[发明专利]一种基于直方图智能阈值和SRM辅助的遥感图像水体提取方法

说明书

本发明提供一种基于直方图智能阈值和SRM辅助的遥感图像水体提取方法。同传统的单波段阈值水体提取方法相比，本发明避免了水体提取过程中山体阴影所导致的假信息，从而提高了基于遥感图像提取水体信息的精度。本发明采取对遥感图像里具有诊断水体的近红外波段图像A，进行直方图统计，并选取恰当的阈值，进行阈值处理，识别和提取出水体信息A1。根据遥感影像成像时的太阳高度角、太阳方位角，对研究区的数字高程模型DEM计算得到地形阴影数据SRM。由SRM数据剔除掉阈值处理提取出的水体信息A1中所包含的山体阴影假异常信息，从而有效避免了山体阴影对基于遥感图像提取水体信息的干扰影响。同传统的水体提取方法相比较，本发明方法具有提取精度较高、快速有效且易于操作的优点。

技术领域

本发明涉及湖泊、河流等水域的提取领域，具体地讲是一种基于直方图智能阈值和SRM辅助的遥感图像水体提取方法。而湖泊体积、面积的计算，水深的探测，各种水体物质的提取，有机污染级别的判定，水体热效应的研究等，都是以良好的水体提取影像图作为基础，做进一步的专题研究。而基于直方图智能阈值和SRM辅助的遥感图像水体提取方法是一种能够有效解决当前问题的水体提取方法，易于提高水体提取的时间效率，易于避免山体本影、山体落影的影响，将水体高精度地提取出来。

背景技术

近年来由于气候变化及人类对湖泊进行过度开发，湖泊的生态环境受到严重破坏，因此湖泊水体的调查和监测对生态环境建设及湖泊资源的综合利用具有重要意义。而利用遥感数据来进行水资源的监测、调查和分析已逐渐成为一种必然的趋势。从遥感影像中快速、准确地提取水体信息，是进行水资源调查和监测的一种重要的方法和手段，并已经引起国内外诸多专家的关注和研究。

目前，基于卫星图像水体提取方法的研究主要集中于对光学遥感图像和微波图像的水体提取方法研究，主要有两类方法：一是目视解译法，二是计算机分类法。其中目视解译精度较高，受各种干扰因素的影响小。但要耗费解译者大量的时间和精力，且受个人先验知识影响严重，因而较少用于水体提取的研究。计算机分类法主要包括基于单波段和多波段的方法。

(1)单波段法：早期应用遥感影像提取水体信息主要采用单波段法。所用的遥感影像多为Landsat TM影像。Jupp等在对澳大利亚的Great Barrier Reef Marine Park进行研究时，采用阈值法对TM7波段设定阈值从而提取出水体。 Moller—Jensenml提出利用Landsat TM的CH445，CH535,建立水体提取模型，提取水体。由于水体在近红外波段对入射的太阳辐射几乎全部吸收，而其他地物则不然。所以可以利用水体的这一特性，选取影像中的某一波段，由阈值法或密度分割法确定水体阈值及信息，将水体提取出来。其优点在于单波段法是一种简单、易用的方法，它可以快速的完成水体的提取。但由于遥感影像中多种地物类型的共同存在，单纯依靠一个波段的信息很难将水体全部准确地提取出来，尤其是在单一波段里，以为地形起伏导致山体背光面区域反射率极低，往往接近水体的反射的光谱，必然导致遥感图像中大量山体阴影区域被错误的提取成为水体信息。

(2)基于多波段的植被指数法。该方法是基于，在夏季非水体的陆地区域(均被植被覆盖)，其植被指数值普遍显著高于水体区域的植被指数的原理，采用植被指数作为区分陆地和水体的特征指标来提取水体。丁莉东等利用MODIS 的第1和第2波段计算出归一化植被指数NDVI，通过设定NDVI的阈值，将 NDVI小于阈值的区域作为水体提取出来。这种方法的优点是耗费时间少，与植被混淆程度低。最大的缺点是无法将山体阴影区和水体区的光谱分离开来，因而山体和云的阴影区提取成为水体，必然导致提取的水体面积往往比实际的多。

(3)基于阈值的多波段谱间关系法：该方法利用了水体在特定的不同光谱范围内，具有特征性联系的特点，并据此来区分于陆地。周成虎等在对TM影像进行研究的过程中，发现只有水体具有波段2加波段3大于波段4加波段5 的特征，据此提出谱间关系模型：(TM2+TM3)(TM4+TM5)。该方法的优点是：比较适合地形起伏较小的地区，且精度较高。不足之处在于在实际操作中使用起来比较复杂，阈值的选取需要通过直方图来大致确定，然后需要通过反复实验，才能得到最佳阈值。且地域通用性差，对于不同的地域需选用不同的判别条件。