一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法及装置

本发明涉及图像识别，尤其涉及一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法及装置。

背景技术：

1、灾害监测与预警是遥感卫星数据的一个重要应用领域，由于全球气候变化、地缘冲突加剧等诱因，各类自然与人为灾害异常事件增多，引发的风险扩大，对地表异常的及时监测与准确预警成为保障社会与经济平稳健康发展的重大需求。由于人类活动的昼夜节律与可见光照的缺乏，夜间异常相较于日间往往更具有隐蔽性与突然性，更容易造成异常发现与响应的不及时，从而造成更大危害。

2、我国国土幅员辽阔，夜间成像的微光遥感影像为大范围夜间地表异常检测提供了直接的数据与信息源，目前可用的国内外主要微光遥感数据源包括：(1)美国suomi-npp卫星上的viirs传感器数据，包含一个全色波段，空间分辨率大于500米，时间分辨率为12小时；(2)我国珞珈一号01星上的微光传感器数据，包含一个全色波段，空间分辨率约为130米，时间分辨率约为15天；(3)我国吉林一号03b星上的微光传感器数据，包含红绿蓝三个波段，空间分辨率为0.92米，时间分辨率约为4.5天；(4)我国可持续发展科学卫星1号上的微光传感器数据，包含全色与红绿蓝四个波段，全色波段空间分辨率为10米，红绿蓝波段空间分辨率为40米，时间分辨率约为11天。

3、早期的微光传感器一般只包含一个全色波段，即只能探测亮度强弱，缺少红绿蓝等多波段的颜色信息，然而典型的夜间灾害例如火灾、武装冲突、高强度光污染等，仅凭借亮度强弱很难与正常情况进行区分，尤其是在夜间灯光较强的城市地区，例如很多大城市中心商业区的正常夜间光照强度远超过火灾与武装冲突的造成的光照强度，因此基于单一的全色微光影像难以进行有效的夜间灾害监测，很容易引起较高的虚景率。利用全色微光影像进行异常检测的相关研究大部分也引入了其它数据以对正常与异常情况进行区分。

4、近年来随着遥感卫星平台与传感器技术的快速发展，新发射的微光传感器已经逐渐具备了红绿蓝等多谱段的观测能力，多光谱微光遥感影像本身已经拥有了足够的信息量以实现各类夜间异常与正常情况的准确区分，例如在同样的全色波段亮度下，火焰产生的红光亮度远高于绿光亮度，可以达到十倍以上的比例，同时蓝光亮度则更加微弱，可以认为全色波段的亮度主要是由于火焰产生的红光引起的，而对于城市中的正常夜间照明，红光、绿光、蓝光的亮度比例则更加均衡，红光比例略高。

5、在波段数量增加的同时，夜间微光影像的空间分辨率也得到了显著提升，从百米级跨入了十米甚至米级。在百米级的空间分辨率下，异常火点的范围通常只有一个或若干个像元，而在十米乃至米级的空间分辨率下，异常火点的详细范围与区域边界检测就成为了需要关注的问题。

6、综上可见，一种能够利用多光谱微光影像中不同谱段特征与谱段之间的关系，对夜间灾害异常及其详细范围进行准确检测的方法是当前灾害监测领域所亟需的。

技术实现思路

1、本发明提供一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法及装置，用以解决上述问题。

2、本发明提供一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法，包括：

3、获取待检测影像，该待检测影像为夜间多光谱微光遥感影像；

4、对所述待检测影像进行辐射定标，获得待检测影像中每一像素点对应的辐射亮度值；

5、依次判断每一像素点对应的辐射亮度值是否大于预设的亮度异常阈值；

6、在所述辐射亮度值大于预设的亮度异常阈值的情况下，将大于亮度异常阈值的辐射亮度值所对应的像素点作为亮度异常初始点；

7、基于所述亮度异常初始点，利用预定义的区域生成算法生成异常区域。

8、根据本发明提供的一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法，所述异常区域对应的类型为火焰异常，所述辐射亮度值包括红波段辐射亮度值以及绿波段辐射亮度值；

9、相应地，所述在所述辐射亮度值大于预设的亮度异常阈值的情况下，将大于亮度异常阈值的辐射亮度值所对应的像素点作为亮度异常初始点，包括：

10、在像素点的红波段辐射亮度值大于预设的第一火焰异常阈值且红波段辐射亮度值与绿波段辐射亮度值之间的比值大于预设的第二火焰异常阈值的情况下，将对应的像素点作为火焰异常初始点。

11、根据本发明提供的一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法，所述异常区域对应的类型为强光污染，所述辐射亮度值包括红波段辐射亮度值、绿波段辐射亮度值以及蓝波段辐射亮度值；

12、相应地，所述在所述辐射亮度值大于预设的亮度异常阈值的情况下，将大于亮度异常阈值的辐射亮度值所对应的像素点作为亮度异常初始点，包括：

13、在像素点的红波段辐射亮度值大于预设的第一强光污染阈值、绿波段辐射亮度值大于预设的第二强光污染阈值且蓝波段辐射亮度值大于预设的第三强光污染阈值的情况下，将对应的像素点作为强光污染异常初始点。

14、根据本发明提供的一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法，所述预定义的区域生成算法为附加准入条件的八邻域区域生长算法；

15、相应地，所述基于所述亮度异常初始点，利用预定义的区域生成算法生成异常区域，包括：

16、s1，构建异常区域集合以及异常像素点集合，所述异常区域集合用于存储异常区域，所述异常像素点集合用于存储异常区域中所有不重复的像素点；

17、s2，在所述亮度异常初始点与所述异常像素点集合中的像素点均不相同的情况下，将所述亮度异常初始点作为亮度异常像素点，并确定与所述亮度异常初始点相邻的八个像素点为待考察像素点；

18、s3，在所述待考察像素点满足加入异常区域的条件的情况下，将所述待考察像素点作为亮度异常像素点；

19、s4，将与所述亮度异常像素点相邻的八个像素点中尚未被考察的像素点作为新的待考察像素点，判断所述新的待考察像素点是否满足加入异常区域的条件；

20、s5，重复执行步骤s3-s4，直到没有新的待考察像素点满足加入异常区域的条件，以获得异常区域并存储至异常区域集合中，所述异常区域对应的像素点均为亮度异常像素点，将所有亮度异常像素点存储至异常像素点集合中；

21、s6，重复执行步骤s2-s5，直到遍历完所有亮度异常初始点，以获得所有异常区域。

22、根据本发明提供的一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法，在所述异常区域对应的类型为火焰异常的情况下，所述在所述待考察像素点满足加入异常区域的条件的情况下，将所述待考察像素点作为亮度异常像素点，包括：

23、根据所述待考察像素点的红波段辐射亮度值以及绿波段辐射亮度值，判断所述待考察像素点是否满足加入火焰异常区域的条件；

24、其中，所述火焰异常区域的条件为待考察像素点的红波段辐射亮度值大于预设的第三火焰异常阈值；或，待考察像素点的红波段辐射亮度值大于预设的第四火焰异常阈值且红波段辐射亮度值与绿波段辐射亮度值之间的比值大于预设的第五火焰异常阈值；

25、在所述待考察像素点满足加入火焰异常区域的条件的情况下，将所述待考察像素点作为火焰异常像素点。

26、根据本发明提供的一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法，在所述异常区域对应的类型为强光污染的情况下，所述在所述待考察像素点满足加入异常区域的条件的情况下，将所述待考察像素点作为亮度异常像素点，包括：

27、根据所述待考察像素点的红波段辐射亮度值、绿波段辐射亮度值以及蓝波段辐射亮度值，判断所述待考察像素点是否满足加入强光污染异常区域的条件；

28、其中，所述强光污染异常区域的条件为待考察像素点的红波段辐射亮度值大于预设的第四强光污染阈值、绿波段辐射亮度值大于预设的第五强光污染阈值且蓝波段辐射亮度值大于预设的第六强光污染阈值；

29、在所述待考察像素点满足加入强光污染异常区域的条件的情况下，将所述待考察像素点作为强光污染异常像素点。

30、根据本发明提供的一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法，所述对所述待检测影像进行辐射定标，获得待检测影像中每一像素点对应的辐射亮度值，包括：

31、根据待检测影像的像素数字值、微光传感器对应的增益系数以及偏置系数获取辐射亮度值。

32、根据本发明提供的一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法，在所述基于所述亮度异常初始点，利用预定义的区域生成算法生成异常区域之后，该方法还包括：

33、根据所述异常区域所对应的地理环境对所述异常区域进行排查，获得排查后的异常区域。

34、本发明还提供一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测装置，包括：

35、影像获取模块，用于获取待检测影像，该待检测影像为夜间多光谱微光遥感影像；

36、辐射定标模块，用于对所述待检测影像进行辐射定标，获得待检测影像中每一像素点对应的辐射亮度值；

37、异常判断模块，用于依次判断每一像素点对应的辐射亮度值是否大于预设的亮度异常阈值；

38、亮度异常初始点获取模块，用于在所述辐射亮度值大于预设的亮度异常阈值的情况下，将大于亮度异常阈值的辐射亮度值所对应的像素点作为亮度异常初始点；

39、异常区域生成模块，用于基于所述亮度异常初始点，利用预定义的区域生成算法生成异常区域。

40、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上述任一种夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法。

41、本发明提供的夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法及装置，通过预设的亮度异常阈值确定亮度异常初始点，其利用了典型夜间异常在不同谱段表现出的典型特征与谱段间的关系，从而准确判别异常像素点，并通过区域生长算法检测异常区域范围，本发明提供的夜间多光谱微光遥感影像亮度异常检测方法检测过程快速、简洁，且不需要依赖多种不同类型的数据，还具有较高的检测可靠性。