[发明专利]基于Landsat数据源的珊瑚岛礁遥感信息自动提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种遥感影像珊瑚岛礁自动提取方法，特别是涉及一种采用分阶段逐层次分解的方式建立了珊瑚岛礁遥感信息提取方法。

背景技术

珊瑚礁是生物多样性最高、最具生态价值的海洋生态系统，具有极高的经济价值、药用价值、旅游价值和科研价值。全面、快速、动态地开展珊瑚岛礁调查是一项非常重要的基础工作。传统的实地测量方法不仅费时费力，而且无法获得大范围的观测数据，特别是我国南海诸岛由于地理位置及国际形势的原因，开展实地调查尤为困难。遥感技术作为大范围的、实时的全球观测技术，是调查和监测大范围珊瑚礁状况的一种有效手段，通过运用不同类型的传感器，能够完成珊瑚礁群落分类、珊瑚礁群落变化监测、珊瑚礁白化监测、珊瑚礁水深测量等任务。目前，珊瑚岛礁遥感信息提取主要是借助目视解译方法和监督分类两种方式，而要满足大范围珊瑚岛礁动态监测的需求，遥感信息提取方法的自动化程度尚有待提高。

潘春梅等人于2002年在期刊《国土资源遥感》总第52期中发表“南沙群岛岛礁地形地貌TM影像特征分析”一文，具体根据南沙海区的地形地貌特征，利用Landsat卫星TM遥感图像，对不同的珊瑚礁、珊瑚沙发育状况和岛礁的地质特征与生态特征进行了分析，研究了水下礁、滩的物质组份、发育程度及TM影像特征，选择TM4、TM2、TM1波段图像组合，提出了岛礁分类方法，然而该方法仅仅提出理论参考和经验方法，难以正在实现全自动化岛礁提取处理。王小龙等于2005年在期刊《海洋科学进展》23卷第4期发表“基于光学遥感的海岛潮间带和湿地信息提取——以东沙岛(礁)为例”论文，利用多源卫星遥感数据和东沙岛水深地形图，结合东沙岛潮汐调和常数，确定潮间带和湿地的范围，用于提取潮间带和湿地的面积，该方法从一定角度上解决了岛礁边界划分以及分类的问题，然而，该方法仍然是基于人工的方法，无法实现大范围大数据量下的岛礁自动提取。栗敏光等于2010年在期刊《国土资源遥感》总第83期中发表“多源多时相遥感数据面向对象海岛识别方法探讨”论文，针对目视解译方法的不足，采用面向对象的自动分类方法实施海岛专题信息提取，并对多源多级遥感图像数据和多时相高分辨率光学图像数据，分别采取了不同的小目标识别与伪信息剔除策略，然而，论文仅仅提出一个探索性方法，以较小的实验区进行初步的实验，还无法真正应用于大范围下的珊瑚岛礁调查。

总体而言，珊瑚岛礁遥感调查还处于探索阶段，以利用TM、ETM+、SPOT等卫星遥感影像的手工、目视解译珊瑚岛礁为主。遥感影像处理过程中，以常规的商业化通用软件为主要工具手段，而具体珊瑚岛礁解译的算法精度、速度、质量及自动化程度还缺少相应的研究，研究工作还处于较低水平的重复劳动阶段，珊瑚岛礁遥感识别有待改善。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的是提供基于Landsat数据源的珊瑚岛礁遥感信息自动提取方法，快速有效地提取出陆地植被、灰沙/建筑、海藻/海草、浅水珊瑚、深水珊瑚5种珊瑚岛礁覆盖类型及开放水体背景信息。

2.本发明的技术方案如下：

原理：首先对遥感影像进行正规化处理，减小不同时相、不同轨道的遥感影像数据的光谱特征差异，正规化处理包括辐射定标和基于图像的遥感影像大气校正。然后对正规化处理后的影像进行Mean Shift空间滤波，以减轻条带和椒盐噪声。对影像第5波段进行直方图阈值分割，区分非高潮高地和高潮高地；对于高潮高地，利用NDVI进行直方图阈值分割，区分陆地植被和灰沙/建筑；对于非高潮高地，利用影像第3波段进行直方图阈值分割，区分低潮高地和非干出质底；对于低潮高地，利用NDVI进行直方图阈值分割，区分海藻/海草和浅水珊瑚；对于非干出质底，利用影像第1波段进行直方图阈值分割，区分深水珊瑚和开放水体。直方图阈值分割采用OTSU方法。

基于Landsat数据源的珊瑚岛礁遥感信息自动提取方法，包括以下步骤：

步骤1：对原始遥感影像进行辐射定标，将DN值转为辐射亮度值，定标公式为L＝DN×gain+bias，增益系数gain和偏移量bias采用美国地质调查局(United States Geological Survey，简称USGS)提供的同期参数；

步骤2：对定标后的遥感影像进行大气校正，将辐射亮度值转化为地表反射率，校正公式为：