[发明专利]一种基于时序遥感图像的水体提取方法

说明书

本发明公开一种基于时序遥感图像的水体提取方法，其步骤：首先收集覆盖研究区域的短期时间序列遥感图像，其次对收集的时间序列遥感图像进行几何校正、图像配准和辐射定标，然后采用趋势分析法分析近红外波段辐亮度随太阳高度角变化的趋势特征，得到近红外波段辐亮度随太阳高度角的变化斜率图，最后对近红外波段辐亮度随太阳高度角的变化斜率设定阈值进行水体提取，得到水体提取结果图。方法易行，操作简便，能够较好的将建设用地、山体阴影与水体区分开来，且对细小支流水体能够很好的检测出来，水体提取精度较高，同时本发明仅利用了近红外波段数据，减少了对多光谱遥感图像特定波段的依赖性。

技术领域

本发明涉及遥感图像分类识别技术领域，更具体地涉及一种利用短期时间序列遥感图像数据的遥感图像水体提取方法，适用于可以获取同一区域短期(地物类型未发生变化的时间段内，如数日)多个不同太阳高度角的多光谱遥感图像序列的情况下的地表水资源调查与监测。

背景技术

地表水体分布信息的准确获取对水资源调查、河流综合治理、水利规划、洪涝旱灾监测以及灾害评估等领域具有重要意义。从卫星遥感影像中快速准确地提取水体信息已成为地表水资源调查与监测的一种重要手段。

现阶段，利用遥感技术自动提取水体信息的方法主要有单波段阈值法、谱间关系法、监督分类法和水体指数法等。

(1)单波段阈值法。该方法是利用水体在近红外或中红外波段处强吸收以及其它非水体在这两个波段处强反射的特点，来设定相应的阈值进行水体提取。这种方法原理较为简单，陆家驹等(陆家驹,李士鸿.TM资料水体识别技术的改进[J].环境遥感,1992,(01):17-23.)提出了基于红外单波段阈值识别水体的简单方法，但该方法难以精确提取细小水体。

(2)监督分类法。该方法通过人工选取一定数量的代表性样本，根据已知类别的样本信息，利用统计学的方法对整幅影像进行分类，主要包括最大似然方法、支持向量机(SVM)方法等。段秋亚等(段秋亚,孟令奎,樊志伟,胡卫国,谢文君.GF-1卫星影像水体信息提取方法的适用性研究[J].国土资源遥感,2015,27(04):79-84.)通过对GF-1卫星影像水体提取方法的适用性研究，认为SVM法提取精度最高。该类方法对人工选取的样本具有很强的依赖性，且需要经过反复迭代，耗时较长。

(3)谱间关系法。该方法通过对水体和背景地物的光谱曲线进行分析，确定水体有别于其它地物的光谱特征，进而进行水体信息的提取。该方法最早由周成虎等(周成虎，骆剑承，杨晓.1999，遥感影像地学理解与分析.北京：科学出版社)提出，他们提出的谱间关系水体提取模型为：(TM2+TM3)>(TM4+TM5)。张明华(张明华.用改进的谱间关系模型提取极高山地区水体信息[J].地理与地理信息科学,2008,24(2):14-16.)改进了谱间关系法，并和阈值法进行结合，构建了一种多条件谱间关系模型。

(4)水体指数法。该方法利用水体及其它地物在不同波段的光谱差异的特征，通过构建特征指数从而达到水体提取的目的。常规的水体信息提取指数包括归一化差异水体指数(Normalized Difference Water Index，NDWI)、修正归一化差异水体指数(ModifiedNormalized Difference Water Index，MNDWI)等。NDWI利用水体特有的在绿波段的反射率高于近红外波段的特性，将这两个波段进行归一化差值处理，以此来突出水体信息，把水体信息与其背景地物更好的区分开来，该方法简单易操作，但容易将建设用地与水体混淆。徐涵秋(徐涵秋.利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)提取水体信息的研究[J].遥感学报,2005,9(5):589-595.)通过分析NDWI，将NDWI模型公式中的近红外波段修改为中红外波段，修改后的模型即为MNDWI，其水体提取效果优于NDWI，能更有效的提取城镇水体，并消除部分阴影对水体的影响等。