[發明專利]一種基于極化雷達自身影像特征的水體提取方法及系統

有效

• 申請號: 202210313593.1
• 申請日: 2022-03-28
• 公開（公告）號: CN114677401B
• 公開（公告）日: 2022-10-21
• 發明（設計）人: 何穎清;馮佑斌;李嵐斌;盧陳;唐慶忠;熊龍海;楊敏;趙敏;陳黎;李萬能;吳丹;潘洪洲;吳俊涌;張嘉珊;劉茉默
• 申請（專利權）人: 珠江水利委員會珠江水利科學研究院
• 主分類號: G06T7/136
• 分類號: G06T7/136;G06T5/40
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 張金福

本發明提供一種基于極化雷達自身影像特征的水體提取方法及系統，根據不同極化條件下的后向散射系數統計直方圖的雙峰特征，依據預設的自動閾值提取算法，定位到雙峰之間的谷底位置，提取局部最小值作為原極化雷達影像的水體閾值；計算不同極化雷達影像水體閾值之差的均值，作為閾值偏移量；針對雙峰特征較弱的極化方式，在其后向散射系數上疊加閾值偏移量，使不同極化雷達影像的后向散射系數直方圖在局部最小值處重疊；比較每個像元在不同極化方式中的后向散射系數大小，取最小值構成一景新影像；最后構建水體提取指數，并計算水體閾值，提取圖幅范圍內的水體像元。本發明不需要外部DEM即可消山體陰影的影響，實現影像圖幅范圍內的水體高精度提取。

技術領域

本發明涉及洪澇災害監測領域，更具體地，涉及一種基于極化雷達自身影像特征的水體提取方法及系統。

背景技術

星載合成孔徑雷達系統(SyntheticAperture Radar,SAR)成像時不依靠太陽光，使用波長較長的電磁波探測地物，受云、雨、霧等天氣的影響較小，具有全天時、全天候獲取地表信息的優勢，能夠彌補光學遙感的局限性，非常適用于對洪澇災害的及時監測，是研究洪澇災害的有效工具。

雷達遙感系統常用的極化電磁波有兩種：水平極化(H)和垂直極化(V)，傳統單極化雷達只能發射和接收一種極化波，如HH(水平發射、水平接收)或VV(垂直發射、垂直接收)。在有限的波譜信息下很容易將水體與裸地、廣場，以及停車場等地物混淆。而極化雷達可以同時發射和接收多種極化波，即HH，HV(水平發射、垂直接收)，VH(垂直發射、水平接收)和VV，可以提供多個圖像通道。因此，與傳統單極化雷達相比，極化雷達可以獲取更多的目標散射信息，實現更高精度的地物信息提取。

在水體提取方面，基于極化雷達影像的算法一般分為閾值分割、面向對象、機器學習三類。其中，面向對象考慮了地物的紋理、顏色特征，水體提取結果的連續性較強，不易受影像斑點噪聲的影響；機器學習則因較強的特征提取能力，可以獲得精度較高的提取結果。但是，成功應用上述方法的前提是高質量的訓練數據和扎實的模型參數調整能力。因此，這兩種方法的應用多見于學術論文中的小區域示范。

而閾值分割法因計算速度快、算法簡易的優點，在諸如洪水淹沒范圍提取的應急響應中的具有較廣泛的應用。例如，賈詩超等(2019)通過兩個極化波段構建了SDWI指數來提取水體信息，李景剛等(2010)通過改進的OTSU算法實現水體提取。但是，該方法易受山體陰影等低回波地物的干擾，提取精度不高。目前普遍的改進方法是借助DEM(數字高程模型，Digital Elevation Model)數據，通過閾值分割生成山體掩膜，濾去初始的水體指數提取結果。這種做法一方面需要額外的數據輸入，計算量較大；另一方面引入了第二套數據的閾值分割結果，存在新的誤差。

發明內容

本發明的目的在于克服基于極化雷達影像提取水體時，閾值分割法易受山體陰影干擾的缺點，提出一種基于極化雷達自身影像特征的水體提取方法。該方法充分利用了極化雷達影像自身回波信號的統計特征，在不需要外部DEM輸入的情況下，即可消山體陰影的影響，實現影像圖幅范圍內的水體高精度提取。

為解決上述技術問題，本發明的技術方案如下：

本發明提供一種基于極化雷達自身影像特征的水體提取方法，包括以下步驟：

S1：根據需要開展水體提取的時間、地點，選擇相應的極化雷達影像并完成預處理，得到不同極化條件下的后向散射系數σ；

S2：繪制不同極化條件下的后向散射系數σ的統計直方圖，根據統計直方圖的雙峰特征，依據預設的自動閾值提取算法，定位到雙峰之間的谷底位置，提取局部最小值作為原極化雷達影像的水體閾值；

S3：計算不同極化雷達影像水體閾值之差的均值，取該均值的絕對值作為閾值偏移量t_Δ；