一种基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于归一化植被指数(NDVI)和建筑物存在指数(PanTex)的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法，包括：输入前后时相高分辨率遥感影像，进行几何精校正和相对辐射校正；计算前后时相的NDVI和PanTex图像；对两期NDVI和PanTex图像分别进行非监督聚类；利用两期NDVI聚类图像，提取植被到建筑物、推填土的二值变化图像；利用两期PanTex聚类图像，提取植被、推填土到建筑物的二值变化图像；提取干扰地物区域；将提取的两幅变化图像并集运算，并将干扰地物掩膜去除，得到新增建设用地图像；分割后时相影像；计算每个分割图斑内的变化像素比例，提取的新增建设用地图斑。本发明能有效提取三类新增建设用地图斑，为土地利用变更调查提供辅助信息。
【专利说明】—种基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法
【技术领域】
[0001]本发明属于遥感影像处理【技术领域】，主要涉及土地利用变化检测中的新增建设用地检测方法，具体涉及一种基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法。
【背景技术】
[0002]土地利用/覆盖情况是人类和土地相互作用的综合结果。同时，作为各种资源管理和地理信息服务所需要的最基本数据，土地利用/覆盖信息的获取、分析和更新，显得尤为重要。
[0003]遥感影像数据以其宏观性、实时性，一直以来都是进行土地利用/覆盖及其变化检测的最重要手段。高分辨率遥感影像由于携带更多用于影像分析的细节信息，已成为土地利用/覆盖变化信息获取的重要数据源。然而一方面，影像数据量的增加和人工解译效率低成本高的矛盾更加突出；另一方面，由于高分辨率遥感影像本身具有的特点，使得传统的遥感影像分析和变化检测方法并不一定适用于高分辨率遥感数据的分析。可以说高分辨率遥感影像为土地利用/覆盖变化检测提供了更丰富信息的同时也带来了更多挑战。
[0004]从技术层面来看，现有的土地利用/覆盖变化检测方法可以分为像素级和对象级两类。像素级变化检测方法通过对前后时相影像进行逐像素分析来提取影像上发生变化的部分。这类方法对不同时相影像数据的几何校正和辐射校正精度要求较高，提取的变化像素易受噪声影响。对象级变化检测方法是指首先通过分割得到同质区域(对象)，然后提取对象特征，最后进行对象比较以提取变化对象。基于对象的变化检测方法以对象为基本单元，可以充分利用对象所固有的尺寸、形状和上下文信息。但基于对象的变化检测方法的难点在于对象的获取和寻找有利用变化检测的特征组合。常用的特征包括各种指数、形状和上下文信息、纹理，梯度等。在使用时，单独使用某一特征进行变化检测都可能造成漏检或误检，因此，应综合利用多特征实现变化检测。
[0005]以影像实际发生的客观变化为依据，新增建设用地的检测目标可以分为以下三种类型:①前时相影像为植被覆盖，后时相有明显建筑痕迹；②前时相为植被覆盖，后时相有建设推填土痕迹前时相有推填土痕迹，后时相有明显建设痕迹。因此,应针对这三种类型选取合适的特征组合，以实现高分辨率遥感影像新增建设用地图斑的自动提取。
【发明内容】
[0006](一)发明目的
[0007]本发明的目的是:针对高分辨率遥感影像新增建设用地的检测，提供一种基于光谱、纹理信息和分割的新增建设用地图斑自动提取方法，能够提取三种类型的新增建设用地图斑。
[0008]( 二 )技术解决方案[0009]本发明提供了一种基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法，包含以下步骤:
[0010]步骤1、对不同时相的高分辨率遥感影像进行几何精校正和相对辐射校正；
[0011]步骤2、利用经过所述步骤I处理后的两期影像的多光谱波段，计算两期NDVI图像；利用经过所述步骤I处理后的两期影像的全色波段，计算两期PanTex图像；
[0012]步骤3、对所述步骤2中得到的两期NDVI图像分别进行两类非监督聚类，聚类结果为植被和非植被；对所述步骤2中得到的两期PanTex图像分别进行两类非监督聚类，聚类结果为建筑物和非建筑物；
[0013]步骤4、对所述步骤3中得到的NDVI聚类影像，提取耕地到推土、建筑物的变化图像；对所述步骤3中得到的PanTex聚类影像，提取耕地、推土到建筑物的变化图像；
[0014]步骤5、利用经过所述步骤I处理后的两期影像，通过阈值法提取干扰地物，包括暗干扰地物，如水体、阴影，亮干扰地物，如云、噪声；
[0015]步骤6、将所述步骤4中得到的两部分变化结果图像进行并集运算，并将由于干扰地物造成的伪变化区域掩膜去除，得到包含三种类型的新增建设用地的二值结果图像；
[0016]步骤7、对后时相影像进行分割，提取均值图斑对象；
[0017]步骤8、将所述步骤7中得到的分割图斑和步骤6中得到的新增建设用地变化检测结果图像进行叠置，计算每个图斑内的变化像素比例，将比例超过设定阈值的图斑提取出来，作为新增建设用地变化图斑。
[0018]所述步骤2中的NDVI能够很好的区分植被与非植被，其计算公式如下:
[0019]
【权利要求】
1.一种基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法，其特征在于包含以下步骤: 步骤1、对不同时相的高分辨率遥感影像进行几何精校正和相对辐射校正； 步骤2、利用经过所述步骤I处理后的两期影像的多光谱波段，计算两期NDVI图像；利用经过所述步骤I处理后的两期影像的全色波段，计算两期PanTex特征图像； 步骤3、对所述步骤2中得到的两期NDVI图像分别进行两类非监督聚类，聚类结果为植被和非植被；对所述步骤2中得到的两期PanTex图像分别进行两类非监督聚类，聚类结果为建筑物和非建筑物； 步骤4、对所述步骤3中得到的NDVI聚类影像，提取耕地到推土、建筑物的变化图像；对所述步骤3中得到的PanTex聚类影像，提取耕地、推土到建筑物的变化图像； 步骤5、利用经过所述步骤I处理后的两期影像，通过阈值法提取干扰地物，包括暗干扰地物，如水体、阴影，亮干扰地物，如云、噪声； 步骤6、将所述步骤4中得到的两部分变化结果图像进行并集运算，并将由于干扰地物造成的伪变化区域掩膜去除，得到包含三种类型的新增建设用地的二值结果图像； 步骤7、对后时相影像进行分割，提取均值图斑对象； 步骤8、将所述步骤7中得到的分割图斑和步骤6中得到的新增建设用地变化检测结果图像进行叠置，计算每 个图斑内的变化像素比例，将比例超过设定阈值的图斑提取出来，作为新增建设用地变化图斑。
2.如权利要求1所述的基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法，其特征在于，所述步骤2中的PanTex特征是指:利用高分辨率遥感影像的全色波段对多个方向计算灰度共生矩阵纹理的对比度特征，得到对应于各个方向的多幅特征图像，然后将每个像素赋值为各幅特征图像的最小值。
3.如权利要求1所述的基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法，其特征在于，所述步骤3中的非监督聚类算法均采用K均值算法，得到的结果为二值图像。对NDVI图像聚类时，认为NDVI值较高的一类为植被，赋值为1，值较低的一类为非植被，赋值为O ;对PanTex图像聚类时，认为PanTex值较高的一类为建筑物，赋值为1，值较低的一类为非建筑物，赋值为O。
4.如权利要求1所述的基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法，其特征在于，所述步骤4中，具体步骤是: 利用前后时相NDVI 二值聚类影像,将前时相取值为I且后时相取值为O的像素视为从耕地到推土、建设用地的变化像素，赋值为1，未变化像素赋值为O，输出一幅二值变化结果图像。 利用前后时相PanTex 二值聚类影像,将前时相取值为O且后时相取值为I的像素视为从耕地、推土到建设用地的变化像素，赋值为1，未变化像素赋值为O，输出一幅二值变化结果图像。
5.如权利要求1所述的基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法，其特征在于，所述步骤5中的阈值法提取干扰地物，具体步骤是: 利用前后时相多光谱影像的红外波段，通过设定阈值，提取低于阈值的暗干扰地物，如水体、阴影等。将低于阈值的像素赋值为1，高于阈值的像素赋值为O，输出一幅二值图像；利用前后时相多光谱影像的所有波段，通过设定阈值，提取所有波段都高于阈值的亮地物，如厚云、噪声等。将高于闽值的像素赋值为1，低于阈值的像素赋值为O，输出一幅二值图像； 将上面两步提取的干扰地物并集运算，即只有在任一幅二值图像上某个像素的取值为1，则将该像素赋值为1，否则赋值为O，输出一幅二值干扰地物提取图像。
6.如权利要求1所述的基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法，其特征在于，所述步骤6中的将两部分变化结果图像进行并集运算，并将结果图像中由于干扰地物造成的伪变化区域掩膜去除，具体步骤是: 在所述步骤4中得到的两幅二值变化结果图像中，如果在任一幅图像上某像素的取值为1，且该像素在所述步骤5中得到的二值干扰地物提取图像上的取值为O，则将该像素视为新增建设用地并赋值为1，否则赋值为O。输出结果为一幅二值新增建设用地提取图像，包含了耕地到推土、耕地到建筑物、推土到建筑物这三种新增建设用地类型。
7.如权利要求1所述的基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法，其特征在于，所述步骤7中的分割算法采用均值漂移(Mean Shift)分割算法。
8.如权利要求1所述的基于NDVI和PanTex指数的高分辨率遥感影像新增建设用地图斑自动提取方法，其特征在于，所述步骤8中的图斑内变化像素比例是指:用图斑掩膜新增建设用地变化检测结果图像，得到所有图斑的掩膜图像，计算掩膜图像中变化像素占该掩膜图像全部像素的比例，即计算取值为I的像素占所有像素的比例，变化像素比例较高的均质图斑为新增建设用地图斑的可能性较大。
【文档编号】G06K9/46GK103971115SQ201410209533
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】孟瑜, 袁媛, 刘顺喜, 尤淑撑, 陈静波, 岳安志, 王忠武, 武斌 申请人:中国科学院遥感与数字地球研究所, 中国土地勘测规划院