一种水域轮廓提取及面积检测方法技术

本发明专利技术公开一种水域轮廓提取及面积检测方法，步骤为：确定设定区域不同时间段卫星遥感图像；对图像进行锐化处理；批量进行兴趣区裁剪，并标定水域中心点；选取卫星影像进行处理，根据水体特征可计算得到得到每个像素点的NDWT值并获得水体判别阈；判定其水陆分类；若本次识别无陆地，则本次识别所有区域相连环形区以内均为水域；以原有半径为准，增长一个半径单位，若遇重合岸线则停止，非重合岸线部分继续扩展；若某次所有增长区内均无水域出现，则检测完毕；根据之间获得的增长区区域个数，结合增长区设定面积，测定图像中水域的总面积。本发明专利技术具有普适性的研究方法，能够大幅度减少水域轮廓提取中人工的部分，使水域轮廓提取更便捷与客观。

【技术实现步骤摘要】
一种水域轮廓提取及面积检测方法
本专利技术属于数字图像处理与模式识别
，特别涉及一种水域轮廓提取及面积检测方法。
技术介绍
遥感技术是一种借助于卫星、飞机等进行空间探测的技术，具有探测范围广、快速、动态监测、经济客观等一系列优点。我国水域发展方面一度借助遥感技术进行探测。随着遥感技术的成熟，水域成为了目前遥感领域的一大重点研究对象。水域轮廓能反应水体的多种信息，其体现了自然的发展方向，人类文明程度，同时也对改善附近城市气候有着十分重大的意义。在多重因素的影响下，如自然环境变化和人为改造，湖泊的形状在时空上一直发生在着变化，因此，从现有的光学遥感图像中自动提取水域轮廓线，是目前更新区域地图与地形数据的重要举措。同时，检测并计算水域面积的技术，可以为做水域未来面积预测提供必须的条件，人们通过面积预测可以预知洪涝灾害从而避免损失且可以更好地进行水资源保护。故提取水域的轮廓并测算面积对人类发展与开辟新领域都有着极大的影响。从遥感图像上自动地提取地物要素一直是摄影测量与遥感领域的重要研究方向之一。作为一类重要的地物要素，水体的识别和提取，依然是通过作业人员目视判读、人工采集。虽然通过目视判读来识别影像中的水体能够满足一定的精度要求，但是在众多外界因素的影响下，极易造成错误判断，对最终结果产生恶性影响，耗时耗力，劳动强度大、生产效率低。综合以上需求以及现有条件的不足，目前迫切的需要结合高科技信息化的手段，提出一种全自动不需人工干预的一种水域轮廓提取及面积检测方法。
技术实现思路
专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种具有普适性的研究方法，能够大幅度减少水域轮廓提取中人工的部分，使水域轮廓提取更便捷与客观的水域轮廓提取及面积检测方法。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供一种水域轮廓提取及面积检测方法，包括如下步骤：(1)确定设定区域不同时间段卫星遥感图像；(2)对图像进行锐化处理；(3)批量进行兴趣区裁剪，并标定水域中心点；(4)选取卫星影像进行处理，根据水体特征可计算得到得到每个像素点的NDWT值，根据NDWT值可计算获得水体判别阈；(5)通过将NDWT值与水体判别阈值进行比对，判定其水陆分类；(6)若本次识别无陆地，则本次识别所有区域相连环形区，判别环形区以内均为水域；以原有半径为准，增长一个半径单位，若遇重合岸线则停止，非重合岸线部分继续扩展；(7)若某次所有增长区内均无水域出现，则判定检测完毕，此时将其增长区区域内轮廓相接得到水域轮廓；(8)根据之间获得的增长区区域个数，结合增长区设定面积，测定图像中水域的总面积。进一步的，所述步骤(1)中所述卫星遥感图像为由Landsat系列卫星采集的光学影像。进一步的，所述步骤(4)中NDWI值的表达式为：NDWI＝(K(G)-K(R))/(K(G)+K(R))K(G)是基于绿波段的归一化比值指数；K(R)是基于近红外波段的归一化比值指数。进一步的，所述步骤(4)中根据NDWT值计算获得水体判别阈的具体步骤如下：根据每一增长区的NDWI值，计算得到水体判别阈值；其中增长区区域的确定以半径单位做模拟长和模拟宽，以此长宽来确定增长区区域，圈定覆盖的若干相接的增长区后，测算出增长区区域内水体NDWI值，并计算得到水体判别阈值；所述半径单位为以水域中心点为基点，以水域中心点到最近的额岸线间距离1％的像素点个数作为半径单位，围绕水域中心点做圆。进一步的，所述步骤(5)中通过将NDWT值与水体判别阈值进行比对，判定其水陆分类的具体步骤如下：分别将所述图像每一次增加的水体增长区中NDWI值与水体识别阈值做对比处理：若增长区的NDWI值较所述水体判别阈值大，则可判定其为水域；若增长区的NDWI值较所述水体判别阈值小，则可判定其为陆地；若本次识别无陆地，则本次识别所有区域相连环形区，判别环形区以内均为水域；以原有半径为准，增长一个半径单位；此时将原有水域范围设定为初值，将增长一个半径单位后的范围设定为复值。进一步的，所述步骤(2)中对图像进行锐化处理的具体步骤如下：选用累积分布函数为对图像中像素个数多的灰度级进行展宽，而对图像中像素个数少的灰度进行压缩，使像素值均匀分布，完成对256个灰度级中各灰度数目的统计；在统计完成后计算灰度分布密度和直方图分布，最后对累计分布取整并对灰度值进行映射；其中，映射公式为：其中，式中n表示像素的总和，而G为可能的灰度级总数。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术通过采用神经网络算法完成水域岸线轮廓提取与水域面积测算的方法，包括：确定设定区域的卫星遥感图像，将遥感图像锐化，计算得到遥感图像中感兴趣区域并进行像素识别。针对每一区域计算NDWI值，并由NDWI值计算得到阈值，用于判定其为水体或陆地。在图中人工识别并选取水域中心，利用每个像素点的水体指数与所述水体阈值进行对比，可鉴定其是否为水域，再由水域中心点为原点，以原有半径加一个半径单位向像素值扩展方向作圆，推算一周，继续比较NDWI值。以一个半径长度作为岸线停止的一个标准度量单位，重合岸线处停止比较，实际重合岸线的长度应大于设定岸线停止长度的整数倍。重合部分外多于此长度的部分，继续向前推进。最终确定岸线轮廓，提取轮廓，计算面积。以往人工标记得方法误差较大，应用上述方法提取得到得水域岸线结果具有更高的客观性，且可以全自动进行，不需人工干预。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为实施例中洪泽湖处于丰水期时的卫星遥感影像示意图；图3为实施例中多布扎湖处于丰水期时的卫星遥感影像示意图；图4为实施例中洪泽湖丰水期时在湖泊中心标定水域中心点示意图；图5为实施例中多布扎湖丰水期时在湖泊中心标定水域中心点的示意图；图6为实施例中以洪泽湖丰水期为例的一个半径长度作为岸线停止标准度量单位的示意图；图7为实施例中以洪泽湖丰水期为例的一个半径单位示意图；图8为实施例中以洪泽湖丰水期为例的一个增长区示意图；图9为实施例中洪泽湖丰水期时湖泊轮廓某一初值示意图；图10为实施例中洪泽湖丰水期时湖泊轮廓在上图基础上增长一个半径单位的复值示意图；图11为实施例中洪泽湖丰水期遇重合岸线停止时，非重合岸线(水域)部分继续向外扩展所得示意图；图12为实施例中洪泽湖枯水期遇重合岸线停止时，非重合岸线(水域)部分继续向外扩展所得示意图；图13为实施例中洪泽湖湖泊丰水期洪泽湖及附近水域轮廓提取示意图；图14为实施例中洪泽湖湖泊丰水期洪泽湖主体轮廓提取示意图；图15为实施例中洪泽湖湖泊枯水期洪泽湖及附近水域轮廓提取示意图；图16为实施例中洪泽湖湖泊枯水期洪泽湖主体轮廓提取示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术。一种水域轮廓提取及面积检测方法，参见图1所示，该方法包括：S101、获取设定地理区域的卫星遥感图像；具体的，本专利技术实施例用于在从卫星拍摄获得的遥感图像中识别水域与陆地，提取水域轮廓。卫星遥感图像具有较高的宏观性和实时性，具体在实施本专利技术实施例技术方案时，可根据需求选择特定日期，特定水域或特定地理区域的卫星遥感图像。例如，就丰水期选择洪泽湖2000年5月的卫星影像(如图2所示)以及多布扎湖2000年7月的卫星影像(如图3所示)；S102、利用直方图均衡化方法对图像进行锐化处理；由于部分原始图像的像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水域轮廓提取及面积检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定设定区域不同时间段卫星遥感图像；(2)对图像进行锐化处理；(3)批量进行兴趣区裁剪，并标定水域中心点；(4)选取卫星影像进行处理，根据水体特征可计算得到得到每个像素点的NDWT值，根据NDWT值可计算获得水体判别阈；(5)通过将NDWT值与水体判别阈值进行比对，判定其水陆分类；(6)若本次识别无陆地，则本次识别所有区域相连环形区，判别环形区以内均为水域；以原有半径为准，增长一个半径单位，若遇重合岸线则停止，非重合岸线部分继续扩展；(7)若某次所有增长区内均无水域出现，则判定检测完毕，此时将其增长区区域内轮廓相接得到水域轮廓；(8)根据之间获得的增长区区域个数，结合增长区设定面积，测定图像中水域的总面积。

【技术特征摘要】
1.一种水域轮廓提取及面积检测方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)确定设定区域不同时间段卫星遥感图像；(2)对图像进行锐化处理；(3)批量进行兴趣区裁剪，并标定水域中心点；(4)选取卫星影像进行处理，根据水体特征可计算得到得到每个像素点的NDWT值，根据NDWT值可计算获得水体判别阈；(5)通过将NDWT值与水体判别阈值进行比对，判定其水陆分类；(6)若本次识别无陆地，则本次识别所有区域相连环形区，判别环形区以内均为水域；以原有半径为准，增长一个半径单位，若遇重合岸线则停止，非重合岸线部分继续扩展；(7)若某次所有增长区内均无水域出现，则判定检测完毕，此时将其增长区区域内轮廓相接得到水域轮廓；(8)根据之间获得的增长区区域个数，结合增长区设定面积，测定图像中水域的总面积。2.根据权利要求1所述的一种水域轮廓提取及面积检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中所述卫星遥感图像为由Landsat系列卫星采集的光学影像。3.根据权利要求1所述的一种水域轮廓提取及面积检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中NDWI值的表达式为：NDWI＝(K(G)-K(R))/(K(G)+K(R))K(G)是基于绿波段的归一化比值指数；K(R)是基于近红外波段的归一化比值指数。4.根据权利要求3所述的一种水域轮廓提取及面积检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中根据NDWT值计算获得水体判别阈的具体步骤如下：根据每一增长区的NDWI值，计算得...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈嘉琪，李昊菲，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32