[發(fā)明專利]一種利用光譜遙感圖像識(shí)別海上人工設(shè)施的方法

有效

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• 申請日: 2017-10-16
• 公開（公告）號: CN107704835B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳進(jìn);詹明;劉翔;暢磊;陳東
• 申請（專利權(quán)）人: 北京市遙感信息研究所
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46
• 代理公司: 長沙楚為知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43217
• 代理人: 李大為

本發(fā)明公開了一種利用光譜遙感圖像識(shí)別海上人工設(shè)施的方法。對高光譜數(shù)據(jù)預(yù)處理后進(jìn)行異常檢測，獲取疑似目標(biāo)。然后在光譜域進(jìn)行提取波段比值和光譜導(dǎo)數(shù)等光譜特征，在圖像域利用紅波段的幾何紋理清晰特點(diǎn)，提取目標(biāo)圖像直線和圓特征，最后通過融合分析識(shí)別感興趣目標(biāo)的方法。本發(fā)明所提供的方法填補(bǔ)了利用遙感圖像自動(dòng)識(shí)別海上人工設(shè)施的空白。適用于高光譜傳感器對海上人工設(shè)施的檢測識(shí)別，在多光譜圖像上也可適用，具有良好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用光譜遙感圖像識(shí)別海上人工設(shè)施的方法，屬于遙感圖像智能識(shí)別的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

管理、維護(hù)與利用海域中的島礁是國家主權(quán)的重要內(nèi)容之一，探明海域內(nèi)的海上人工設(shè)施，對于保障海上正常航行、開發(fā)利用與維護(hù)國家海洋權(quán)益都有重要意義。由于歷史的種種原因，我國南海海上人工設(shè)施的了解還遠(yuǎn)沒有滿足實(shí)際的需求。隨著東海、南海等海域內(nèi)主權(quán)爭端和開發(fā)利用需求的升溫，探明我海域海上人工設(shè)施情況的需求也越來越迫切。

探明我海域海上人工設(shè)施情況有兩大類方法：一類是基于船只抵近獲取的傳統(tǒng)探測方法，由于該方法必須利用船只抵近勘探，難以在船只無法到達(dá)的海域開展探測(例如在存在主權(quán)歸屬爭議的島嶼附近)。另一類是基于遙感的探測方法，該方法無需抵近勘探，適用于任何海域。

目前，基于遙感探測人工設(shè)施的方法主要還是依賴人工判圖，無法大規(guī)模大范圍判明人工設(shè)施，特別是小型人工設(shè)施受遙感空間分辨率影響，可能會(huì)存在幾個(gè)像素甚至亞像素的情況，這時(shí)人工判圖基本無效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，利用現(xiàn)有的遙感成像手段，提供一種利用光譜遙感圖像識(shí)別海上人工設(shè)施的方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種利用光譜遙感圖像識(shí)別海上人工設(shè)施的方法，包括如下步驟：

(1)背景分析：獲取所要檢測人工設(shè)施的相關(guān)信息，包括大小、形狀和材質(zhì)；

(2)異常檢測：根據(jù)步驟(1)中獲取的所要檢測人工設(shè)施的大小與遙感圖像空間分辨率大小的對比，分為純像素異常檢測和亞像素異常檢測，將檢測出的異常結(jié)果根據(jù)人工設(shè)施的大小進(jìn)行初步篩選，濾除過大和過小的結(jié)果，剩余的檢測結(jié)果即為疑似目標(biāo)；

(3)光譜特征提取：由于海水的光譜曲線較為平緩，而水下礁灘在近紅外部分幾乎不反射任何光線，因此水下礁灘的光譜曲線在近紅外部分會(huì)有明顯下降梯度,所以采用近紅外波段與紅波段的波段比值用于鑒別水下礁灘與海水；由于海上人工設(shè)施與水上礁灘的光譜沒有固定的差異，且不同材質(zhì)的礁灘光譜曲線變化復(fù)雜，因此采用光譜導(dǎo)數(shù)挖掘海上人工設(shè)施與水上礁灘的光譜鑒別特征；最后，采用特征選擇方法對波段比值與光譜導(dǎo)數(shù)特征進(jìn)行篩選，得到有效的光譜特征；

(4)圖像特征提取：海上人工設(shè)施具有明顯的幾何特征，由于紅波段圖像受大氣散射的影響較小，地物影像清晰，對人文地物判讀有利，不同地質(zhì)構(gòu)造的邊界在圖像上有顯示的反映，因此只在紅波段圖像對海上人工設(shè)施進(jìn)行幾何特征的提取；

(5)由于海上人工設(shè)施必須同時(shí)具備露出海面以及一定形狀的特點(diǎn)，因此采用步驟(3)得到的光譜特征和步驟(4)得到的圖像特征與步驟(2)得到的疑似目標(biāo)進(jìn)行光譜匹配和圖像匹配，當(dāng)同時(shí)滿足光譜匹配和圖像匹配條件的疑似目標(biāo)即為人工設(shè)施。

所述背景分析前對高光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要采用包括去除水吸收波段的方法去除噪聲過大的波段。

步驟(3)中，特征選擇方法主要是選擇海上人工設(shè)施內(nèi)部差異小和與非人工設(shè)施間差異大的特征，非人工設(shè)施主要包括海水、水下礁灘、水上礁灘，其中選擇與非人工設(shè)施間差異和海上人工設(shè)施內(nèi)部差異比值較大的一組特征參與后續(xù)的光譜匹配。

步驟(3)中的一階光譜導(dǎo)數(shù)定義為：