一种基于modis图像的水体颜色检测方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种基于MODIS图像的水体颜色检测方法及装置，其中方法包括：获取反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像；将MODIS图像的每个象元的RGB值转换成三刺激值；基于各象元的三刺激值，计算每个象元在色度图坐标系中的色度坐标；计算每个象元的色度坐标在预定坐标系中的新坐标；计算各象元的新坐标相对于预定坐标系的X轴的夹角；根据预定的夹角与颜色主波长的对应关系，确定各夹角的颜色主波长，及根据预定的夹角与水色级别的对应关系，确定各夹角的水色级别；根据所确定的颜色主波长与水色级别，确定水体颜色。本发明实施例实现了采用遥感手段对水体颜色进行宏观大范围长时间的遥感检测的适用。
【专利说明】—种基于MODIS图像的水体颜色检测方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及遥感图像颜色参量提取【技术领域】，更具体地说，涉及一种基于MODIS (Moderate-resolut1n Imaging Spectrorad1meter,中分辨率成像光谱仪)图像的水体颜色检测方法及装置。
【背景技术】
[0002]水体颜色是太阳光线与水体中的光活性物质在可见光范围内作用的直接结果，与水体水质有着密切的关系。水体颜色是水质的常规监测指标之一，因此对水体颜色的进行检测，对于水质监测而言具有重要意义。
[0003]本发明的发明人研究发现:目前利用遥感手段对水体颜色进行宏观大范围长时间的遥感检测成为了一种需求；而水体中三种主要的光活性物质:浮游植物、悬浮物和有色可溶性有机物共同决定了水体的颜色；在水体中，三种物质表现出各种可能的组合，三种物质浓度独立变化且变化范围很大，水体光学特性复杂多变，使水体水色遥感成为一个多变量非线性的复杂问题；因此现有技术还没有一种能够适用于采用遥感手段对水体颜色进行宏观大范围长时间的遥感检测的方案。
[0004]可见，提供一种水体颜色检测方法，以适用采用遥感手段对水体颜色进行宏观大范围长时间的遥感检测，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]有鉴于此，本发明实施例提供一种基于MODIS图像的水体颜色检测方法及装置，以实现适用采用遥感手段对水体颜色进行宏观大范围长时间的遥感检测的目的。
[0006]为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案:
[0007]一种基于MODIS图像的水体颜色检测方法，包括:
[0008]获取反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像；
[0009]将所述MODIS图像的每个象元的RGB值转换成色度学中的三刺激值；
[0010]基于各象元的三刺激值，计算每个象元在色度图坐标系中的色度坐标；
[0011]通过坐标转换，计算每个象元的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，所述预定坐标系的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，所述预定坐标系的Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致；
[0012]计算各象元的新坐标相对于预定坐标系的X轴的夹角；
[0013]根据预定的夹角与颜色主波长的对应关系，确定各夹角的颜色主波长，及根据预定的夹角与水色级别的对应关系，确定各夹角的水色级别；
[0014]根据所确定的颜色主波长与水色级别，确定MODIS图像所反映的水体颜色。
[0015]其中，所述预定的夹角与颜色主波长的对应关系的确定过程包括:
[0016]选取色度图外围线的设定纳米波长范围，所述设定纳米波长范围包含η个整数纳米波长，一个整数纳米波长表示色度图外围线的一个颜色主波长，η大于2 ;
[0017]确定所述设定纳米波长范围中，色度图外围线上各整数纳米波长点在色度图坐标系中的色度坐标，得到η个色度坐标，一个整数纳米波长对应一个色度坐标；
[0018]通过坐标转换，计算各整数纳米波长对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标；
[0019]计算各整数纳米波长对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角；
[0020]确定各整数纳米波长对应的夹角，建立整数纳米波长表示的颜色主波长，与对应的夹角的对应关系。
[0021]其中，所述预定的夹角与水色级别的对应关系的确定过程包括:
[0022]确定水体Forel-Ule比色表中各水色级别在色度图坐标系中的色度坐标；
[0023]通过坐标转换，计算各水色级别对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标；
[0024]计算各水色级别对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角；
[0025]确定各水色级别对应的夹角范围,该夹角范围即该水色级别与上下两个水色级别夹角角分线确定的夹角范围，落入这个角度范围的夹角值对应该水色级别，建立各水色级别与对应的夹角的对应关系。
[0026]其中，所述获取反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像包括:
[0027]获取包含MODIS第I波段，第4波段和第3波段共3个波段的地表反射率水体区域图像数据；其中，第I波段的波长范围为620纳米至670纳米，位于红光范围，第4波段的波长范围为545纳米至565纳米，位于绿光范围，第3波段的波长范围为459纳米至479纳米，位于蓝光范围。
[0028]其中，所述将所述MODIS图像的每个象元的RGB值转换成色度学中的三刺激值包括:
[0029]基于CIE标准色度学，将MODIS图像每个象元的第I波段值，第4波段值，第3波段值转换成色度学中的三刺激值X，Y，Ζ。
[0030]其中，所述预定坐标系的构建过程包括:
[0031]在CIE标准色度图中，基于色度坐标为(1/3，1/3)的等能白点构建二维左手坐标系，所构建的二维左手坐标系的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致，所构建的二维左手坐标系作为所述预定坐标系。
[0032]本发明实施例还提供一种基于MODIS图像的水体颜色检测装置，包括:
[0033]图像获取模块，用于获取反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像；
[0034]三刺激值转换模块，用于将所述MODIS图像的每个象元的RGB值转换成色度学中的三刺激值；
[0035]色度坐标计算模块，用于基于各象元的三刺激值，计算每个象元在色度图坐标系中的色度坐标；
[0036]新坐标计算模块，用于通过坐标转换，计算每个象元的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，所述预定坐标系的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，所述预定坐标系的Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致；
[0037]夹角计算模块，用于计算各象元的新坐标相对于预定坐标系的X轴的夹角；
[0038]颜色波长级别确定模块，用于根据预定的夹角与颜色主波长的对应关系，确定所述夹角的颜色主波长，及根据预定的夹角与水色级别的对应关系，确定所述夹角的水色级别；
[0039]水体颜色确定模块，用于根据所确定的颜色主波长与水色级别，确定MODIS图像所反映的水体颜色。
[0040]其中，所述装置还包括:
[0041]第一对应关系确定模块，用于选取色度图外围线的设定纳米波长范围，所述设定纳米波长范围包含η个整数纳米波长，一个整数纳米波长表示色度图外围线的一个颜色主波长，η大于2，确定所述设定纳米波长范围中，色度图外围线上各整数纳米波长在色度图坐标系中的色度坐标，得到η个色度坐标，一个整数纳米波长对应一个色度坐标，通过坐标转换，计算各整数纳米波长对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，计算各整数纳米波长对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角，确定各整数纳米波长对应的夹角，建立整数纳米波长表示的颜色主波长，与对应的夹角的对应关系；
[0042]第二对应关系确定模块，用于确定水体Forel-Ule比色表中各水色级别在色度图坐标系中的色度坐标，通过坐标转换，计算各水色级别对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，计算各水色级别对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角，确定各水色级别对应的夹角，建立各水色级别与对应的夹角的对应关系。
[0043]其中，所述图像获取模块包括:
[0044]图像数据获取单元，用于获取包含MODIS第I波段，第4波段和第3波段共3个波段的地表反射率水体区域图像数据；其中，第I波段的波长范围为620纳米至670纳米，位于红光范围，第4波段的波长范围为545纳米至565纳米，位于绿光范围，第3波段的波长范围为459纳米至479纳米，位于蓝光范围。
[0045]其中，所述三刺激值转换模块包括:
[0046]转换执行单元，用于基于CIE标准色度学，将MODIS图像每个象元的第I波段值，第4波段值，第3波段值转换成色度学中的三刺激值X，Y，Z0
[0047]基于上述技术方案，本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测方法，通过获取反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像，将MODIS图像的每个象元的RGB值转换成色度学中的三刺激值，计算各象元的三刺激值在色度图坐标系中的色度坐标，并且通过建立X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致的预定坐标系，从而通过坐标转换，计算每个象元的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，计算各象元的新坐标相对于预定坐标系的X轴的夹角；进而通过预定的夹角与颜色主波长的对应关系，确定各夹角的颜色主波长，及根据预定的夹角与水色级别的对应关系，确定各夹角的水色级别，最终根据所确定的颜色主波长与水色级别，确定MODIS图像所反映的水体颜色。本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测方法，利用遥感数据对水体水质进行宏观监测，发挥了卫星遥感环境监测的优势；同时基于MODIS反射率遥感图像，建立了水体颜色参量提取的方法，使遥感图像上的水体颜色能够定量化表示，实现了采用遥感手段对水体颜色进行宏观大范围长时间的遥感检测的适用。
【专利附图】
【附图说明】
[0048]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0049]图1为本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测方法的流程图；
[0050]图2为本发明实施例提供的确定夹角与颜色主波长的对应关系的方法流程图；
[0051]图3为本发明实施例提供的确定夹角与水色级别的对应关系的方法流程图；
[0052]图4为本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测方法的另一流程图；
[0053]图5为本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测装置的结构框图；
[0054]图6为本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测装置的另一结构框图；
[0055]图7为本发明实施例提供的图像获取模块的结构框图；
[0056]图8为本发明实施例提供的三刺激值转换模块的结构框图；
[0057]图9为本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测装置的再一结构框图。
【具体实施方式】
[0058]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]图1为本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测方法的流程图，该方法可应用于具有数据处理能力的电子设备，参照图1，该方法可以包括:
[0060]步骤S100、获取反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像；
[0061]可选的，MODIS图像可以认为是MODIS拍摄的反映水体颜色的图像数据；
[0062]可选的，RGB波段组合主要是指红光(R)范围波段，绿光(G)范围波段和蓝光(B)范围波段的组合；本发明实施例可通过MODIS获取地表反射率水体区域图像，并且该地表反射率水体区域图像中可包含RGB波段组合。
[0063]步骤SI 10、将所述MODIS图像的每个象元的RGB值转换成色度学中的三刺激值；
[0064]可选的，本发明实施例可基于CIE (Internat1nal Commiss1n onIlluminat1n,国际照明委员会)标准色度学将MODIS图像中每个象元的RGB值(即红光范围波段值，绿光范围波段值和蓝光范围波段值)转换成色度学中的三刺激值X，Y，Z ;
[0065]步骤S120、基于各象元的三刺激值，计算每个象元在色度图坐标系中的色度坐标；
[0066]可选的，色度图坐标系可以是CIE标准色度学对应的色度坐标系；通过三刺激值在色度图坐标系中的坐标转换算法，可计算各象元的三刺激值所对应在色度图坐标系中的色度坐标。
[0067]步骤S130、通过坐标转换，计算每个象元的色度坐标在预定坐标系中的新坐标；
[0068]其中，所述预定坐标系的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致；
[0069]可选的，本发明实施例可通过两个坐标系之间的坐标转换算法，计算每个象元在色度图坐标系中的色度坐标，在预定坐标系中的新坐标。
[0070]步骤S140、计算各象元的新坐标相对于预定坐标系的X轴的夹角；
[0071]若象元在新坐标系中的坐标为(x，y)，则本发明实施例可计算(x，y)与预定坐标系的X轴的夹角α值。
[0072]步骤S150、根据预定的夹角与颜色主波长的对应关系，确定各夹角的颜色主波长，及根据预定的夹角与水色级别的对应关系，确定各夹角的水色级别；
[0073]可选的，本发明实施例可计算色度图的颜色主波长在预定坐标系中对应的坐标，确定出色度图的颜色主波长在预定坐标系中对应的坐标，与预定坐标系的X轴的夹角，从而得到夹角与颜色主波长的对应关系，进而确定出步骤S140所计算的各夹角的颜色主波长；由于各颜色主波长均可对应相应的颜色，因此通过确定出的各夹角的颜色主波长，本发明实施例可确定出MODIS图像所反映的水体颜色分布情况。
[0074]可选的，本发明实施例可通过水体Forel-Ule比色表中各水色级别在预定坐标系中对应的坐标，确定出各水色级别在预定坐标系中对应的坐标，与预定坐标系的X轴的夹角，从而得到夹角与水色级别的对应关系，进而确定出步骤S140所计算的各夹角的水色级别；通过确定出的各夹角的水色级别，本发明实施例可确定出MODIS图像所反映的水体的水色级别分布情况。
[0075]步骤S160、根据所确定的颜色主波长与水色级别，确定MODIS图像所反映的水体颜色。
[0076]可选的，本发明实施例可仅以所确定的颜色主波长，确定MODIS图像所反映的水体颜色；也可仅以所确定的水色级别确定MODIS图像所反映的水体颜色；显然,本发明实施例也可采用颜色主波长与水色级别相结合的方式确定MODIS图像所反映的水体颜色。
[0077]本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测方法，通过获取反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像，将MODIS图像的每个象元的RGB值转换成色度学中的三刺激值，计算各象元的三刺激值在色度图坐标系中的色度坐标，并且通过建立X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致的预定坐标系，从而通过坐标转换，计算每个象元的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，计算各象元的新坐标相对于预定坐标系的X轴的夹角；进而通过预定的夹角与颜色主波长的对应关系，确定各夹角的颜色主波长，及根据预定的夹角与水色级别的对应关系，确定各夹角的水色级别，最终根据所确定的颜色主波长与水色级别，确定MODIS图像所反映的水体颜色。本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测方法，利用遥感数据对水体水质进行宏观监测，发挥了卫星遥感环境监测的优势；同时基于MODIS反射率遥感图像，建立了水体颜色参量提取的方法，使遥感图像上的水体颜色能够定量化表示，实现了采用遥感手段对水体颜色进行宏观大范围长时间的遥感检测的适用。
[0078]可选的，图2示出了确定夹角与颜色主波长的对应关系的方法流程图，值得注意的是，在前文所述的夹角与颜色主波长的对应关系的表达含义的基础上，图2所示方法仅为实现夹角与颜色主波长的对应关系的表达含义的一种可选方式；参照图2，该方法可以包括:
[0079]步骤S200、选取色度图外围线的设定纳米波长范围，所述设定纳米波长范围包含η个整数纳米波长，一个整数纳米波长表示色度图外围线的一个颜色主波长，η大于2 ;
[0080]可选的，设定纳米波长范围可以是38011111(纳米)-70011111，其中包含321个整数纳米波长，则可对应321个颜色主波长。
[0081]步骤S210、确定所述设定纳米波长范围中，色度图外围线上各整数纳米波长点在色度图坐标系中的色度坐标，得到η个色度坐标，一个整数纳米波长对应一个色度坐标；
[0082]可选的，本发明实施例可计算380nm-700nm中的321个整数纳米波长，在色度图坐标系中的色度坐标，其中，一个整数纳米波长对应一个颜色主波长，得到321个颜色主波长所对应的321个色度坐标。
[0083]色度图坐标系可以为图1所示的与CIE标准色度学对应的色度坐标系。
[0084]步骤S220、通过坐标转换，计算各整数纳米波长对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标；
[0085]可选的，预定坐标系可以为图1所示的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致的坐标系。
[0086]步骤S230、计算各整数纳米波长对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角；
[0087]步骤S240、确定各整数纳米波长对应的夹角，建立整数纳米波长表示的颜色主波长,与对应的夹角的对应关系。
[0088]可选的，本发明实施例可建立321个颜色主波长与对应的夹角的对应关系，根据该对应关系可构建颜色主波长角度查找表，可选的，按照此方法构建的颜色主波长查找表，从380nm到700nm对应的角度是逐波长递增的。
[0089]本发明实施例在得到各整数纳米波长对应的夹角后，也就得到了整数纳米波长表示的颜色主波长对应的夹角，可建立出各颜色主波长与夹角的对应关系，从而作为图1所示方法中表示的预定的夹角与颜色主波长的对应关系，确定出MODIS图像的各象元的新坐标相对于预定坐标系的X轴的夹角，所对应的颜色主波长。可选的，本发明实施例可基于主波长角度查找表，查找MODIS图像每个象元对应的角度值最近的一个角度，这个角度对应的颜色主波长值即为该象元的颜色主波长值，输出颜色主波长图像。
[0090]可选的，图3示出了确定夹角与水色级别的对应关系的方法流程图，值得注意的是，在前文所述的夹角与水色级别的对应关系的表达含义的基础上，图3所示方法仅为实现夹角与水色级别的对应关系的表达含义的一种可选方式；参照图3，该方法可以包括:
[0091]步骤S300、确定水体Forel-Ule比色表中各水色级别在色度图坐标系中的色度坐标；
[0092]可选的，水体Forel-Ule比色表为Forel-Ule目视比色法的所采用的比色表(Forel-Ule目视比色法为现有的水质常规监测算法)，水体Forel-Ule比色表表达了 21个水色级别。本发明实施例可计算水体Forel-Ule比色表表达的21个水色级别在色度图坐标系中的色度坐标。
[0093]步骤S310、通过坐标转换，计算各水色级别对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标；
[0094]步骤S320、计算各水色级别对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角；
[0095]步骤S330、确定各水色级别对应的夹角，建立各水色级别与对应的夹角的对应关系O
[0096]可选的,本发明实施例可建立水体Forel-Ule比色表表达的21个水色级别与对应的夹角的对应关系，根据该对应关系可构建水色分级角度查找表，可选的，按照此方法构建的水色分级角度查找表，从FU第I级别到第22级别对应的角度是逐渐递增的。
[0097]可选的，本发明实施例基于水色分级角度查找表，可查找MODIS图像的每个象元的角度最近的一个角度，这个角度对应的FU分级值(水色分级值)即为该象元的FU分级(水色分级)；并且只有当角度值在[-150° ,60° ]区间内时，才进行查找分级，否则不能进行查找FU分级。
[0098]本发明实施例在得到各水色级别与对应的夹角的对应关系后,可将该对应关系作为图1所示方法中表示的预定的夹角与水色级别的对应关系，确定出MODIS图像的各象元的新坐标相对于预定坐标系的X轴的夹角，所对应的水色级别。
[0099]本发明实施例提取的水体颜色FU分级值，基于常规水质监测使用的Forel-Ule比色表中的21种水体颜色，能够直观且定量地反映水质状况，实现了基于卫星遥感图像的水体颜色分级，并且为与历史常规监测数据衔接对比提供了可能。
[0100]可选的，反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像，可以是包含MODIS第I波段，第4波段和第3波段共3个波段的地表反射率水体区域图像数据；可选的，第I波段的波长范围可以为620nm-670nm,第4波段的波长范围可以为545nm-565nm,第3波段的波长范围可以为459nm至479nm ;可以看出，第I波段的波长范围位于红光范围，第4波段的波长范围位于绿光范围，第3波段的波长范围位于蓝光范围，该MODIS第I波段，第4波段和第3波段的组合即是MODIS图像RGB真彩色合成的波段组合。
[0101]对应的，在将MODIS图像的每个象元的RGB值转换成色度学中的三刺激值时，本发明实施例可基于CIE标准色度学，将MODIS图像每个象元的第I波段值，第4波段值，第3波段值转换成色度学中的三刺激值X，Y，Z。
[0102]可选的，本发明实施例构建的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致的预定坐标系，可以是在CIE标准色度图中，基于色度坐标为(1/3，1/3)的等能白点所构建的二维左手坐标系。
[0103]可选的，图4示出了本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测方法的另一流程图，图4所示方法可作为本发明实施例提供的优选方法，参照图4，该方法可以包括:
[0104]步骤S400、获取包含MODIS第I波段，第4波段和第3波段共3个波段的地表反射率水体区域图像数据；
[0105]其中，第I波段的波长范围为620纳米至670纳米，位于红光范围，第4波段的波长范围为545纳米至565纳米，位于绿光范围，第3波段的波长范围为459纳米至479纳米，位于蓝光范围。
[0106]步骤S410、基于CIE标准色度学，将MODIS图像每个象元的第I波段值，第4波段值，第3波段值转换成色度学中的三刺激值X，Y，Z0
[0107]步骤S420、基于各象元的三刺激值，计算每个象元在CIE标准色度学对应的色度图坐标系中的色度坐标；
[0108]步骤S430、在CIE标准色度图中，基于色度坐标为(1/3，1/3)的等能白点所构建的二维左手坐标系中，通过坐标转换，计算每个象元的色度坐标在所述二维左手坐标系中的新坐标；
[0109]其中，所构建的二维左手坐标系的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致。
[0110]步骤S440、计算各象元的新坐标相对于所述二维左手坐标系的X轴的夹角；
[0111]步骤S450、根据预定的夹角与颜色主波长的对应关系，确定各夹角的颜色主波长，及根据预定的夹角与水色级别的对应关系，确定各夹角的水色级别；
[0112]其中，本发明实施例可计算色度图的颜色主波长在所述二维左手坐标系中对应的坐标，确定出色度图的颜色主波长在所述二维左手坐标系中对应的坐标，与所述二维左手坐标系的X轴的夹角，从而得到夹角与颜色主波长的对应关系；本发明实施例可通过水体Forel-Ule比色表中各水色级别在所述二维左手坐标系中对应的坐标，确定出各水色级别在所述二维左手坐标系中对应的坐标，与所述二维左手坐标系的X轴的夹角，从而得到夹角与水色级别的对应关系。
[0113]步骤S460、根据所确定的颜色主波长与水色级别，确定MODIS图像所反映的水体颜色。
[0114]可选的，本发明实施例所检测的水体可以是II类水体，可以是内陆水体；显然，本发明实施例所检测的水体类型也可不受限制。
[0115]本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测方法，利用遥感数据对水体水质进行宏观监测，发挥了卫星遥感环境监测的优势；同时基于MODIS反射率遥感图像，建立了水体颜色参量提取的方法，使遥感图像上的水体颜色能够定量化表示，实现了采用遥感手段对水体颜色进行宏观大范围长时间的遥感检测的适用。
[0116]下面对本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测装置进行介绍，下文描述的基于MODIS图像的水体颜色检测装置与上文描述的基于MODIS图像的水体颜色检测方法可相互对应参照。
[0117]图5为本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测装置的结构框图，参照图5，该装置可以包括:
[0118]图像获取模块100，用于获取反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像；
[0119]三刺激值转换模块200，用于将所述MODIS图像的每个象元的RGB值转换成色度学中的三刺激值；
[0120]色度坐标计算模块300，用于基于各象元的三刺激值，计算每个象元在色度图坐标系中的色度坐标；
[0121]新坐标计算模块400，用于通过坐标转换，计算每个象元的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，所述预定坐标系的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，所述预定坐标系的Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致；
[0122]夹角计算模块500，用于计算各象元的新坐标相对于预定坐标系的X轴的夹角；
[0123]颜色波长级别确定模块600，用于根据预定的夹角与颜色主波长的对应关系，确定所述夹角的颜色主波长，及根据预定的夹角与水色级别的对应关系，确定所述夹角的水色级别；
[0124]水体颜色确定模块700，用于根据所确定的颜色主波长与水色级别，确定MODIS图像所反映的水体颜色。
[0125]可选的，图6示出了本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测装置的另一结构框图，结合图5和图6所示，该装置还可以包括:
[0126]第一对应关系确定模块800，用于选取色度图外围线的设定纳米波长范围，所述设定纳米波长范围包含η个整数纳米波长，一个整数纳米波长表示色度图外围线的一个颜色主波长，η大于2，确定所述设定纳米波长范围中，色度图外围线上各整数纳米波长点在色度图坐标系中的色度坐标，得到η个色度坐标，一个整数纳米波长对应一个色度坐标，通过坐标转换，计算各整数纳米波长对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，计算各整数纳米波长对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角，确定各整数纳米波长对应的夹角，建立整数纳米波长表示的颜色主波长，与对应的夹角的对应关系；
[0127]第二对应关系确定模块900，用于确定水体Forel-Ule比色表中各水色级别在色度图坐标系中的色度坐标，通过坐标转换，计算各水色级别对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，计算各水色级别对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角，确定各水色级别对应的夹角，建立各水色级别与对应的夹角的对应关系。
[0128]可选的，图7示出了本发明实施例提供的图像获取模块100的一种可选结构，参照图7，图像获取模块100可以包括:
[0129]图像数据获取单元110，用于获取包含MODIS第I波段，第4波段和第3波段共3个波段的地表反射率水体区域图像数据；其中，第I波段的波长范围为620纳米至670纳米，位于红光范围，第4波段的波长范围为545纳米至565纳米，位于绿光范围，第3波段的波长范围为459纳米至479纳米，位于蓝光范围。
[0130]可选的，图8示出了本发明实施例提供的三刺激值转换模块200的一种可选结构，参照图8，三刺激值转换模块200可以包括:
[0131]转换执行单元210，用于基于CIE标准色度学，将MODIS图像每个象元的第I波段值，第4波段值，第3波段值转换成色度学中的三刺激值X，Y，Z0
[0132]可选的，图9示出了本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测装置的再一结构框图，结合图5和图9所示，该装置还可以包括:
[0133]坐标系建立模块1000，用于在CIE标准色度图中，基于色度坐标为(1/3，1/3)的等能白点构建二维左手坐标系，所构建的二维左手坐标系的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致，所构建的二维左手坐标系作为所述预定坐标系。
[0134]本发明实施例提供的基于MODIS图像的水体颜色检测装置，利用遥感数据对水体水质进行宏观监测，发挥了卫星遥感环境监测的优势；同时基于MODIS反射率遥感图像，建立了水体颜色参量提取的方法，使遥感图像上的水体颜色能够定量化表示，实现了采用遥感手段对水体颜色进行宏观大范围长时间的遥感检测的适用。
[0135]同时，本发明实施例提取的水体颜色FU分级值，基于常规水质监测使用的Forel-Ule比色表中的21种水体颜色，能够直观且定量地反映水质状况，实现了基于卫星遥感图像的水体颜色分级，并且为与历史常规监测数据衔接对比提供了可能。
[0136]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0137]专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
[0138]结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或【技术领域】内所公知的任意其它形式的存储介质中。
[0139]对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
【权利要求】
1.一种基于MODIS图像的水体颜色检测方法，其特征在于，包括: 获取反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像； 将所述MODIS图像的每个象元的RGB值转换成色度学中的三刺激值； 基于各象元的三刺激值，计算每个象元在色度图坐标系中的色度坐标； 通过坐标转换，计算每个象元的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，所述预定坐标系的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，所述预定坐标系的Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致； 计算各象元的新坐标相对于预定坐标系的X轴的夹角； 根据预定的夹角与颜色主波长的对应关系，确定各夹角的颜色主波长，及根据预定的夹角与水色级别的对应关系，确定各夹角的水色级别； 根据所确定的颜色主波长与水色级别，确定MODIS图像所反映的水体颜色。
2.根据权利要求1所述的基于MODIS图像的水体颜色检测方法，其特征在于，所述预定的夹角与颜色主波长的对应关系的确定过程包括: 选取色度图外围线的设定纳米波长范围，所述设定纳米波长范围包含η个整数纳米波长，一个整数纳米波长表示色度图外围线的一个颜色主波长，η大于2 ;确定所述设定纳米波长范围中，色度图外围线上各整数纳米波长点在色度图坐标系中的色度坐标，得到η个色度坐标，一个整数纳米波长对应一个色度坐标； 通过坐标转换，计算各整数纳米波长对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标；计算各整数纳米波长对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角；确定各整数纳米波长对应的夹角，建立整数纳米波长表示的颜色主波长，与对应的夹角的对应关系。
3.根据权利要求1所述的基于MODIS图像的水体颜色检测方法，其特征在于，所述预定的夹角与水色级别的对应关系的确定过程包括: 确定水体Forel-Ule比色表中各水色级别在色度图坐标系中的色度坐标； 通过坐标转换，计算各水色级别对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标； 计算各水色级别对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角； 确定各水色级别对应的夹角，建立各水色级别与对应的夹角的对应关系。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于MODIS图像的水体颜色检测方法，其特征在于，所述获取反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像包括: 获取包含MODIS第I波段，第4波段和第3波段共3个波段的地表反射率水体区域图像数据；其中，第I波段的波长范围为620纳米至670纳米，位于红光范围，第4波段的波长范围为545纳米至565纳米，位于绿光范围，第3波段的波长范围为459纳米至479纳米，位于蓝光范围。
5.根据权利要求4所述的基于MODIS图像的水体颜色检测方法，其特征在于，所述将所述MODIS图像的每个象元的RGB值转换成色度学中的三刺激值包括: 基于CIE标准色度学，将MODIS图像每个象元的第I波段值，第4波段值，第3波段值转换成色度学中的三刺激值X，Y，Ζ。
6.根据权利要求1所述的基于MODIS图像的水体颜色检测方法，其特征在于，所述预定坐标系的构建过程包括: 在CIE标准色度图中，基于色度坐标为(1/3，1/3)的等能白点构建二维左手坐标系，所构建的二维左手坐标系的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致，所构建的二维左手坐标系作为所述预定坐标系。
7.一种基于MODIS图像的水体颜色检测装置，其特征在于，包括: 图像获取模块，用于获取反映水体颜色的具有RGB波段组合的MODIS图像； 三刺激值转换模块，用于将所述MODIS图像的每个象元的RGB值转换成色度学中的三刺激值； 色度坐标计算模块，用于基于各象元的三刺激值，计算每个象元在色度图坐标系中的色度坐标； 新坐标计算模块，用于通过坐标转换，计算每个象元的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，所述预定坐标系的X轴与色度图坐标系的Y轴平行，正向方向一致，所述预定坐标系的Y轴与色度图坐标系的X轴平行，正向方向一致； 夹角计算模块，用于计算各象元的新坐标相对于预定坐标系的X轴的夹角； 颜色波长级别确定模块，用于根据预定的夹角与颜色主波长的对应关系，确定所述夹角的颜色主波长，及根据预定的夹角与水色级别的对应关系，确定所述夹角的水色级别； 水体颜色确定模块，用于根据所确定的颜色主波长与水色级别，确定MODIS图像所反映的水体颜色。
8.根据权利要求7所述的基于MODIS图像的水体颜色检测装置，其特征在于，还包括: 第一对应关系确定模块，用于选取色度图外围线的设定纳米波长范围，所述设定纳米波长范围包含η个整数纳米波长，一个整数纳米波长表示色度图外围线的一个颜色主波长，η大于2，确定所述设定纳米波长范围中，色度图外围线上各整数纳米波长点在色度图坐标系中的色度坐标，得到η个色度坐标，一个整数纳米波长对应一个色度坐标，通过坐标转换，计算各整数纳米波长对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，计算各整数纳米波长对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角，确定各整数纳米波长对应的夹角，建立整数纳米波长表示的颜色主波长，与对应的夹角的对应关系； 第二对应关系确定模块，用于确定水体Forel-Ule比色表中各水色级别在色度图坐标系中的色度坐标，通过坐标转换，计算各水色级别对应的色度坐标在预定坐标系中的新坐标，计算各水色级别对应的新坐标，相对于预定坐标系的X轴的夹角，确定各水色级别对应的夹角，建立各水色级别与对应的夹角的对应关系。
9.根据权利要求7或8所述的基于MODIS图像的水体颜色检测装置，其特征在于，所述图像获取模块包括: 图像数据获取单元，用于获取包含MODIS第I波段，第4波段和第3波段共3个波段的地表反射率水体区域图像数据；其中，第I波段的波长范围为620纳米至670纳米，位于红光范围，第4波段的波长范围为545纳米至565纳米，位于绿光范围，第3波段的波长范围为459纳米至479纳米，位于蓝光范围。
10.根据权利要求9所述基于MODIS图像的水体颜色检测装置，其特征在于，所述三刺激值转换模块包括: 转换执行单元，用于基于CIE标准色度学，将MODIS图像每个象元的第I波段值，第4波段值，第3波段值转换成色度学中的三刺激值X，Y，Z0
【文档编号】G06T7/00GK104361602SQ201410693596
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月26日 优先权日:2014年11月26日
【发明者】张兵, 李俊生, 申茜, 张方方, 王胜蕾 申请人:中国科学院遥感与数字地球研究所