[发明专利]中低分辨率遥感图像亚像元级水体自动提取方法和系统

说明书

本发明公开了一种中低分辨率遥感图像亚像元级水体自动提取方法和系统，该方法包括：对于给定的中低分辨率遥感图像进行预处理，生成地表反射率图像；对地表反射率图像提取归一化差异水体指数并进行拉伸处理，构建拉伸水体指数图像直方图；使用高斯混合模型描述拉伸水体指数图像直方图，并估算得到水体与陆地参数；根据水体与陆地参数，确定水陆分离阈值；根据水体与陆地参数、水陆分离阈值，提取得到水陆混合像元；对水陆混合像元进行水体丰度解算，得到亚像元级水体提取结果。本发明能够快速、精确地提取水陆分离阈值，且不受人为因素影响；同时对于细小水体在中低分辨率遥感图像上漏提取或过提取问题有了较好的改进。

技术领域

本发明属于遥感图像技术领域，尤其涉及一种中低分辨率遥感图像亚像元级水体自动提取方法和系统。

背景技术

水体提取对于水资源调查、洪涝灾害监测预警，以及水体环境生态评估等有着重要作用。利用卫星遥感图像数据快速、准确地提取水体信息，成为水资源调查和宏观监测的重要手段。

目前，用于水体提取的遥感图像数据源和水体提取方法较多，如基于不同空间分辨率遥感图像的监督/非监督分类法、波段比值法等。由于高分辨率图像不适合大面积水体提取，因此中低分辨率图像成为水体提取的主要数据源，然而中低分辨率图像则存在混合像元问题。

针对中低分辨率遥感图像，采用水体指数法的水体提取主要表现为以下四个方面的特点：(1)通常采用阈值分割方法，而阈值的选取受图像类型、获取时间、地理位置等因素影响较大，且人工参与度较高，不利于自动化水体提取工作开展；(2)基于像元级水体提取居多，而涉及亚像元级的较少，不利于细小水体的精确提取；(3)对水陆边界简单的区域提取效果较好，但对边界复杂区域，如水产养殖区等水体提取鲜有涉及；(4)水体指数直接使用DN值或表观反射率计算，而这将直接影响水体提取精度。

在这样的形势下，传统的基于水体指数方法经过人工参与确定阈值提取水体的方法出现了新的挑战，而且对于中低分辨率图像中细小水体目标极易出现误提取现象，同时难以适应水陆边界复杂情况下的水体提取。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种中低分辨率遥感图像亚像元级水体自动提取方法和系统，能够快速、精确地提取水陆分离阈值，且不受人为因素影响，有效解决水体提取中水陆分离阈值选择难题，同时对于细小水体在中低分辨率遥感图像上漏提取或过提取问题有了较好的改进。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种中低分辨率遥感图像亚像元级水体自动提取方法，包括：

对于给定的中低分辨率遥感图像进行辐射定标和大气校正，生成地表反射率图像；

对地表反射率图像进行波段运算，提取水体指数并进行拉伸处理，并基于拉伸图像构建拉伸水体指数图像直方图；

使用高斯混合模型描述构建的拉伸水体指数图像直方图，并运用EM算法估算得到水体与陆地参数；

根据水体与陆地参数，求取水体与陆地的高斯密度函数交集，并将求取的高斯密度函数交集确定为水陆分离阈值；

根据水体与陆地参数、以及水陆分离阈值，提取得到水陆混合像元；

对提取得到的水陆混合像元进行水体丰度解算，得到亚像元级水体提取结果。

在上述中低分辨率遥感图像亚像元级水体自动提取方法中，对于给定的中低分辨率遥感图像进行辐射定标和大气校正，生成地表反射率图像，包括：

根据传感器的增益和偏置信息，将给定的中低分辨率遥感图像各波段观测的DN值转换为传感器入瞳处的光谱辐亮度；

根据图像获取时间和太阳天顶角，将光谱辐亮度转换为大气顶层表观反射率，完成图像的辐射定标；