \ ν? ν i ?. / 在構(gòu)建自定義歸一化水體指數(shù)的同時,將改進(jìn)的歸一化水體指數(shù)應(yīng)用于水域提取之 中,改進(jìn)的歸一化水體指數(shù)的計算方法如下:其中,&^8七31、131116、6代611、3¥11?1分別為]^111(1831:01^1多光譜數(shù)據(jù)中的第一、第二、第 三、第六波段上的地物反射率; (4) 設(shè)置水域提取閾值Tw,使用上述三個水體指數(shù)提取水域,取三者范圍的最大集合, 為水域信息最終提取結(jié)果; (5) 導(dǎo)出連續(xù)水域?qū)ο?,生成連續(xù)水域矢量數(shù)據(jù); (6) 使用連續(xù)水域矢量數(shù)據(jù)切割步驟(1)中已處理的Landsat 0LI多光譜影像,獲得水 域信息數(shù)據(jù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Landsat 0LI多光譜影像的湖泊水域信息提取方法,其特 征是:所述步驟(2)中,進(jìn)行多尺度圖像分割方法的尺度參數(shù)設(shè)置為50。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于Landsat 0LI多光譜影像的湖泊水域信息提取方法,其特 征是:所述步驟(4)中,分別設(shè)定自定歸一化水體指數(shù)NDWI 16、NDWI26,以及改進(jìn)的歸一化水 體指數(shù) IVINDWI 的閾值 TnDWI16、T_I26、TmNDWI,米用條件(NDWIl6>= TnDWI16)〇KNDWI26>= TNDWI26)〇r (MNDWI>= T_Wi)進(jìn)行水域提取。
【文檔編號】G06T7/00GK105957079SQ201610271547
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】姜曉劍, 趙利琴, 李才生, 張跡, 汪偉, 劉乃森
【申請人】淮陰師范學(xué)院
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