一种基于全色遥感影像的城市水体提取方法
【专利摘要】本发明公开一种基于全色遥感影像的城市水体提取方法，通过遥感影像预处理、最优尺度选取、均变纹理生成和最优阈值分割四个步骤最终获得所需提取的城市地区的水体信息。本发明计算方法简单，运算量较小，并且最终提取结果较为精准，能够应用于城市规划、环境科学、地理信息制图等多个领域。
【专利说明】一种基于全色遥感影像的城市水体提取方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种图像信息提取方法，具体涉及一种基于全色遥感影像的城市水体提取方法。
【背景技术】
[0002]城市水体作为一种重要的空间地物和自然资源，对于城市规划、环境科学和城市遥感制图都发挥着不可或缺的作用。近年来，随着卫星遥感技术的发展和各种空间地物提取算法的出现，水体提取方法不断进步，在各项研究中得到了广泛应用。目前，常用的水体提取算法都是基于多光谱遥感影像如SPOT和TM遥感影像，使用光谱变换生成各种水体指数，然后通过监督分类或者阈值分割进行水体提取，但是少有基于全色遥感影像和针对城市地区水体提取的算法。
[0003]针对水体提取问题，目前少有针对全色遥感影像和城市区域的提取算法，并且一般仅利用了光谱信息，没有考虑到纹理特征，没能够充分利用遥感影像的结构化特征，未能够最大化利用遥感中丰富的信息。
[0004]因此，提出基于全色遥感影像并且针对城市区域的水体提取算法非常有意义，也会对同类研究起到积极作用。
【发明内容】
[0005]发明目的:为解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于全色遥感影像的城市水体提取方法。
[0006]技术方案:本发明的一种基于全色遥感影像的城市水体提取方法，包括以下步骤:
[0007](I)遥感影像预处理:利用中值滤波抑制遥感影像中的噪声；
[0008](2)最优尺度选取:在经步骤(1)预处理的图像中，选定最小尺度、最大尺度以及尺度变化步长，依次计算全局平均方差，求得最优空间尺度；
[0009](3)均变纹理生成:依据步骤(2)中所得的最优空间尺度，遍历遥感影像中的各个像素，分别计算均变方差，进而生成遥感影像的均变方差纹理图；
[0010](4)最优阈值分割:基于步骤(3)中所得遥感影像的均变方差纹理图，人工选定分割阈值，对方差纹理图进行分割，选取大于给定面积阈值的斑块，进行闭运算，获得最终水体信息。
[0011]进一步的，所述步骤(2)中确定最优尺度的详细步骤如下:
[0012](I)确定最小尺度scale_min,最大尺度scale_max以及尺度变化步长scale_step，考虑到尺度过大之后会造成图像中出现明显的边缘效应，因此过大的尺度不予考虑，例如本发明中各项参数选取如下:scale_min=l, scale_max=ll, scale_step=2 ；
[0013](2)对于第 k 个空间尺度 scalek=scale_min+scale_step*(k_l),其中，k=l, 2,…，(scale_max-scale_min)/scale_step+l,在原始遥感影像上设置一个大小为(2*scalek+l) X (2*scalek+l)的窗口，不断移动该窗口，对原始图像im中第i行第j列的像元 im(i, j)，窗口中的所有像元光谱值记为 im(1-scalek:1_scalek, j_scalek: j_scalek)，然后计算窗口中所有像元光谱值的方差imvar(i，j, k)
【权利要求】
1.一种基于全色遥感影像的城市水体提取方法，其特征在于包括以下步骤: (1)遥感影像预处理:利用中值滤波抑制遥感影像中的噪声； (2)最优尺度选取:在经步骤(1)预处理的图像中，选定最小尺度、最大尺度以及尺度变化步长，依次计算全局平均方差，求得最优空间尺度； (3)均变纹理生成:依据步骤(2)中所得的最优空间尺度，遍历遥感影像中的各个像素，分别计算均变方差，进而生成遥感影像的均变方差纹理图； (4)最优阈值分割:基于步骤(3)中所得遥感影像的均变方差纹理图，人工选定分割阈值，对方差纹理图进行分割，选取大于给定面积阈值的斑块，进行闭运算，获得最终水体信肩、O
2.根据权利要求1所述的基于全色遥感影像的城市水体提取方法，其特征在于:所述步骤(2)中确定最优尺度的详细步骤如下: (1)确定最小尺度scale_min,最大尺度scale_max以及尺度变化步长scale_step； (2)对于第k 个空间尺度 scalek=scale_min+scale_step* (k_l)，其中，k=l, 2,…,(scale_max-scale_min) / scale_step+l,在原始遥感影像上设置一个大小为(2*scalek+l) X (2*scalek+l)的窗口，不断移动该窗口，对原始图像im中第i行第j列的像元 im(i, j)，窗口中的所有像元光谱值记为 im(1-scalek:1_scalek, j_scalek: j_scalek)，然后计算窗口中所有像元光谱值的方差imvar(i，j, k):
3.根据权利要求1所述的基于全色遥感影像的城市水体提取方法，其特征在于:所述步骤(3)中遥感影像均变方差纹理图的具体生成方法如下: (1)依据所得的最优空间尺度Scalebest,在原始遥感影像上设置一个大小为(2*scalebest+l) X (2*scalebest+l)的窗口 ； (2)不断移动该窗口，对于像元im(i,j),窗口中的所有像元光谱值记为im(1-scalebest: 1-scalebest, j-scalebest: j-scalebest),每个窗口 中的像元总个数记作 N= (2*scalebest+l) * (2*scalebest+l)，将其按照列方向排列记作imN，将窗口中所有像元的行坐标和列坐标依次记作 rowN 和 colN ； (3)依此对每个窗口中的所有像元的光谱值进行最小二乘平面拟合，拟合方程为:Ax+By+Cz+1=0，将待拟合的N个像元表示成以下矩阵形式:
4.根据权利要求1所述的基于全色遥感影像的城市水体提取方法，其特征在于:所述步骤(4)中最优阈值分割的具体步骤如下: (1)将方差纹理图中，由均变方差纹理图的灰度直方图确定影像中的水体和非水体的纹理值分布，从而获得分割阈值； (2)在步骤(1)中确定的分割阈值中，根据实际情况确定一个面积阈值用于抑制微小斑块，依次遍历每一个斑块，计算其面积，如果该斑块的面积小于该阈值，则去除该斑块，否则保留该斑块； (3)基于上述结果，进行闭运算，用于填充水体中的微小空洞，至此，已经得到最终的水体信息；通过另设一个面积阈值，保留面积大于给定阈值的水体区域，进而显示面积较大的水体。
【文档编号】G06T7/00GK103761717SQ201410037069
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】徐南, 马符讯, 马成, 严朝霞, 徐大钊, 贾涛, 李代云, 艾斯卡尔·阿不力米提, 黄卓 申请人:河海大学