利用多期遙感影像提取砂質(zhì)岸線的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星遙感海岸線探測(cè)方法，屬于空間遙感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及利 用多期遙感影像提取砂質(zhì)岸線的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 海岸線附近蘊(yùn)藏著豐富的生物、礦產(chǎn)、能源、土地等自然資源，它不僅是國(guó)防的前 口肖，又是海、陸交通的連接地，是人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁的地帶。測(cè)定海岸線位置是人們研究海 陸相互作用、海洋地質(zhì)研究、氣候變化和環(huán)境保護(hù)等必須進(jìn)行的一項(xiàng)技術(shù)活動(dòng)，也是進(jìn)行海 洋地形圖測(cè)繪、海岸帶調(diào)查等工作的重要內(nèi)容。因此，對(duì)海岸線的快速準(zhǔn)確探測(cè)有著重要的 價(jià)值。但因?yàn)樽匀缓腿藶榈淖饔茫瑢?shí)際的海岸線是時(shí)刻處在連續(xù)、動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程?，F(xiàn)有的 海岸線提取方法主要包括傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量踏勘和基于遙感與地理信息系統(tǒng)（GIS)技術(shù)的 綜合，傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量踏勘方法提取海岸線，雖保證了岸線的精度，但費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、成本高、 易受到氣候天氣影響，而且難以實(shí)現(xiàn)大尺度、長(zhǎng)時(shí)間序列的監(jiān)測(cè)，基于GIS技術(shù)的海岸線提 取因具有成本低、范圍廣和獲取數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)的優(yōu)勢(shì)，尤其是能夠解決復(fù)雜地形下的海岸 線測(cè)量而被廣泛應(yīng)用。
[0003] 遙感影像上的水體是相對(duì)較特殊的圖像部分，主要原因是水體的反射率隨電磁波 波長(zhǎng)的增大而遞減，至近紅外波段的清澈水體時(shí)反射率降至零；另外水體渾濁度的增加會(huì) 使水體的反射率有所上升，可能到短波紅外波段，水體的反射率才降至零，正是根據(jù)這一特 性，可以實(shí)現(xiàn)水陸分割，從而提取海岸線?；诖藸顩r，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者作了大量的相關(guān)工 作：Bellomo、朱長(zhǎng)明、Bouchahma、劉善偉、AmrYousef、馬曉峰等基于遙感影像，結(jié)合NDWI、 MNDWI、SVM、DEM、邊緣檢測(cè)算子、圖像紋理及數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等方法自動(dòng)提取了海岸線；同時(shí) White、翁宇斌、孫偉富、Mujabar等專家學(xué)者通過(guò)人機(jī)交互方法提取了海岸線，這些方法均 是利用單景影像提取海岸線，雖可較迅速地提取出海岸線，但提取的岸線一般都是衛(wèi)星或 航空飛行器過(guò)境時(shí)的瞬時(shí)水邊線，未考慮同一年份不同時(shí)間內(nèi)潮汐對(duì)瞬時(shí)水邊線位置的影 響，并不是嚴(yán)格意義的海岸線，部分學(xué)者雖考慮到潮汐影響，但都是基于單景單期影像進(jìn)行 潮汐校正。
[0004] 中國(guó)專利（授權(quán)公告號(hào)CN102013015B)公開了 "一種面向?qū)ο蟮倪b感影像海岸線 提取方法"，屬于全自動(dòng)遙感影像海岸線提取領(lǐng)域。該發(fā)明主要是利用利用種子生長(zhǎng)的方法 提先取出海水區(qū)域，最后利用相應(yīng)的判別準(zhǔn)則提取海岸線，但同樣采用單景影像提取海岸 線，因而提取的海岸線結(jié)構(gòu)不夠精確。
[0005] 中國(guó)專利（申請(qǐng)公布號(hào)CN103530635A)公開了"一種基于衛(wèi)星微波遙感圖像 的海岸線提取方法"，該基于衛(wèi)星微波遙感圖像的海岸線提取方法從衛(wèi)星微波遙感圖像上 提取海岸線，包括預(yù)處理、圖像分割和后處理三大步驟，該發(fā)明也是采用單景影像提取海岸 線，因而提取的海岸線結(jié)構(gòu)不夠精確，同時(shí)在圖像分割及后處理過(guò)程中，環(huán)節(jié)較多，提取海 岸線后需要再對(duì)照原始圖像手動(dòng)修改，降低了海岸線的提取效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供一種利用多期遙感影像提取砂質(zhì)岸線的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中單 景影像提取的海岸線不準(zhǔn)確的問(wèn)題，采用多期遙感影像作為海岸線的提取基礎(chǔ)，獲得瞬時(shí) 水邊線再進(jìn)行位置校正，經(jīng)多期校正水邊線的融合從而獲取較為準(zhǔn)確的砂質(zhì)岸線。
[0007] 利用多期遙感影像提取砂質(zhì)岸線的方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟一：對(duì)通過(guò)衛(wèi)星獲得的遙感影像進(jìn)行預(yù)處理；
[0009] 所述預(yù)處理包括采用圖像回歸法進(jìn)行影像相對(duì)輻射歸一化處理，再利用幾何校正 方法對(duì)遙感影像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到預(yù)處理后的遙感影像，相對(duì)輻射歸一化公式：
[0010] yk=akxk+bk (1)
[0011] m
[0012] ⑶
[0013] 其中，波段的歸一化參數(shù)，xk、yk*別為校正圖像k波段歸一化前后的像 元灰度值，分別為校正影像和參考影像k波段的像元平均值，分別為校正 影像與參考影像間k波段的協(xié)方差及參考影像本身的協(xié)方差；
[0014] 步驟二：獲取NDWI圖像；
[0015] 將預(yù)處理后的遙感影像進(jìn)行NDWI指數(shù)計(jì)算，以獲得NDWI圖像，NDWI指數(shù)公式：
[0016](4) ..廣
' +廣.JN-Jtt
[0017] 其中，PG、PNIR分別表示綠光及近紅外波段的反射率；
[0018] 步驟三：獲取水陸分割的二值化影像；
[0019] 根據(jù)NDWI圖像的直方圖分布特征確定圖像分割閾值，并對(duì)NDWI圖像進(jìn)行水陸分 割以獲的二值化影像；
[0020] 步驟四：獲取瞬時(shí)水邊線；
[0021] 通過(guò)柵格矢量轉(zhuǎn)換方法將二值化影像轉(zhuǎn)為矢量數(shù)據(jù)，再通過(guò)碎斑剔除、面轉(zhuǎn)線處 理及假邊界剔除，得到瞬時(shí)水邊線；
[0022] 步驟五：對(duì)瞬時(shí)水邊線進(jìn)行潮汐校正；
[0023] 利用潮汐校正公式對(duì)瞬時(shí)水邊線進(jìn)行校正，得到校正水邊線上界，潮汐校正公 式；
[0024]
(5)
[0025] 其中，hl、h代表遙感影像成像時(shí)的潮高，Η代表平均大潮高潮位的潮高，ΔL為圖 像上兩水邊線的距離，L表示水邊線的校正距離，經(jīng)潮汐校正后獲得單期遙感影像的校正水 邊線；
[0026] 輸入單期瞬時(shí)水邊線和校正距離，輸出為單期校正水邊線；
[0027] 步驟六：進(jìn)行多期校正水邊線的融合獲取砂質(zhì)岸線；
[0028] 校正水邊線的上界為平均大潮高潮線，輸入多期校正水邊線進(jìn)行融合，輸出為獲 得的砂質(zhì)海岸線。
[0029] 如上所述的利用多期遙感影像提取砂質(zhì)岸線的方法，所述步驟一中的配準(zhǔn)是利用 已經(jīng)過(guò)正射校正處理的高精度影像為基準(zhǔn)對(duì)需校正的遙感影像進(jìn)行幾何配準(zhǔn)，每景影像選 取均勻分布的同名地物點(diǎn)15個(gè)以上，控制點(diǎn)分布須均勻，影像的邊緣、海岬頂點(diǎn)處和海灣 的凹形深處至少有一個(gè)控制點(diǎn)分布，并保證海岸線附近多設(shè)控制點(diǎn)，采用二次多項(xiàng)式進(jìn)行 幾何校正，雙線性內(nèi)插法進(jìn)行亮度值的重采樣，使校正精度控制在〇. 5個(gè)像素之內(nèi)。
[0030] 如上所述的利用多期遙感影像提取砂質(zhì)岸線的方法，所述步驟三中的分割閥值位 于NDWI圖像的雙峰之間的過(guò)度區(qū)域內(nèi)。
[0031] 本發(fā)明的有益效果：
[0032] 1、本發(fā)明利用多期遙感影像，引用NDWI指數(shù)，提取瞬時(shí)水邊線，同時(shí)考慮到潮汐 對(duì)岸線位置的影響，將多條潮汐校正的水邊線上邊線經(jīng)過(guò)融合為較準(zhǔn)確的砂質(zhì)海岸線，能 夠有效避免因潮間帶地形（或者灘面地形）起伏造成的海岸線位置低估，同時(shí)可為我國(guó)砂 質(zhì)岸線提取與變化分析提供參考依據(jù)。
[0033] 2、本發(fā)明提取的海岸線經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，基本和傳統(tǒng)方法探測(cè)的海岸線重合，其均值和 均方根誤差均處在較小的范圍內(nèi)，同時(shí)，海岸線的提取過(guò)程快速、準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0035] 圖2是遙感影像經(jīng)預(yù)處理后得到的NDWI圖像直方圖；
[0036] 圖3是本發(fā)明中所述潮汐校正的原理模型圖；
[0037] 圖4是本發(fā)明中多期影像岸線的局部圖；
[0038] 圖5a是本發(fā)明中所述多期校正水邊線融合的原理圖；
[0039] 圖5b是本發(fā)明提取的岸線示意圖；
[0040] 圖6是本發(fā)明提取的岸線結(jié)果圖；
[0041] 圖7是本發(fā)明提取的岸線精度驗(yàn)證圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0043] 如圖1所示，本實(shí)施例一種利用多期遙感影像提取砂質(zhì)岸線的方法，以中國(guó)黃海 某處的多期衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行砂質(zhì)岸線探測(cè)做詳細(xì)描述，包括以下步驟：
[0044] 步驟一：對(duì)通過(guò)衛(wèi)星獲得的遙感影像進(jìn)行預(yù)處理；
[0045] 所述預(yù)處理包括采用圖像回歸法進(jìn)行影像相對(duì)輻射歸一化處理，再利用幾何校正 方法對(duì)遙感影像進(jìn)行配準(zhǔn)，得到預(yù)處理后的遙感影像，由于影像輻射差異的不同，造成同一 地區(qū)的提取標(biāo)準(zhǔn)也有所不同，為消除同一地區(qū)不同時(shí)相影像間的輻射差異需對(duì)遙感影像進(jìn) 行相對(duì)輻射歸一化處理，相對(duì)輻射歸一化公式如下（1)、（2)、（3):
[0046]yk=akxk+bk (1)
[0047] (2)
[0048] ⑶
[0049] 其中，ak、bk是k波段的歸一化參數(shù)，xk