一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法及系统

本发明属于几何定位和遥感影像处理，具体涉及一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法及系统。

背景技术：

1、我国高分辨率光学遥感卫星发展迅速，高分、资源等系列卫星的数量日益增多，国产遥感卫星对地观测能力极大提升，在土地利用、农业监测、海洋监测、天气预报等方面都发挥了重要作用。随着国产光学遥感卫星的蓬勃发展，国产光学高分辨率遥感卫星的几何精度也受到关注。卫星的几何定位精度直接影响到后续的数据应用，是数据预处理的重要组成部分。在湖泊监测方面，许多研究主要聚焦于水色要素参数浓度、固有光学特性、水文要素、环境参数等，在获取这些要素参数的时序产品的过程中，准确的卫星几何定位信息至关重要。

2、目前，针对我国高分辨率光学遥感卫星存在的影像几何精度不足的问题，许多研究人员基于地面检校场展开校正，但是需要人工手动选择大量的地面控制点作为匹配点对，这种方法费时费力，难以兼顾时效与精度，更为高效、高精的几何校正方法引起了广泛关注。湖泊在光学遥感卫星影像中与城市、山地等背景有明显区别特征，可以被较为容易且准确地提取出来。许多科研人员和组织公开发表了长时序的湖泊数据集，例如realsat数据集、dynamic world数据集等，这些数据集涵盖了全球湖泊，给出了精确到月度的湖泊范围，并且在影像的湖泊水体二值图中，具有丰富的轮廓和面积信息，这给自动化的湖泊定位提供了可能。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法及系统，采用与历史水体范围匹配的方法校正影像，无需使用地面控制点，能够自动化地较为精确地校正影像，有业务化推广前景。

2、为了实现上述目的，本发明提供一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法，包括以下步骤：

3、步骤1，建立待校正遥感影像的湖泊影像基底数据库；

4、步骤2，提取待校正遥感影像中的湖泊；

5、步骤2.1，利用归一化水体指数ndwi提取待校正遥感影像的湖泊；

6、步骤2.2，对提取出的湖泊轮廓进行平滑处理，去除影像噪声；

7、步骤2.3，裁剪获取湖泊范围，并计算湖泊面积；

8、步骤3，将基底数据库中的湖泊矢量影像转换成栅格影像；

9、步骤4，搜索基底数据库中湖泊面积与待校正影像湖泊面积最接近的影像作为基准影像；

10、步骤5，将基准影像的空间分辨率重采样至与待校正影像一致；

11、步骤6，将基准影像转换到步骤2提取的待校正湖泊影像的坐标系下，以基准影像为基准，移动待校正湖泊影像，选取重叠面积最大时对应的x、y轴平移量作为校正参数；

12、步骤7，利用校正参数对待校正影像进行校正，实现湖泊定位。

13、而且，所述步骤1中根据待校正遥感影像的经纬度，下载公开发表的长时序湖泊数据集建立湖泊影像基底数据库，或者基于精确几何校正后的遥感影像自行提取湖泊建立湖泊影像基底数据库。对湖泊影像基底数据库中的影像进行目视检查，删除由于云、云阴影、噪声引起的可修正的破碎图斑，去除明显被云层污染的水体提取结果，形成包含有经纬度、时间、湖泊矢量范围、湖泊面积信息的湖泊影像基底数据库。

14、而且，所述步骤2.1中归一化水体指数为：

15、

16、式中，ndwi为归一化水体指数，green为待校正影像的绿光波段，nir为待校正影像的近红外波段。

17、而且，所述步骤2.2中生成步骤2.1提取的所有湖泊斑块的轮廓后，过滤去除包含像元数小于湖泊基底数据库中历史最大面积n％的轮廓，n为设定的阈值。

18、而且，所述步骤2.3中计算步骤2.2生成的各湖泊矢量的面积，并计算湖泊影像基底数据库中历史最大面积矢量的东西方向宽度，对各湖泊矢量以该宽度值向外做缓冲，以缓冲后的图形的外接矩形为掩膜对待校正遥感影像进行裁剪，得到待校正湖泊影像。

19、而且，所述步骤4中基底数据库中的栅格影像带有面积属性，利用待校正影像提取的湖泊面积查找基底数据库中最为接近的湖泊面积，获取对应的湖泊栅格影像作为基准影像。

20、而且，所述步骤6中假设转换到待校正湖泊影像坐标系下的基准影像x方向的最小值为xj min，最大值为xj max，y方向的最小值为yj min，最大值为yj max，待校正湖泊影像x方向的范围为(xd min,xd max)，待校正湖泊影像y方向的范围为(yd min,yd max)，则待校正湖泊影像在x正方向上的移动范围为(0,|xj max-xd min|)，在x负方向上的移动范围为(0,|xdmax-xjmin)，在y正方向上的移动范围为(0,|yj max-yd min|)，在y负方向上的移动范围为(0,|ydmax-yjmin|)；每次移动时，x、y方向同时移动，每移动一次计算一次待校正湖泊影像和基准影像之间的重叠面积，选取重叠面积最大时对应的x、y轴平移量作为校正参数。

21、本发明还提供一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位系统，用于实现如上所述的一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法。

22、而且，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的程序指令执行如上所述的一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法。

23、或者，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如上所述的一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法。

24、与现有技术相比，本发明具有如下优点：

25、本发明采用与历史水体范围匹配的方法校正影像，无需使用地面控制点，能够自动化地较为精确地校正影像，有业务化推广前景。

技术特征：

1.一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法，其特征在于：步骤1中根据待校正遥感影像的经纬度，下载公开发表的长时序湖泊数据集建立湖泊影像基底数据库，或者基于精确几何校正后的遥感影像自行提取湖泊建立湖泊影像基底数据库；对湖泊影像基底数据库中的影像进行目视检查，删除由于云、云阴影、噪声引起的可修正的破碎图斑，去除明显被云层污染的水体提取结果，形成包含有经纬度、时间、湖泊矢量范围、湖泊面积信息的湖泊影像基底数据库。

3.如权利要求1所述的一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法，其特征在于：步骤2.1中归一化水体指数为：

4.如权利要求1所述的一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法，其特征在于：步骤2.2中生成步骤2.1提取的所有湖泊斑块的轮廓后，过滤去除包含像元数小于湖泊基底数据库中历史最大面积n％的轮廓，n为设定的阈值。

5.如权利要求1所述的一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法，其特征在于：步骤2.3中计算步骤2.2生成的各湖泊矢量的面积，并计算湖泊影像基底数据库中历史最大面积矢量的东西方向宽度，对各湖泊矢量以该宽度值向外做缓冲，以缓冲后的图形的外接矩形为掩膜对待校正遥感影像进行裁剪，得到待校正湖泊影像。

6.如权利要求1所述的一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法，其特征在于：步骤4中基底数据库中的栅格影像带有面积属性，利用待校正影像提取的湖泊面积查找基底数据库中最为接近的湖泊面积，获取对应的湖泊栅格影像作为基准影像。

7.如权利要求1所述的一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法，其特征在于：步骤6中假设转换到待校正湖泊影像坐标系下的基准影像x方向的最小值为xjmin，最大值为xjmax，y方向的最小值为yjmin，最大值为yjmax，待校正湖泊影像x方向的范围为(xdmin,xdmax)，待校正湖泊影像y方向的范围为(ydmin,ydmax)，则待校正湖泊影像在x正方向上的移动范围为(0,|xjmax-xdmin|)，在x负方向上的移动范围为(0,|xdmax-xjmin|)，在y正方向上的移动范围为(0,|yjmax-ydmin|)，在y负方向上的移动范围为(0,|ydmax-yjmin|)；每次移动时，x、y方向同时移动，每移动一次计算一次待校正湖泊影像和基准影像之间的重叠面积，选取重叠面积最大时对应的x、y轴平移量作为校正参数。

8.一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位系统，其特征在于，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的程序指令执行如权利要求1-7任一项所述的一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法。

9.一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位系统，其特征在于，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法。

技术总结
本发明公开了一种国产光学遥感卫星影像的全自动湖泊定位方法及系统，包括收集公开发表的时序湖泊数据集或者自建时序湖泊数据集，构建湖泊影像基底数据库；计算待校正遥感影像的湖泊面积；搜索基底数据库中湖泊面积与待校正影像湖泊面积最接近的影像作为基准影像，并将其空间分辨率重采样至与待校正影像一致；将基准影像转换到待校正湖泊影像坐标系下，以基准影像为基准，移动待校正湖泊影像，选取重叠面积最大时对应的平移参数作为校正参数进行影像校正，实现湖泊定位。本发明采用与历史水体范围匹配的方法校正影像，无需使用地面控制点，能够自动化地较为精确地校正影像，有业务化推广前景。

技术研发人员：田礼乔,马力,陈曦,梁丹萍,张澜,刘子潇,金丽国
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22