[發明專利]一種基于多尺度區域生長的地表線狀水體的提取算法

有效

• 申請號: 202010111031.X
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111339909B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 金松;劉永學;孫超;劉永超;陸婉蕓;李慧婷;許文軒;趙冰雪;吳偉;董雁佇
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10;G06V10/50;G06V10/762;G01N21/17;G01N21/31
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔡晶晶

1.一種基于多尺度區域生長的地表線狀水體的提取算法，包括以下步驟：

第一步、準備多光譜衛星影像，并進行大氣校正，消除大氣散射和吸收的影響，并利用目標區域矢量文件對影像進行掩膜操作，裁剪感興趣區；

第二步、利用影像的綠光波段和近紅外波段進行歸一化水體指數運算，得到NDWI圖像，突出目標區線狀水體信息；

第三步、根據光譜偏差修正模糊C均值聚類算法對所述NDWI圖像進行聚類運算，進一步增強線性河流灰度值，得到BCFCM圖像；

第四步、設定與河流寬度相關的N個像元尺度σ為卷積尺度，利用Hessian矩陣的Frangi濾波算法對BCFCM圖像進行濾波處理，得到河流響應圖L和方向圖D，其中，河流響應圖L由N個圖層疊置而成，每個圖層對應一個尺度σ，尺度σ從大到小依次排列；

第五步、選取河流響應圖L中的亮度值前1％的點作為最大尺度的初始種子點，并在對應圖層中目視選取若干種子點；

第六步、建立區域生長原則，對種子點進行生長，其收斂條件為：對于種子點q，若其同一尺度的八鄰域像元p同時滿足下述兩式，則像元p被判定為水體像元：

式中，D(p)、D(q)分別為像元p、q處的方向信息，從方向圖D直接獲得，L(p)為像元p的河流響應，從河流響應圖L中直接獲得，η是水體區域生長的關鍵閾值，其取值為0.8；

第七步、將生長出的水體像元作為下一個尺度的種子點，并利用第六步的生長原則繼續生長，不斷重復本步驟，直到最后一個尺度的水體像元生長完畢；

第八步、創建10*10的滑動窗口，窗口中亮度值最大的像元q為確定的水體像元，其亮度值為I(q)，從BCFCM圖像中直接獲得，若I(q)≥M，則像元q為大尺度亮線性水體，否則為小尺度微弱水體，M的為BCFCM圖像灰度直方圖的前20％像元值；

對于窗口內的像元p，若滿足下述下式，則像元p被判定為待定的水體像元，并剔除不滿足下式的像元

式中，D(p)、D(q)分別為像元p、q處的方向信息，從方向圖D直接獲得；

若窗口中亮度值最大的像元q為大尺度亮線性水體，則判斷待定的水體像元p的亮度值I(p)，若I(p)≥T₁，則水體像元p為確定的水體像元進行保留，否則為噪聲進行刪除，T₁為設定大尺度灰度閾值，取值范圍為：BCFCM圖像灰度值直方圖的第50％-60％像元值；

若窗口中亮度值最大的像元q為小尺度微弱水體，則判斷待定的水體像元p的亮度值I(p)，若I(p)≥T₂，則水體像元p為確定的水體像元進行保留，否則為噪聲進行刪除，T₂為設定小尺度灰度閾值，取值范圍為BCFCM圖像灰度值直方圖的80％像元值；

第九步、對由確定的水體像元構成的圖像進行二值化處理，得到多尺度河流分布圖。

2.根據權利要求1所述的基于多尺度區域生長的地表線狀水體的提取算法，其特征在于：歸一化水體指數的計算公式如下：

式中，ρ₂為綠光波段的強度值，ρ₈為近紅波段的強度值。

3.根據權利要求1所述的基于多尺度區域生長的地表線狀水體的提取算法，其特征在于：所述多光譜衛星影像為分別率10m的Sentinel-2A影像。

4.根據權利要求1所述的基于多尺度區域生長的地表線狀水體的提取算法，其特征在于：所述光譜偏差修正模糊C均值聚類算法的系統參數v_i設置為[0.6,-0.6]，最大迭代次數設為1000，鄰域像元影響參數α設為50。

5.根據權利要求1所述的基于多尺度區域生長的地表線狀水體的提取算法，其特征在于：N個尺度σ為1-10的自然數。

6.根據權利要求1所述的基于多尺度區域生長的地表線狀水體的提取算法，其特征在于：尺度σ取1,3,5,7,9或2,4,6,8,10。