一種水體信息的提取方法及裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明適用于信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】，提供了一種水體信息的提取方法及裝置，包括：獲取指定流域的數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)和遙感影像；基于所述遙感影像，提取所述指定流域的第一水體信息；基于所述DEM數(shù)據(jù)提取所述指定流域的河流信息，生成河流緩沖區(qū)；提取所述河流緩沖區(qū)的第二水體信息；合并所述第一水體信息和所述第二水體信息，得到最終的水體信息。本發(fā)明綜合利用了DEM數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)，將遙感數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)，將DEM數(shù)據(jù)作為輔助數(shù)據(jù)，利用DEM數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化通過(guò)遙感數(shù)據(jù)提取的水體信息，從而提高了水體信息的提取精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種水體信息的提取方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種水體信息的提取方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]水體信息提取是水資源調(diào)查、水資源宏觀監(jiān)測(cè)、災(zāi)害預(yù)報(bào)以及濕地保護(hù)的重要手段，同時(shí)也是構(gòu)建水文模型、進(jìn)行水文模擬以及其他相關(guān)研究的前提，在水體信息提取中，數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)是目前水體信息提取最常用的兩種數(shù)據(jù)源。
[0003]其中，基于DEM提取水體信息的方法目前對(duì)低洼和平坦地區(qū)的水體提取結(jié)果和效率還不完善，也無(wú)法提取平原地區(qū)的地上懸河，更為重要的一點(diǎn)是，基于DEM得到的水體信息為線(xiàn)數(shù)據(jù)，只能表示河流的長(zhǎng)度和流向，缺少河流寬度、面積、周長(zhǎng)等幾何信息，而這部分信息恰恰是水資源調(diào)查、水災(zāi)害預(yù)報(bào)的重點(diǎn)。
[0004]相對(duì)于基于DEM提取水體信息的方法，基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)提取水體信息的方法所獲取到的水體信息為面狀信息，可反映出河流寬度、面積、周長(zhǎng)等幾何信息，但是，該方法一方面容易受到地形以及高大建筑物的遮蔽，在遙感圖像上形成一定面積的陰影，這部分陰影在計(jì)算機(jī)提取時(shí)容易被誤認(rèn)為水體，導(dǎo)致水體的提取精度偏低；另一方面，該方法容易受到河道寬窄變化的影響以及水草、干枯河道、江心洲和橋梁等物體的干擾，線(xiàn)狀水體多呈混合像元的形式，光譜特性復(fù)雜，提取的河流寬度偏窄且不連續(xù)，需要在后續(xù)處理過(guò)程中花費(fèi)大量的人力來(lái)進(jìn)行修改。
[0005]綜上所述，無(wú)論是基于DEM提取水體信息的方法還是基于衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)提取水體信息的方法，其提取的水體信息在提取精度上均容易受影響，從而導(dǎo)致最終的基于水體信息的一系列研究分析結(jié)果不準(zhǔn)確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種水體信息的提取方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)對(duì)水體信息的提取精度不高，導(dǎo)致最終的基于水體信息的一系列研究分析結(jié)果不準(zhǔn)確的問(wèn)題。
[0007]本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種水體信息的提取方法，包括:
[0008]獲取指定流域的數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)和遙感影像；
[0009]基于所述遙感影像，提取所述指定流域的第一水體信息；
[0010]基于所述DEM數(shù)據(jù)提取所述指定流域的河流信息，生成河流緩沖區(qū)；
[0011]提取所述河流緩沖區(qū)的第二水體信息；
[0012]合并所述第一水體信息和所述第二水體信息，得到最終的水體信息。
[0013]本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提供一種水體信息的提取裝置，包括:
[0014]獲取單元，用于獲取指定流域的數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)和遙感影像；
[0015]第一提取單元，用于基于所述遙感影像，提取所述指定流域的第一水體信息；
[0016]生成單元，用于基于所述DEM數(shù)據(jù)提取所述指定流域的河流信息，生成河流緩沖區(qū)；
[0017]第二提取單元，用于提取所述河流緩沖區(qū)的第二水體信息；
[0018]合并單元，用于合并所述第一水體信息和所述第二水體信息，得到最終的水體信
肩、O
[0019]本發(fā)明實(shí)施例綜合利用了 DEM數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)，將遙感數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)，將DEM數(shù)據(jù)作為輔助數(shù)據(jù)，利用DEM數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化通過(guò)遙感數(shù)據(jù)提取的水體信息，從而提高了水體信息的提取精度，有效保證了后續(xù)基于水體信息的一系列研究分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的水體信息提取方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0021]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的水體信息提取方法SlOl中獲取到的DEM數(shù)據(jù)的示意圖；
[0022]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的水體信息提取方法S102的具體實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0023]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的水體信息提取方法遙感影像地形校正前后對(duì)比圖；
[0024]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的水體信息提取方法提取出的指定流域的第一水體信息的不意圖；
[0025]圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的水體信息提取方法S104的具體實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0026]圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的水體信息提取方法最終的水體信息的提取結(jié)果示例圖；
[0027]圖8是本發(fā)明實(shí)施例提供的水體信息提取裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]本發(fā)明實(shí)施例綜合利用了 DEM數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)，將遙感數(shù)據(jù)作為主要數(shù)據(jù)，將DEM數(shù)據(jù)作為輔助數(shù)據(jù)，利用DEM數(shù)據(jù)來(lái)優(yōu)化通過(guò)遙感數(shù)據(jù)提取的水體信息，從而提高了水體信息的提取精度，有效保證了后續(xù)基于水體信息的一系列研究分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0030]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的水體信息提取方法的實(shí)現(xiàn)流程，詳述如下:
[0031]在SlOl中，獲取指定流域的DEM數(shù)據(jù)和遙感影像。
[0032]在本實(shí)施例中，獲取到的DEM數(shù)據(jù)和遙感影像均是關(guān)于需要進(jìn)行水體信息提取的相關(guān)指定流域的。
[0033]具體地，對(duì)于DEM數(shù)據(jù)，其可以通過(guò)以下任意一種方式采集得到:
[0034]直接從地面測(cè)量、基于航空或航天影像通過(guò)攝影測(cè)量途徑獲取以及從現(xiàn)有地形圖上米集。
[0035]圖2示出了 SlOl中獲取到的DEM數(shù)據(jù)的示意圖，在圖2所示的灰度圖中，每個(gè)像素點(diǎn)的灰度值代表了該像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置的地面的海拔高度，灰度值越高，則表示該位置的高程越低。在圖2所展示的研究區(qū)域中，最高海拔為1727米，最低海拔為58米。
[0036]而對(duì)于遙感影像，其是指記錄各種地物電磁波大小的膠片或相片，為了方便后續(xù)的計(jì)算機(jī)處理過(guò)程，輸入的遙感影像必須是數(shù)字圖像，若獲取到的遙感影像是模擬圖像，則必須用圖像掃描儀等進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并轉(zhuǎn)存到一般數(shù)字計(jì)算機(jī)都可以讀取的通用載體上。
[0037]在S102中，基于所述遙感影像，提取所述指定流域的第一水體信息。
[0038]如圖3所示，基于遙感影像提取指定流域的第一水體信息的步驟具體為:
[0039]在S301中，基于所述DEM數(shù)據(jù)對(duì)所述遙感影像進(jìn)行地形校正，得到校正后的遙感影像。
[0040]地形校正的目的主要是補(bǔ)償由于不規(guī)則的地形起伏而造成的地物亮度的變化，具體地，可以基于對(duì)于任意波段影像的像素DN (Digital Number)值和該像素DN值對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)入射角余弦值均遵循線(xiàn)性關(guān)系的假設(shè)，采用IDL編程語(yǔ)言構(gòu)建C校正模型，以遙感影像和對(duì)應(yīng)的DEM數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)，同時(shí)輸入遙感影像成像時(shí)的太陽(yáng)高度角、太陽(yáng)方位角以及地形核參數(shù)，對(duì)遙感影像進(jìn)行地形校正。其中，DN值是遙感影像像元亮度值，記錄的地物的灰度值，無(wú)單位，是一個(gè)整數(shù)值，值的大小與傳感器的輻射分辨率、地物發(fā)射率、大氣透過(guò)率和散射率等有關(guān)。
[0041]在本實(shí)施例中，通過(guò)DEM對(duì)遙感影像進(jìn)行地形校正，能夠最大程度地減少遙感圖像中的陰影在水體信息提取過(guò)程中所產(chǎn)生的干擾，提高水體信息提取的精確度。
[0042]圖4作為一個(gè)實(shí)現(xiàn)示例，左圖示出了未經(jīng)過(guò)地形校正的遙感影像，右圖示出了經(jīng)過(guò)了地形校正的遙感影像，可以看出，右圖補(bǔ)償了左圖中因?yàn)椴灰?guī)則的地形地伏而造成的地物亮度變化。
[0043]在S302中，對(duì)所述校正后的遙感影像進(jìn)行多尺度分割，將所述校正后的遙感影像分割為N個(gè)影像對(duì)象，所述N為大于I的整數(shù)。
[0044]在本實(shí)施例中，對(duì)經(jīng)過(guò)了地形校正的遙感影像進(jìn)行多尺度分割是為了在后續(xù)過(guò)程中更好地進(jìn)行面向?qū)ο蟮倪b感影像分析，而分割結(jié)果的好壞直接影響到后續(xù)面向?qū)ο蟮倪b感影像分析的分析精度。
[0045]面向?qū)ο蟮倪b感影像分析是根據(jù)遙感影像的光譜、形狀、紋理等特征，把具有相似特征的像素組成一個(gè)影像，從而根據(jù)這些相似特征對(duì)組成的影像進(jìn)行分類(lèi)的方法。相對(duì)于傳統(tǒng)的基于像元的圖像分類(lèi)方法，面向?qū)ο蟮倪b感影像分析所處理的不再是單個(gè)像元，而是影像分割后生成的影像對(duì)象。面向?qū)ο蟮倪b感影像分析綜合考慮了影像對(duì)象的光譜、紋理、幾何特征以及對(duì)象之間的內(nèi)存關(guān)系，在一定程度上可以得到更高的分類(lèi)精度，并且分類(lèi)結(jié)果也避免了斑點(diǎn)噪聲的出現(xiàn)，具有很好的整體性。
[0046]在本實(shí)施例中，具體地，以經(jīng)過(guò)了地形校正后的遙感影像為基礎(chǔ)建立eCognition工程文件，設(shè)置對(duì)遙感影像進(jìn)行多尺度分割所需的尺度參數(shù)、形狀參數(shù)和緊致度參數(shù)，通過(guò)eCognition工程文件對(duì)遙感影像進(jìn)行多尺度分割，將圖像的同質(zhì)像元組成大小不同的獨(dú)立對(duì)象，從而將遙感影像分割成多個(gè)影像對(duì)象，實(shí)現(xiàn)從影像像元到影像對(duì)象的轉(zhuǎn)換。
[0047]在S303中，將修正的歸一化差異水體指數(shù)大于第一預(yù)設(shè)閾值的所述影像對(duì)象確定為第一水體。
[0048]以修正的歸一化差異水體指數(shù)(ModifiedNormalized Difference Water Inder,MNDWI)為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置第一預(yù)設(shè)閾值，在經(jīng)過(guò)地形校正的遙感影像中，將MNDWI大于該第一預(yù)設(shè)閾值的影像對(duì)象確定為水體。其中，
【權(quán)利要求】
1.一種水體信息的提取方法，其特征在于，包括: 獲取指定流域的數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)和遙感影像； 基于所述遙感影像，提取所述指定流域的第一水體信息； 基于所述DEM數(shù)據(jù)提取所述指定流域的河流信息，生成河流緩沖區(qū)； 提取所述河流緩沖區(qū)的第二水體信息； 合并所述第一水體信息和所述第二水體信息，得到最終的水體信息。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述遙感影像，提取所述指定流域的第一水體信息包括: 基于所述DEM數(shù)據(jù)對(duì)所述遙感影像進(jìn)行地形校正，得到校正后的遙感影像； 對(duì)所述校正后的遙感影像進(jìn)行多尺度分割，將所述校正后的遙感影像分割為N個(gè)影像對(duì)象，所述N為大于I的整數(shù)； 將修正的歸一化差異水體指數(shù)大于第一預(yù)設(shè)閾值的所述影像對(duì)象確定為第一水體； 在確定為所述第一水體的所述影像對(duì)象中提取第一水體信息。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述DEM數(shù)據(jù)提取所述指定流域的河流信息，生成河流緩沖區(qū)包括: 根據(jù)基于所述DEM數(shù)據(jù)提取的所述指定流域的河流信息，確定線(xiàn)狀河流； 在所述線(xiàn)狀河流的左右兩側(cè)分別建立河流緩沖區(qū)，生成河流寬度為4R的河流緩沖區(qū)，所述河流緩沖區(qū)的單側(cè)河流緩沖區(qū)距離為2R，所述R為所述遙感影像的空間分辨率。 通過(guò)D=2R設(shè)置河流緩沖區(qū)距離，所述D為所述河流緩沖區(qū)距離，所述R為所述遙感影像的分辨率。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述提取所述河流緩沖區(qū)的第二水體信息包括: 在所有未確定為所述第一水體的所述影像對(duì)象中提取出位于所述河流緩沖區(qū)內(nèi)的影像對(duì)象； 將修正的歸一化差異水體指數(shù)大于第二預(yù)設(shè)閾值的位于所述河流緩沖區(qū)內(nèi)的影像對(duì)象確定為第二水體，所述第二預(yù)設(shè)閾值小于所述第一預(yù)設(shè)閾值； 在確定為所述第二水體的所述影像對(duì)象中提取第二水體信息。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述提取所述河流緩沖區(qū)的第二水體信息包括: 在所有未確定為所述第一水體的所述影像對(duì)象中提取出位于所述河流緩沖區(qū)內(nèi)的影像對(duì)象； 將近紅外波段反射率大于第三預(yù)設(shè)閾值的位于所述河流緩沖區(qū)內(nèi)的影像對(duì)象確定為第二水體； 在確定為所述第二水體的所述影像對(duì)象中提取第二水體信息。
6.一種水體信息的提取裝置，其特征在于，包括: 獲取單元，用于獲取指定流域的數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)和遙感影像； 第一提取單元，用于基于所述遙感影像，提取所述指定流域的第一水體信息； 生成單元，用于基于所述DEM數(shù)據(jù)提取所述指定流域的河流信息，生成河流緩沖區(qū)； 第二提取單元，用于提取所述河流緩沖區(qū)的第二水體信息；合并單元，用于合并所述第一水體信息和所述第二水體信息，得到最終的水體信息。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述第一提取單元包括: 校正子單元，用于基于所述DEM數(shù)據(jù)對(duì)所述遙感影像進(jìn)行地形校正，得到校正后的遙感影像； 分割子單元，用于對(duì)所述校正后的遙感影像進(jìn)行多尺度分割，將所述校正后的遙感影像分割為N個(gè)影像對(duì)象，所述N為大于I的整數(shù)； 第一確定子單元，用于將修正的歸一化差異水體指數(shù)大于第一預(yù)設(shè)閾值的所述影像對(duì)象確定為第一水體； 第一提取子單元，用于在確定為所述第一水體的所述影像對(duì)象中提取第一水體信息。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述生成單元包括: 線(xiàn)狀河流確定子單元，用于根據(jù)基于所述DEM數(shù)據(jù)提取的所述指定流域的河流信息，確定線(xiàn)狀河流； 緩沖區(qū)生成子單元，用于在所述線(xiàn)狀河流的左右兩側(cè)分別建立河流緩沖區(qū)，生成河流寬度為4R的河流緩沖區(qū)，所述河流緩沖區(qū)的單側(cè)河流緩沖區(qū)距離為2R，所述R為所述遙感影像的空間分辨率。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二提取單元包括: 第二提取子單元，用于在所有未確定為所述第一水體的所述影像對(duì)象中提取出位于所述河流緩沖區(qū)內(nèi)的影像對(duì)象；` 第二確定子單元，用于將修正的歸一化差異水體指數(shù)大于第二預(yù)設(shè)閾值的位于所述河流緩沖區(qū)內(nèi)的影像對(duì)象確定為第二水體，所述第二預(yù)設(shè)閾值小于所述第一預(yù)設(shè)閾值； 第三提取子單元，用于在確定為所述第二水體的所述影像對(duì)象中提取第二水體信息。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，所述第二提取單元包括: 第四提取子單元，用于在所有未確定為所述第一水體的所述影像對(duì)象中提取出位于所述河流緩沖區(qū)內(nèi)的影像對(duì)象； 第三確定子單元，用于將近紅外波段反射率大于第三預(yù)設(shè)閾值的位于所述河流緩沖區(qū)內(nèi)的影像對(duì)象確定為第二水體； 第五提取子單元，用于在確定為所述第二水體的所述影像對(duì)象中提取第二水體信息。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103793907SQ201310686973
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】梁守真, 陳勁松, 陳工, 張瑾, 李洪忠 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院