[發明專利]一種高光譜影像水域自動提取方法

有效

• 申請號: 202011184880.4
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112329791B
• 公開（公告）日: 2022-12-27
• 發明（設計）人: 孫康;陳金勇;李方方;王敏;王士成;帥通
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所
• 主分類號: G06V10/40
• 分類號: G06V10/40;G06V10/26;G06V20/00
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

本發明公開了一種高光譜影像水域自動提取方法，屬于遙感圖像處理技術領域。該方法首先讀取高光譜圖像，解析數據的波段信息，計算各個像元的水體指數值；然后利用改進的OTSU方法進行水域自動分割閾值計算，獲取水域初次提取結果；接著在水域初次提取結果基礎上，提取水的光譜，進行光譜一致性分析，獲取各個像素與水體光譜的歐式距離；并以歐式距離作為加權值，進行協方差矩陣計算，在此基礎上進行約束能量最小化方法的水域提取；然后利用改進OTSU方法獲取水域二次提取結果；最后通過對水域初次提取結果和水域二次提取結果進行綜合分析，得到最終水域提取結果。本發明可全自動化進行，無需先驗知識和任何參數設置，具有較高的精度。

技術領域

本發明屬于遙感圖像處理技術領域，具體涉及一種高光譜影像水域自動提取方法。

背景技術

水作為一種人類賴以生存的重要物質，是維系生態系統穩定和健康性的決定性因子，是人類生存與發展的寶貴資源。如何科學準確地建立水資源環境的監測體系，從而掌握水體分布情況，為制定保護策略提供依據，已經成為遙感技術在環境保護領域應用的關鍵問題之一。

傳統的水域檢測方法是在水資源管理和經濟允許范圍內，通過架設監測站網，實現人工監測或自動監測記錄監測范圍內的水信息。采用這種監測方法只能保證獲取某個點內的水資源信息，并且依賴于人工看守和記錄，耗時耗力，效率低下。

遙感技術尤其是高光譜遙感技術不僅可以探測到多譜段、多時段和多角度的遙感圖像，還可以探測到不斷強化的遙感信息，獲得連續區域性同步信息，其中包含系統性、瞬時性或同步性等特性，極適用于大范圍和動態監測。利用高光譜遙感技術可以快速、準確的獲取整體水域分布信息，提高了水體監測工作的效率，降低監測成本。因此，研究自動化的高光譜影像水域提取問題具有重要意義。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種高光譜影像水域自動提取方法，其通過對水域的初次提取和二次提取結果進行綜合分析，能夠大幅提高水域提取的精度。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種高光譜影像水域自動提取方法，包括以下步驟：

步驟1，讀取高光譜圖像，解析其波段信息，計算圖像中各個像素的水體指數值；

步驟2，基于OTSU大津方法計算水域分割閾值，獲取水域初次提取結果；

步驟3，在水域初次提取結果基礎上，提取水體光譜，進行光譜一致性分析，獲取各個像素與水體光譜的歐式距離；

步驟4，以步驟3所得的歐式距離作為加權值，計算圖像的加權協方差矩陣，在此基礎上，利用約束能量最小化方法，對每個像素計算其為水域的概率；

步驟5，將步驟4的概率作為相應像素的亮度值，得到新的圖像，針對該新的圖像，基于OTSU大津方法再次計算水域分割閾值，獲取水域二次提取結果；

步驟6，對步驟2獲得的水域初次提取結果和步驟5獲得的水域二次提取結果進行綜合分析，得到最終的水域提取結果。

進一步的，所述步驟2的具體方式為：

步驟2a，將圖像各個像素按照亮度值從小到大的順序進行排列；

步驟2b，從最低亮度像素開始，計算閾值指標，直至最大亮度像素；閾值指標的計算方式如下：

其中，F(x)為閾值指標，n為圖像的像素總數，n₁,n₂分別為圖像中亮度值小于和大于x的像素數目；

步驟2c，以最大閾值指標對應的亮度值作為分割閾值；

步驟2d，按照分割閾值對圖像進行分割，即水體指數值大于分割閾值的像素為水域，否則為非水域。