基于Landsat OLI多光谱影像的湖泊水域信息提取方法
【专利摘要】本发明公开一种基于Landsat OLI多光谱影像的湖泊水域信息提取方法，包括如下步骤：1）Landsat OLI多光谱数据的预处理，包括定标、几何校正、大气校正、剪裁、镶嵌；2）采用多尺度图像分割方法分割预处理的多光谱数据；3）构建2个自定义归一化差异水体指数，以及改进归一化差异水体指数MNDWI；4）为三个归一化差异水体指数分别设定阈值，提取水域信息；5）导出连续水域对象，生成水域矢量数据；6）使用水域矢量数据剪裁Landsat OLI多光谱影像，获得水域信息数据。本发明的湖泊水域信息提取方法综合利用了Landsat OLI的第一、第二波段信息，提高了水域信息提取的速度和精度，为后续科研提供基础数据。
【专利说明】
基于Landsat OLI多光谱影像的湖泊水域信息提取方法
技术领域
[0001] 本发明属于遥感影像处理技术、地理信息系统技术、湖泊环境保护技术的交叉领 域，特别是设及一种基于Landsat OLI多光谱影像的湖泊水域信息提取方法。
【背景技术】
[0002] 湖泊沿岸地区地物类型多样、空间分布复杂，像元大多是混合像元，传统的湖泊水 域提取方法多是基于像元进行分类提取，容易产生细小的分类斑块，产生"椒盐"现象，并且 容易发生错分、漏分的情况，分类后处理将会耗费大量的人力和时间。
[0003] Landsat OLI遥感影像是最新的LandsatS卫星携带的传感器的成像数据，已经被 广泛的用于湖泊环境监测中的水域提取。Landsat OLI多光谱数据中，第一个波段是深蓝波 段，用于监测近岸水体和大气气溶胶，第二个波段是蓝光波段，用于监测水体，第六个波段 为短波红外波段，反应的信息量最大，但是目前所构建的、用于水域提取的归一化水体指数 并未综合使用上述=个波段。
【发明内容】
[0004] 为提高湖泊水域分类提取的精度和效率，克服现有湖泊水域提取中水域信息与非 水域信息区分不够清晰、分类后处理繁琐、工作量大等不足，本发明设计一种基于Landsat OLI多光谱影像的湖泊水域信息提取方法，使用图像多尺度分割，结合Landsat OLI第一、第 二和第六波段的综合使用，提高湖泊水域信息提取的速度和精度，为后续科研提供基础数 据，简化分类工作步骤。
[0005] 本发明的技术解决方案是:该方法在分类提取信息之前，采用图像的多尺度分割， 将遥感影像分割成许多对象，每个对象包含光谱信息、空间结构特征相似的像元集合，综合 利用Landsat OLI多光谱遥感数据中第一、第二、第S、第六波段，构建自定义NDWI，应用 MNDWI，通过=种指数，设定阔值，提取水域信息，导出连续水域对象，生成水域矢量数据，使 用水域矢量数据剪裁已处理的Landsat OLI多光谱影像，获得水域信息数据。
[0006] 该基于Landsat OLI多光谱影像的湖泊水域信息提取方法包括W下具体步骤： (O使用ENVI软件，对待分析的Landsat OLI多光谱数据进行定标、几何校正、大气校 正、剪裁、拼接预处理； (2) 设置合适的尺度参数，使用易康软件，采用多尺度图像分割方法对经过预处理的 Landsat OLI多光谱数据进行分割，将影像划分为多个对象，每个对象中各个像元的光谱信 息相似； (3) 使用Landsat OLI多光谱数据的第一、第二和第六波段构建2个归一化水体指数：
在构建自定义归一化水体指数的同时，将改进的归一化水体指数应用于水域提取之 中，改进的归一化水体指数的计算方法如下：
其中，Coastal、Blue、Green、SWIRl分别为Landsat OLI多光谱数据中的第一、第二、第 =、第六波段上的地物反射率； (4) 设置水域提取阔值T，使用上述=个水体指数提取水域，取=者范围的最大集合，为 水域最终提取结果； (5) 导出连续水域对象，生成连续水域矢量数据； (6) 使用连续水域矢量数据切割步骤（1)中已处理的Landsat OLI多光谱影像，获得水 域信息数据。
[0007]其中，所述步骤(2)中，进行多尺度图像分割方法的尺度参数设置为50。
[000引其中，所述步骤(4)中，分别设定自定归一化水体指数NDWI16、NDWI26, W及经典的 改进的归一化水体指数MNDWI的阔值TNDm6、TNDWI26、TMNDWI，采用条件（NDWIl6〉=TNDm6)or (NDWI26〉= Tndwi26)oKMNDWI〉= Tmndwi)进行水域信息提取。
[0009] 与现有技术相比，本发明具有W下优点： (1) 在提取湖泊水域信息之前，对经过预处理的Landsat OLI多光谱遥感数据进行了多 尺度图像分割，把光谱特性、空间特征相似的像元划分到一个对象，分类时，不再处理单独 的像元，而直接处理划分后形成的对象，提高了分类运算的处理效率，并且大大减轻了分类 后处理的工作量； (2) 本发明综合使用了Landsat OLI多光谱影像数据第一、第二、第六波段的数据，构建 了2个尚未使用的归一化植被指数，同时，使用了已经广泛使用的改进的归一化水体指数 MNDWI，=个水体指数共同进行阔值分类，最终的结果为=个水体指数提取结果的并集，从 而提高了湖泊水域提取的精度和效率； (3) 采用本发明的湖泊水域信息提取步骤，提高了分类处理效率，并获得较高的分类精 度，采用了不同湖泊进行了验证，本发明在快速提取湖泊水域的同时，取精度达到90%， kappa 系数为0.91。
【附图说明】
[0010] 图1为本发明的处理流程示意图。
[0011] 图2为实施例中局部实验区的影像示意图和图像多尺度分割效果图，其中（2a)为 洪泽湖区域局部遥感影像，（化)为遥感影像多尺度分割效果图。
[0012] 图3为图2的湖泊水域信息提取效果图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术解决方案进行详细说明。本实施例W 本发明的技术解决方案为前提，详细说明了实施方式和具体操作过程，但是，本发明的技术 解决方案保护范围不限于下述的实施例。
[0014]实施例:如图1所示，采用W下步骤获得洪泽湖区域水域信息数据 (O使用ENVI软件，对待分析的Landsat OLI多光谱数据进行定标、几何校正、大气校 正、镶嵌、剪裁预处理，包括如下具体内容： (11) 使用遥感影像处理软件对Landsat OLI原始数据进行定标，如果遥感影像数量较 多，通过批处理的方式进行； (12) 使用遥感影像处理软件对步骤（11)中定标后的多光谱数据进行融合，将7个波段 的数据按照先后顺序进行融合，如果遥感影像数量较多，通过批处理的方式进行； (13) 对于步骤(12)中融合后的数据，根据目标区域的范围，进行剪裁、分幅、镶嵌处理， 得到目标区域的完整的多光谱数据； (2) 设置合适的尺度参数C，使用易康软件，采用多尺度图像分割方法对经过预处理的 Landsat OLI多光谱数据进行分割，将影像划分为多个对象，每个对象中各个像元的光谱信 息相似或者相近； (3) 针对Lanrlsat OT.T《弁逆狱报的賠占.机下亲.
综合考虎第一、第二巧第六掘段中巧含的水体信息，构建2个自定义归一化水体指数： 3于水域提取之中，改进的归一化水体指数 的计 其中，Coastal、Blue、Green、SWIRl分别为Landsat OLI多光谱数据中的第一、第二、第 =、第六波段上的地物反射率； (4) 预先设置水域提取阔值Tndwiis、TNDWI26、Tmndwi，分别为步骤(2 )中NDWI16、NDWI26、MNDWI 的阔值，在易康软件中使用（NDWIi6〉= TNDm6)oKNDWl26〉= Tndwi26)oKMNDWI〉= Tmndwi)进行 水域提取，并对提取的结果进行分类后处理，得到最终的水域信息结果数据； 巧)把步骤(4)中提取的水域范围导出，生成水域矢量数据； (6)使用步骤巧)生成的水域矢量数据，剪裁步骤(13)得到的Landsat OLI多光谱影像， 获得水域信息数据。
[0015] 图2为实施例中局部实验区的影像示意图和图像多尺度分割效果图，其中（2a)为 洪泽湖区域局部遥感影像，（化)为遥感影像多尺度分割效果图；图3为图2的湖泊水域信息 提取效果图。
[0016] W上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能W此限定本发明的保护范围，凡事 按本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之 内。
【主权项】
1. 基于Landsat OLI多光谱影像的湖泊水域信息提取方法，其特征是:在分类提取信息 之前，采用图像多尺度分割，将遥感影像分割成许多对象，每个对象包含光谱信息、空间结 构特征相似的像元集合，综合利用Landsat 0LI多光谱遥感数据中第一、第二、第三、第六波 段，构建自定义NDWI，计算MNDWI，通过三种指数，设定阈值，提取水域信息，导出连续水域对 象，生成连续水域矢量数据，使用连续水域矢量数据切割已处理的Landsat 0LI多光谱影 像，获得水域信息数据。2. 根据权利要求1所述的基于Landsat 0LI多光谱影像的湖泊水域信息提取方法，其特 征是它包括以下具体步骤： (1) 使用ENVI软件，对待分析的Landsat 0LI多光谱数据进行定标、几何校正、大气校 正、剪裁、拼接预处理； (2) 设置合适尺度参数，使用易康软件，采用多尺度图像分割方法对预处理的Landsat OLI多光谱数据进行分割，影像划分为多个对象，每个对象中各个像元的光谱信息相似； (3) 使用Landsat 0LI多光谱数据的第一、第二和第六波段构建2个归一化水体指数：W i ； Τ' \ ν? ν i ?. / 在构建自定义归一化水体指数的同时，将改进的归一化水体指数应用于水域提取之 中，改进的归一化水体指数的计算方法如下：其中，&^8七31、131116、6代611、3￥11?1分别为]^111(1831:01^1多光谱数据中的第一、第二、第 三、第六波段上的地物反射率； (4) 设置水域提取阈值Tw，使用上述三个水体指数提取水域，取三者范围的最大集合， 为水域信息最终提取结果； (5) 导出连续水域对象，生成连续水域矢量数据； (6) 使用连续水域矢量数据切割步骤（1)中已处理的Landsat 0LI多光谱影像，获得水 域信息数据。3. 根据权利要求2所述的基于Landsat 0LI多光谱影像的湖泊水域信息提取方法，其特 征是:所述步骤(2)中，进行多尺度图像分割方法的尺度参数设置为50。4. 根据权利要求2所述的基于Landsat 0LI多光谱影像的湖泊水域信息提取方法，其特 征是:所述步骤(4)中，分别设定自定归一化水体指数NDWI 16、NDWI26，以及改进的归一化水 体指数 IVINDWI 的阈值 TnDWI16、T_I26、TmNDWI，米用条件（NDWIl6>= TnDWI16)〇KNDWI26>= TNDWI26)〇r (MNDWI>= T_Wi)进行水域提取。
【文档编号】G06T7/00GK105957079SQ201610271547
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】姜晓剑, 赵利琴, 李才生, 张迹, 汪伟, 刘乃森
【申请人】淮阴师范学院