GF-2影像中不同水体指数模型提取精度及稳定性分析

针对GF-2卫星影像数据的特点，选取了临夏回族自治州境内两个不同研究区域，分别采用单波段阈值法、归一化差分植被指数法（NDVI）及其他3种水体提取指数法（NDWI、SWI、MSWI）对两个研究区进行水体提取试验。通过分析比较各水体指数模型中阈值对水体提取精度和稳定性的影响，发现研究区1（城区）中单波段阈值法提取效果最高达到71.29，且稳定性较好。研究区2（山区）中MSWI方法提取精度最高为95.76，稳定性较单波段法次之。本文试验为GF-2影像在不同区域进行水体提取时选择不同模型及阈值时提供可靠的参考依据。     

高分三号SAR影像双阈值变化检测

双阈值合成孔径雷达SAR(Synthetic Aperture Radar)变化检测算法具有在发现变化区域的同时还能确定地表发生后向散射变化类型的优点。针对广义高斯双阈值最小误差法D-GKIT(Dual Generalized Kittler and Illingworth Thresholding)在进行阈值选取时直方图中不同类别像素灰度级重叠严重时,分割结果容易在尖峰单侧选取出双阈值而导致无法正确分割差异图的问题,本文提出一种结合归一化最大类间方差和广义高斯最小误差法GKIT(Generalized Kittler and Illingworth Thresholding)的双阈值SAR变化检测方法。首先,提出以归一化最大类间方差值作为灰度级重叠程度的判别参数,确定阈值的选取顺序及两个候选区间;然后,利用GKIT在候选区间内进行分割,获取单侧阈值及非变化类拟合函数;最后,提出利用非变化类拟合函数更新后的直方图作为另一侧阈值选取基础进行分割,得到对应分割阈值。以宁波地区高分三号(GF-3)SAR卫星影像作为试验研究数据,结果表明:本文方法能较好地解决灰度级重叠时D-GKIT无法进行正确分割的问题,具有良好的变化检测效果和更强的鲁棒性且达到了利用研究区数据验证利用GF-3号SAR卫星影像进行变化检测研究可行性的目的。     

基于GF-1遥感数据的城市水体信息提取方法研究

水体信息的高精度提取是水资源监测、调查与管理等研究领域的关键问题。本文选取国产GF-1卫星影像作为数据源,根据影像中典型地物光谱特征采用归一化水体指数法(NDWI)、多波段谱间关系法对研究区进行了水体提取,并通过结果分析提出了基于主成分分析与多尺度分割技术的综合水体信息提取方法。对以上4种方法进行对比分析,验证结果表明:归一化水体指数法易受阴影信息影响;改进的多波段谱间关系法能较为完整地提取水体信息,但受小范围阴影信息影响;主成分分析综合法总体精度较高;多尺度分割提取法能有效地分离水体信息与非水体信息,水体信息提取的效果最佳。     

基于阈值分割与决策树的SAR影像水体信息提取

目前我国的GF-3 SAR数据可实现全天时全天候的对地观测,已服务于海洋、减灾、水利、气象等多个领域。改进了基于阈值分割法与决策树的GF-3 SAR影像水体信息提取方法,首先对GF-3 SAR影像进行基本处理;再采用KI二值化阈值分割法进行图像分割;然后通过构建知识决策树模型来提取水体信息,为了提高精度,采用GDEM数据进行地表建模,提取山体阴影;最后利用空间分析功能将地形建模阴影图与提取的水体范围进行匹配,去除山体阴影,进而获得水体信息的精确范围。通过混淆矩阵计算得到水体信息提取的总体精度为89.22%,Kappa系数为0.71,精度优于基于光学GF-2号影像的水体指数法提取结果。整个流程人工干预少,具有自动化更强、效率更高的优势。     

高分三号影像水体信息提取

国内外针对陆地水体信息提取、洪涝灾害快速响应方面具有较深入的研究，但是多采用发展较早、图像质量可靠的可见光影像及国外星载SAR影像。中国合成孔径雷达（SAR）卫星高分三号（GF-3）已获取了大量多极化、全极化SAR数据，为了将GF-3影像快速应用到环境保护、水资源管理等行业中，本研究分析了水体与其他目标具有的不同后向散射特性，将阈值分割法与马尔可夫随机场（MRF）相结合，发展了一种检测精度较高、自动化程度强的水体信息提取方法。该方法首先通过直方图统计的方法对不同成像模式、不同极化的GF-3影像进行后向散射强度分析，在阈值分割的研究基础上，比较了最大类间方差法（Otsu）和Kittler and Illingworth（KI）二值化法在水体-非水体分类中的效果。然后结合DEM和GF-3轨道参数排除因阴影现象产生的辐射失真对图像概率分布的影响，得到初始的水体信息分布图，再经过Fisher变换和马尔可夫随机场（MRF）的迭代运算，综合利用GF-3影像的多极化信息和空间上下文信息，以最大后验概率准则输出最终的水体分布图。利用了湖南省东北部不同成像模式的两景GF-3影像进行试验，在成像时间接近的光学影像中随机选择检验样点进行精度评价。实验结果表明，KI方法在GF-3水体提取应用中比Otsu方法具有更强的优势，剔除图像阴影区域后，自动化确定的阈值与目视解译阈值更加接近，通过MRF模型优化以后，实现了对水体信息的连贯提取，对图像噪声具有较强的抑制作用。本研究对水体目标的提取精度均达到了85%以上，实验结果精度优于基于光学影像的水体指数法，整个流程需要很少的人工经验参与，具有自动化程度强、检测精度高的优势。     

基于HSV与PCA集成的高分影像高大地物阴影检测方法

针对水体、偏蓝色地物会影响高分影像阴影检测精度,本文提出了一种适用于GF-1影像的城市高大地物阴影检测方法。首先,在统计分析GF-1影像中阴影、水体及深色地物等典型地物光谱特征的基础上,利用主成分变换方法分割阴影与非阴影区域,分离后的阴影区域含有水体、深色地物信息;其次,对HSV色彩空间的V分量利用阈值法分割阴影和非阴影区域,分离后结果含有暗色植被,但不含有水体跟深色地物信息。最后,对两次计算结果进行逻辑与运算,从而剔除混合阴影区域中水体、深色地物以及暗色植被等信息,获得高精度阴影区信息。实验表明,该方法具有较好的普适性和可操作性,既能够削弱水体、偏蓝色地的影响,又能够高效、准确地提取出GF-1影像中的阴影信息。     

GF-1卫星影像水体信息提取方法的适用性研究

针对GF-1卫星影像数据的特点,分别采用归一化差分水体指数(nomalized difference water index,NDWI)阈值法、支持向量机(support vector machine,SVM)和面向对象等方法对鄱阳湖区的GF-1影像进行水体信息提取实验,并根据提取结果分析和比较各种方法的优势与不足。选取2块不同尺度和不同复杂度的代表性区域,以人工解译的水体信息为真值,进行漏提率、误提率和提取精度的统计。结果表明:3种方法在2个区域的提取精度都较高,其中,SVM法的提取精度最高(2个区域的提取精度分别为99.474 2%,98.099 3%),面向对象法的提取精度次之(99.316 4%,97.877 9%),NDWI阈值法的提取精度相对最低(99.145 6%,97.590 0%)。     

高分一号卫星遥感影像提取冰川堰塞湖水体方法比较

快速准确地从遥感影像提取冰川堰塞湖水体信息,是研究冰坝遥感监测与应急监测的核心热点问题。以GF-1卫星遥感影像为主要数据源,采用归一化差分水体指数(NDWI)、改进阴影水体指数(ENDWI)和面向对象(SVM)对克亚吉尔冰川堰塞湖水体进行定量提取。比较分析3种水体判识方法,3种方法均可以提取完整的水体边界,并且抑制了90%以上的非水体信息。NDWI法和ENDWI法可应用于GF-1地表水体提取,能够满足冰坝水体监测与应急监测需求,但面向对象法最适宜GF-1影像的水体信息准确提取。     

基于面向对象的黄土丘陵沟壑区梯田信息提取研究

研究区位于黄土丘陵沟壑区第二副区的彭阳县,以国产GF-2影像为数据源,首先按地形复杂度生态分区,选取4个典型试验区;其次应用多尺度分割和光谱差异分割相结合的方法,对试验区影像进行分割;然后重点基于面向对象分类方法,实现梯田信息的自动提取;最后采用参考对象一致性误差(OCE)分割评价准则,以目视解译结果为参考对象,对梯田提取结果进行精度评价。结果表明,基于面向对象分类,不同生态分区遥感影像在最优分割阈值时,梯田信息自动提取精度均达到65%以上,结合后期处理,可以高效、准确地从国产GF-2影像中提取复杂地貌区的梯田及空间分布等相关信息,为黄土丘陵沟壑区农业生产规划、水土流失防治提供基础数据,也提供了新的思路和合理的技术方法。     

基于GF-5高光谱特征分析的水体提取方法研究

针对山区水体、山体阴影与裸地等地类光谱混淆性,基于高分五号(GF-5)影像数据,结合高光谱特征分析构建了山区水体决策树提取模型. 先对水体和相关干扰地类进行高光谱特征分析实现特征波段选取,应用单波段阈值法、多波段谱间关系法、归一化水指数(NDWI)法进行提取实验. 通过比较以上实验不足之处,提出了单波段阈值法与构建的阴影水体指数(SWI)相结合的决策树水体提取模型,以Google Earth高清影像为参考结合实地采样得到的混淆矩阵进行精度评价. 实验结果表明:单波段阈值法与NDWI法易将山体阴影识别为水体,受裸地影响较小;多波段谱间关系法对山体阴影有一定抑制作用,受小面积裸地影响;决策树提取模型能有效抑制山体阴影和裸地影响提取完整水体. 其总体精度为89.39%,Kappa系数为0.82,显著提升了山区水体提取精度.      

直方图双峰法在遥感影像水体提取中的研究与改进

利用水体指数方法提取多光谱遥感数据中水域信息优势明显,应用广泛。然而在实现过程中,算法的选取依赖于特定的水域环境,移植性差。本文选取了我国东部5个地区冬夏两季的数据,基于Landsat 8/9卫星的光谱数据,使用改进的归一化水体指数(MNDWI)进行归一化处理,在此基础上研究了直方图双峰阈值法的不足之处并加以改进。试验结果表明,改进后的直方图双峰法提取水域信息精度明显提高,且不再依赖于特定的水域环境,适应性显著提高。     

融合光谱及纹理异质度的遥感影像变化检测

为解决矢量数据与遥感影像的变化检测难题,提出了一种融合光谱异质度与纹理异质度的变化检测方法。以矢量数据为约束,对遥感影像进行分割获取像斑;提取像斑的光谱直方图与局部二值模式(LBP)纹理直方图;采用G统计量度量直方图的距离,利用像斑与其他同类像斑特征距离的平均值分别构建像斑的光谱异质度与纹理异质度,加权组合光谱异质度与纹理异质度构建像斑异质度;利用大津法获取各地物类别的异质度阈值,比较像斑的异质度与对应类别的异质度阈值,对像斑进行变化/未变化判别。在IKONOS遥感影像上的试验验证了本文方法的有效性。     

基于高分辨率遥感影像的面向对象水体提取方法研究

根据高分辨率遥感影像的特点,利用面向对象的方法对高分辨率遥感影像进行了水体提取.选取最优分割尺度和分割参数对试验区进行了分割;建立了对象知识库;选择合适的阈值参数进行了水体的提取和河流、湖泊的分类;把面向对象方法分类结果与传统方法分类结果进行了对比分析.试验表明,面向对象水体提取方法具有更高的精度,不仅有效地区分了水体和阴影,而且很大程度上抑制了"椒盐现象".     

基于GF-2高分辨率遥感影像的水体提取方法研究

针对GF-2卫星影像数据的特点,利用单波段阈值法、多波段算法、归一化水体指数(NDWI)阈值法、单波段阈值法与阴影水体指数(SWI)相结合的决策树法对刘家峡地区的水体信息进行了提取,同时提出一种单波段阈值法与增强阴影水体指数(ESWI)相结合的决策树分类法,并对以上几种水体提取的效果进行比较分析,发现单波段阈值法与ESWI相结合的决策树分类法能够有效地消除绝大部分阴影的影响,且提取效果较SWI的效果要好,NDWI与多波段算法提取效果次之,单波段阈值法提取效果较差.      

基于局部自适应阈值的GF-3 SAR影像洪涝水体提取

针对全局阈值法在大场景SAR图像水体提取时存在的局限性以及山体阴影对水体提取的干扰,提出一种DEM辅助下基于自适应阈值的SAR影像洪涝水体提取方法.首先结合DEM和SAR卫星轨道参数去除山体阴影产生的辐射失真区域,利用K-means聚类算法得到初始的水体分布图;然后在初始水体信息基础上,通过窗口提取局部区域的水体和非水体,并采用KI算法对局部区域进行自适应阈值的计算,实现自适应阈值水体信息的快速提取.利用湖南省东北部GF-3精细条带2成像模式(FSII)SAR影像进行洪涝水体提取实验,研究表明该方法既保留了水体的细节信息,又能减弱噪声、山体阴影等的影响,F-Measure指数高于全局阈值法,其查准率较全局阈值法提高了7.97％,尤其适用于含山区影像的大范围洪涝水体快速提取.     

基于GF-1卫星影像的改进SWI水体提取方法

大尺度高精度山区河流信息提取是我国干旱区水资源开发利用的关键技术,而利用遥感影像提取水资源信息存在水体与山区阴影难以区分的瓶颈。以GF-1号卫星2 m分辨率全色波段影像和8 m分辨率多光谱影像为数据源,选取新疆特克斯河流域巴喀勒克水库为研究区,提出改进的阴影水体指数法(modified shade water index,MSWI)进行水体信息提取;同时运用单波段阈值法、NDWI法、单波段法与阴影水体指数法(shade water indes,SWI)相结合的决策树分类法(简称SWI)以及单波段法与MSWI相结合的决策树分类法(简称MSWI)分别对研究区水体信息进行提取,并进行了对比分析。研究结果表明,前2种方法与SWI和MSWI法相比,效果稍差;而SWI和MSWI法分类效果较好,其中MSWI比SWI法分类总精度高0.94%,提高了高分辨率遥感影像的解译精度,可为国产高分系列卫星影像在干旱区水资源信息提取中的应用提供技术支持。     

一种提取北部湾沿海地区水体信息的动态阈值方法

准确地获取水体分布信息与水体变化规律在流域综合治理等方面具有重要意义。本文基于高分六号(GF-6)影像与Landsat 8影像,选取北部湾海域作为测试研究区,在海洋水体指数(OWI)基础上,针对水体光谱特性,分析了水体像元OWI与归一化植被指数之间的相关性,基于两种指数动态平衡,提出了一个稳定性较高的动态阈值的水体提取方法,并进行了试验验证。试验结果表明,动态阈值方法能够稳定、准确地提取水体信息,避免了人为设定阈值存在的误差,并且本文提出的指数无论是针对国产高分影像还是其他光学影像,都具有较好的普适性,可应用于沿海海岸线的监测等方面。     

国产高分辨率遥感数据城市绿地提取研究

针对国产高分辨率遥感数据在城市绿地信息提取中分割尺度选择问题,选取国产高分一号(GF-1)和中巴地球资源卫星04星(CBERS-04)遥感数据,在数据融合的基础上,采用控制变量法选取影像分割与合并尺度进行绿地信息提取,通过信息提取精度评价确定最优分割尺度。实验结果表明,对于GF-1和CBERS-04国产遥感数据,面向对象的方法均优于基于像元的方法,其中5m分辨率CBERS-04数据,面向对象方法绿地提取精度为90.53%,基于像元方法绿地提取精度为86.54%,推荐分割尺度与合并尺度为(25,70);2m分辨率GF-1数据,面向对象方法绿地提取精度为97.09%,基于像元方法绿地提取精度为83.49%,推荐分割尺度与合并尺度为(45,80)。研究结果能够为国产高分遥感数据城区绿地信息提取和地物分类过程中尺度选择提供借鉴和支持。     

多光谱遥感影像阴影提取

以资源三号卫星多光谱影像为研究数据,通过近红外波段进行阈值分割,得到含有水体及噪声的阴影区域;然后,对初次分割结果在其余波段进行二次分割达到剔除噪声和提取阴影区域的目的;之后对原始影像进行边缘检测与提取,结果与阈值提取结果进行叠合,通过膨胀或腐蚀对阴影提取结果进行修正;最后,得到较好的阴影提取效果。     

一种改进光谱角匹配的水体信息提取方法

快速、准确地从卫星遥感影像上获取水体信息已成为水资源调查及监测、湿地保护、洪涝灾害评估等领域的重要技术手段。本文以GF-4卫星的PMS传感器影像为数据源,提出了一种改进光谱角匹配（MSAM）的水体信息提取方法,以内蒙古中东部和长江中下游两个试验区为研究对象,对比分析了MSAM与单波段阈值法、NDWI阈值法、支持向量机和光谱角匹配等传统方法的水体信息提取结果,并进行了精度评价。试验结果表明,本文提出的MSAM方法不仅能准确地提取水体信息,而且能很好地区分水体与云阴影,对细小水体的提取也具有很好的效果。在内蒙古中部和长江中下游两个试验区的水体提取精度分别达到99.86%和98.37%,在5种水体提取方法中的精度最高,可以有效地提取水体信息。