基于aisa航空高光谱影像的赤潮检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于航空高光谱影像的赤潮检测方法。首先用机载高光谱成像仪AISA测得海域的航空高光谱影像；然后在影像的波长450～700nm内数字量化值中选取波长为557～584nm、530～557nm和467nm、512nm的数字量化值，计算波长557～584nm和530～557nm的数字量化值曲线面积比值，以及467nm和512nm的归一化蓝绿波段差值；当DN曲线面积比值大于1.077，且归一化蓝绿波段差值小于0.245时，该像元为被检测出的赤潮像元；将连成片或条带状的赤潮像元判定为赤潮发生海区。本发明直接根据航空高光谱影像的数字量化值，无需对影像进行辐射定标和大气校正等预处理，实现了赤潮发生的明确快速的检测。
【专利说明】基于AISA航空高光谱影像的赤潮检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于机载高光谱成像仪AISA测得的航空高光谱影像的赤潮检测方法，属于图像识别领域。
【背景技术】
[0002]赤潮是在特定的环境条件下，海水中藻类、以及某些原生动物或细菌的迅速繁殖和聚集而引起水体变色的一种有害生态现象，也称为“水华”和“藻华”。赤潮的发生不仅破坏海洋的正常生态结构，影响海洋渔业资源，恶化海洋环境，而且还可能通过食物链的转移和积累使海洋经济动物和人体中毒。因此，快速准确地检测赤潮的发生，对于其治理与预防，减少其危害具有重要作用。
[0003]赤潮监测主要包括船载现场观测、浮标现场观测、航空遥感和卫星遥感等，其中船载和浮标只能实现离散站位的观测，实时性差；卫星遥感则受云雾影响严重，而航空遥感具有反应快速、机动性强和空间分辨率高、受云雾影响小等优势，成为了赤潮发生检测的一种重要手段。目前基于高光谱影像虽然已经实现了赤潮发生检测、浮游生物量的估计、赤潮优势种识别等，但是在这些应用中必须对航空高光谱影像进行辐射定标、大气校正等预处理。其中辐射定标需要同步采集高光谱成像仪的暗电流数据，增加现场操作的步骤，同时操作人员在改变波段配置和帧速率积分时间后，很容易遗漏暗电流数据的采集，给辐射定标带来困难；另外，赤潮发生海域水体光学性质复杂，其上空的气溶胶类型多变，再加上水汽、二氧化碳、臭氧等气体吸收效应的影响，使大气校正存在较大的不确定性和复杂性；此外，海洋中其他地物如溢油、绿潮、海冰等也可对航空高光谱影像的赤潮检测形成干扰而引起误判，影响赤潮检测的准确性，以上诸种因素显然都可能使之达不到赤潮应急监测的需求。因此，建立用于航空高光谱影像的赤潮检测方法显得极为重要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对机载高光谱成像仪AISA测得的航空高光谱影像，提供一种不需进行辐射定标和大气校正，而且不受其他地物干扰的赤潮检测方法。
[0005]本发明是基于2010年6月渤海赤潮发生海域获得的AISA航空高光谱影像(波段范围为400nm?IOOOnm)，首先根据现场观测结果，从影像中提取赤潮像元与非赤潮像元各200个，各像元的数字量化值(DN)组成光谱样本(部分DN曲线如图1)。研究发现,赤潮光谱样本与非赤潮光谱样本的DN值曲线均表现为单峰，但是在不同的波段上，赤潮光谱样本与非赤潮光谱样本的DN曲线特征不同:赤潮光谱样本在红光波段的DN值高于非赤潮光谱样本(分析研究这是由于赤潮水体中叶绿素浓度增高，叶绿素在红光波段存在一个荧光反射峰的作用)；而且赤潮光谱样本DN曲线在450?550nm波段内的斜率大于非赤潮光谱样本(分析研究这是由于浮游植物在蓝光波段的强吸收作用和绿光波段的散射效应)。
[0006]根据图1，赤潮光谱样本与非赤潮光谱样本DN曲线的最大值基本上在Xci=SSTnm附近，非赤潮光谱样本的DN曲线在λ。附近基本对称，但是赤潮光谱样本DN曲线在大于λ0后仍以较高的数值持续到700nm，因此定义DN曲线面积比值变量F1定量表示这种差异:
【权利要求】
1.一种基于AISA航空高光谱影像的赤潮检测方法，其特征在于首先对航空高光谱影像的每一个像元，直接选取波长为557~584nm、530~557nm和467nm、512nm的数字量化值DN，然后根据下列公式计算F1和F2,即
2.权利要求1所述的赤潮检测方法应用于检出航空高光谱影像中的赤潮像元，作为赤潮识别的基本像素单元。
3.权利要求1所述的赤潮检测方法应用于检出赤潮发生海区，作为赤潮发生范围的界定。
【文档编号】G01N21/31GK103604761SQ201310522538
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月29日 优先权日:2013年10月29日
【发明者】秦平, 崔廷伟, 范学炜, 牟冰, 蔡晓晴, 马毅, 张汉德 申请人:国家海洋局第一海洋研究所, 中国海洋大学, 中国海监北海航空支队