[发明专利]高分辨率遥感图像新增建设用地变化图斑自动提取的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像处理方法，特别涉及一种高分辨率遥感图像新增建设用地变化图斑自动提取的方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的高速发展以及人口的快速增长，城市规模在不断扩大，建设用地面积激增。城镇建设用地的不断增加，在不同程度上占用了耕地资源。目前我国实行最严格的耕地保护政策，各级政府部门迫切需要掌握准确的土地利用变化信息，特别是农用地转变为建设用地的情况。此外，及时准确的建设用地变化信息对于城市规划、城市扩展、城市环境（热岛效应、城市水文特征）等研究和应用领域具有重要价值。随着遥感技术的发展，遥感图像的空间分辨率不断提高，利用高空间分辨率遥感图像检测土地利用变化信息，实现建设用地的动态监测与监察，已成为解决这一问题的主要手段。

目前高分辨率遥感图像空间分辨率已达到亚米级，如QuickBird、WorldView、GeoEye等，其纹理信息丰富，但光谱分辨率却略显不足。针对中低分辨率遥感图像的变化检测方法多利用图像的光谱信息探测变化像元，在高分辨率遥感图像中，建设用地由于其结构、物质组成显著不同，其光谱特征差异明显，单纯利用光谱特征并不能完整地提取建设用地的变化信息。由于高分辨率遥感图像的细节信息丰富，需要充分挖掘图像中的空间纹理信息，探寻建设用地空间纹理的有效表征，提高变化检测的精度。

变化检测方法主要包括分类后比较和直接比较两大类，前者能直接获得变化图斑的属性信息，但结果受制于图像分类的精度且图像分类过程费时费力，在实际应用中多采用直接比较的方法获取土地利用变化信息，如差值法、比值法、变化向量法等。直接比较的变化检测方法运算速度快，且能有效探测土地利用变化信息，但通过该方法获得的土地利用变化信息中往往包含多种土地利用变化类型，而在国土资源、城市规划等应用领域中最为关心的是新增建设用地变化图斑，因此在这些的应用领域中，需要在获得的土地利用变化图斑中进一步筛选出新增建设用地变化图斑。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种从高分辨率遥感图像中自动提取新增建设用地变化图斑的方法，主要解决提取新增建设用地这一问题，同时具有探测建设用地内部变化的能力。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种高分辨率遥感图像新增建设用地变化图斑自动提取的方法，其特征在于包含如下步骤：

（1）输入同一区域不同时期的两幅高分辨率遥感图像，进行几何精校正与相对辐射校正；

（2）分别计算两期图像各波段的纹理特征，将该纹理特征与图像的光谱特征逐波段进行差值运算获得差值图像，对差值图像进行阈值分割，并将获得的各波段二值结果图进行逻辑合并；

（3）对所述步骤（2）中逻辑合并后的二值结果图依次进行形态学闭运算、孔洞填充和小面积图斑去除处理，获得土地利用变化图斑；

（4）对所述步骤（3）中的土地利用变化图斑进行区域标记以生成图斑对象，计算新时期遥感图像中各图斑对象的纹理特征，该纹理特征包括纹理均值和内外纹理差异，将各图斑对象的纹理均值和内外纹理差异分别与设定的第一阈值和第二阈值比较，若图斑对象的纹理均值大于第一阈值或图斑对象的内外纹理差异大于第二均值，则将该图斑对象视为新增建设用地变化图斑。

进一步地，所述步骤（2）中的纹理特征是指遥感图像各波段灰度共生矩阵纹理的方差特征。

进一步地，所述步骤（2） 中的阈值分割采用均值标准差法，将满足判别条件的像元视为变化像元，赋值为1，否则视为无变化像元，赋值为0，判别公式为：

式中，和分别为阈值分割前后的像元值，M和STD分别为差值图像的均值和标准差，T为需要通过人工设定的倍率值（建议取值范围为[-2，2]）。

进一步地，所述步骤（2）中各波段二值结果图的逻辑合并指在各波段差值图像进行阈值分割后生成的二值结果图中，只要有一个波段的像元值为1，则将该像元视为变化像元。

进一步地，所述步骤（4）中采用区域标记的方法追踪相互连通的土地利用变化像元生成土地利用变化图斑对象，图斑对象的纹理特征是指新时期遥感图像中灰度共生矩阵纹理的方差特征，图斑对象的内外纹理差异指图斑对象外层像元纹理均值与内层像元纹理均值的差异。内层像元的获取方法为对图斑对象进行形态学腐蚀操作，腐蚀结果为内层像元。外层像元则为被腐蚀的像元集合。

进一步地，所述步骤（1）中几何精校正方法为多项式几何模型法，相对辐射校正方法为直方图匹配法。