[發(fā)明專利]一種基于角度約束和雙鄰域統(tǒng)計的內(nèi)陸?zhàn)B殖池提取方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310442246.3
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116542989A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 史曉非;申自洋;陳方圓;董國梁;焦翔宇;徐福;孔夢丹
• 申請（專利權(quán)）人: 大連海事大學(xué)
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/194;G06V20/13
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 吳婷婷;李洪福

本發(fā)明提供一種基于角度約束和雙鄰域統(tǒng)計的內(nèi)陸?zhàn)B殖池提取方法，包括：獲取Landsat?8圖像，對所述Landsat?8圖像進行預(yù)處理，并由經(jīng)預(yù)處理后的圖像提取水體區(qū)域；根據(jù)斷裂河流之間局部空間內(nèi)的切線角方向的相似性，對提取到的水體區(qū)域進行斷裂河流連接，從而獲取河流區(qū)域；針對河流區(qū)域附近的養(yǎng)殖池進行提取；針對湖泊和水庫周圍的養(yǎng)殖池進行提取；從方向相似性、幾何形狀相似性和面積奇異值三個方面對河流區(qū)域養(yǎng)殖區(qū)域、湖泊及水庫養(yǎng)殖區(qū)域進行判別，最終得到內(nèi)陸?zhàn)B殖池的提取結(jié)果。本發(fā)明利用雙角曲率特征與內(nèi)陸?zhàn)B殖池空間分布的方向、雙鄰域特性相結(jié)合的方法對內(nèi)陸?zhàn)B殖池進行了提取，提高了提取效率和精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機視覺技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，尤其涉及一種基于角度約束和雙鄰域統(tǒng)計的內(nèi)陸?zhàn)B殖池提取方法。

背景技術(shù)

內(nèi)陸?zhàn)B殖的產(chǎn)量占水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量的59％，目前仍是水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要方式之一，可以為我國提供優(yōu)質(zhì)的漁業(yè)產(chǎn)品并帶來了巨大的經(jīng)濟效益。然而，由于魚蝦等經(jīng)濟產(chǎn)品的養(yǎng)殖特點和養(yǎng)殖需求，內(nèi)陸?zhàn)B殖池絕大多數(shù)分布于河流、水庫、湖泊之中或周圍，這種分布特點也帶來了諸多不利影響，比如傳統(tǒng)水生動植物棲息地遭到破壞、淡水水質(zhì)惡化以及養(yǎng)殖池違規(guī)建造等問題，使得有必要及時提取內(nèi)陸?zhàn)B殖池的區(qū)域，以方便對其監(jiān)測。早期提取內(nèi)陸?zhàn)B殖池，多采用現(xiàn)場調(diào)查的方法，但是該方法的不足在于費時費力，難以對養(yǎng)殖池進行大規(guī)模的檢測和制圖工作。隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展，憑借其快速和覆蓋面積廣等優(yōu)勢逐漸取代了現(xiàn)場調(diào)查這樣傳統(tǒng)方法，從而受到眾多科研工作者的青睞。

由于內(nèi)陸?zhàn)B殖的形式不同，內(nèi)陸?zhàn)B殖池分為圍網(wǎng)養(yǎng)殖和內(nèi)陸池塘養(yǎng)殖兩種，目前大多數(shù)研究集中于內(nèi)陸湖泊的圍網(wǎng)養(yǎng)殖區(qū)提取。其中具有代表性的提取方法有基于紋理特征和主成分分析的方法，還有基于光譜信息、紋理信息和長時間序列相結(jié)合的方法，上述研究均取得了較好的提取結(jié)果。而對內(nèi)陸池塘養(yǎng)殖的研究則相對較少，有學(xué)者只選取了Landsat?8圖像和高分一號圖像中的梁子湖區(qū)域，利用人工水體的邊界更為規(guī)則的特點對湖泊周圍的內(nèi)陸?zhàn)B殖池和湖泊進行了區(qū)分。

然而，中等分辨率圖像下除湖泊以外的區(qū)域中水體類型和養(yǎng)殖池的位置分布復(fù)雜，使得內(nèi)陸?zhàn)B殖池塘的提取具有三個挑戰(zhàn)性，首先，內(nèi)陸?zhàn)B殖池塘與附近截斷河流的幾何形狀特征和方向性具有相似性，難以區(qū)分，這是由于圖像分辨率低且橋梁間隔，導(dǎo)致部分河流被截斷，此時被截斷的河流幾何形狀更為規(guī)則，更糟糕的是，被截斷的河流與其周圍的內(nèi)陸?zhàn)B殖池位置相鄰，導(dǎo)致二者的連通域方向具有相似性。其次，內(nèi)陸中存在許多小型的非養(yǎng)殖作用的池塘，分布極為廣泛，其和部分內(nèi)陸?zhàn)B殖池在幾何形狀特征具有相似性，使得內(nèi)陸?zhàn)B殖池的提取難度進一步加大。最后，人工水庫與內(nèi)陸?zhàn)B殖池因幾何特征相似而難以區(qū)分，原因在于水庫與內(nèi)陸?zhàn)B殖池均為人工水體，二者在形狀等幾何特征上具有較高的相似性，導(dǎo)致人工水庫在中等分辨率的圖像中易被誤分類為內(nèi)陸?zhàn)B殖池。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于角度約束和雙鄰域統(tǒng)計的內(nèi)陸?zhàn)B殖池提取方法。本發(fā)明利用雙角曲率特征與內(nèi)陸?zhàn)B殖池空間分布的方向、雙鄰域特性相結(jié)合的方法對內(nèi)陸?zhàn)B殖池進行了提取在kappa系數(shù)和IOU兩種評價指標(biāo)中均有至少5％以上的提高。

本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種基于角度約束和雙鄰域統(tǒng)計的內(nèi)陸?zhàn)B殖池提取方法，包括：

獲取Landsat-8圖像，對所述Landsat-8圖像進行預(yù)處理，并由經(jīng)預(yù)處理后的圖像提取水體區(qū)域；

根據(jù)斷裂河流之間局部空間內(nèi)的切線角方向的相似性，對提取到的水體區(qū)域進行斷裂河流連接，從而獲取河流區(qū)域；

針對河流區(qū)域附近的養(yǎng)殖池進行提取；

針對湖泊和水庫周圍的養(yǎng)殖池進行提取；

從方向相似性、幾何形狀相似性和面積奇異值三個方面對河流區(qū)域養(yǎng)殖區(qū)域、湖泊及水庫養(yǎng)殖區(qū)域進行判別，最終得到內(nèi)陸?zhàn)B殖池的提取結(jié)果。