一种基于快鸟影像的城市冰面检测方法技术

一种利用快鸟影像检测城市冰面的方法，具体方法如下：对快鸟的多光谱与全色影像进行融合，提高多光谱影像的空间分辨率；经观察，从四个波段的影像中分别找出与冰面较难区分的地物并记录名称；分别对冰面及与其较难区分的地物采集一定像元数的样本，利用每类样本的像元均值拟合光谱曲线；观察分析光谱曲线，建立可增强冰面信息的光谱指数ISI，增加冰面与其他地物的可分性；利用冰面样本在冰面指数的影像中进行统计，获得初始阈值，结合目视观察并调整阈值，确定冰面提取的最适阈值范围，利用该阈值检测出影像中的冰面。本发明专利技术在异质性高、环境复杂的城市影像中能有效检测出冰面，过程简单、速度快，使用方便，冰面检测效果好，准确度高。

A detection method of urban ice based on fast Bird Image

【技术实现步骤摘要】
一种基于快鸟影像的城市冰面检测方法
本专利技术属于遥感技术应用领域，主要涉及一种基于快鸟影像的城市冰面检测方法。
技术介绍
冰是水以固体形式呈现出来的一种状态，在冬天监测城市水域分布状况，对寒冷地区来说，多转化为对冰面的监测。目前，通过遥感技术检测冰面的方法主要有影像分类法、主成分分析法、色彩空间变换法以及短波红外与绿光波段的归一化光谱指数((SWIR-G)/(SWIR+G))阈值法等。分类法提取冰面的过程比较复杂，耗时较多，结果获取不及时；主成分变换阈值法、归一化光谱指数阈值法的优点是在提取冰面过程中，对冰面信息有一定的增强，提取速度快，主要的不足是对冰面信息的增强不够深入，同时没能很好地减弱其他干扰地物的信息，导致冰面与其他地物在影像中的分离性差，提取结果的精度可能不高。另外，这些方法主要应用在低空间分辨率的多波段遥感影像上，主要对大尺度地表范围内的冰川进行提取，精度要求相对较低。对于异质性更高的城市地理空间，利用较少波段的高空间分辨率遥感影像检测、提取冰面，因光谱信息缺乏、干扰因素较多以及精细化程度要求高等原因，传统方法将不再适宜。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种基于快鸟影像的城市冰面检测方法，通过分析冰面以及与其具有相似光谱特征地物的光谱曲线，构建一种能快速、准确提取快鸟影像中冰面信息的光谱指数，通过冰面指数的阈值分割即可识别出影像中的冰面，为城市影像冰面检测提供技术支撑。本专利技术通过以下技术方案来实现：一种利用快鸟影像检测城市冰面的方法，具体方法如下：S1、对城市冰面待检测的四波段快鸟影像进行多光谱影像与全色影像的融合，提高多光谱影像的空间分辨率，获得融合后的快鸟影像；S2、目视观察融合后的快鸟影像，从四个波段中分别找出与冰面较难区分的地物，并记录这些地物的名称；S3、分别对快鸟影像中的冰面及与冰面较难区分的地物采集一定像元数的样本，在同一坐标系内，利用每种地类样本的像元均值拟合各地类的亮度光谱曲线；S4、观察分析步骤S3中拟合的光谱曲线，通过波段运算对影像中的冰面信息进行增强、减弱其他地物信息，增加冰面与其他地物的可分性，建立有益于冰面信息提取的光谱指数ISI；S5、利用拟合光谱曲线的冰面样本在冰面指数ISI的影像中进行统计，获得初始阈值，结合目视观察并调整阈值，获得提取快鸟影像冰面信息最适的阈值范围，利用该阈值范围检测出影像中的冰面，获得冰面提取结果。进一步优化，所述步骤S4中的快鸟影像冰面指数的具体建立途径为：S41、找出冰面亮度信息突出，但多数与其较难区分地物亮度信息不如冰面信息突出的波段，通过这些波段的相加，获得可增强冰面信息的新特征图像；S42、从步骤S3中拟合的光谱曲线中找出通过两波段相减可增强冰面信息，并能减弱与其较难区分地物信息的波段，找出满足上述条件的配对波段，并分别相减，获得差值图像；S43、寻找冰面光谱曲线和与其较难区分地物光谱曲线在两波段之间斜率差异最大的波段，通过两波段的亮度值差与中心波长差的比值计算斜率，再乘以-1，获得能增强冰面信息、较少增强或可弱化其他地物信息的冰面信息增强型特征图像；S44、将步骤S41和步骤S42获得的新特征图像和差值图像相加，再与步骤S43中获得的冰面信息增强型特征图像相乘，通过斜率的作用，增强冰面信息，弱化步骤S41和步骤S42中被连带增强的其他地物信息，再除以一个适当的常数，降低图像亮度值，获得有益于冰面信息提取的光谱指数ISI。进一步优化，所述步骤S2中的较难区分地物为蓝色地物、白色地物、植被和阴影。进一步优化，所述步骤S43中的冰面信息增强型特征图像为可增强冰面信息、较小增强或可弱化其他一种或多种地物信息的图像。本专利技术的有益效果在于：(1)通过分析冰面及与其较难区分地物光谱曲线的差异，创建一种能够增强冰面信息，减弱其他地物信息的光谱指数，有益于在影像中突出显示冰面，增加冰面与其他地物的可分性，利于对冰面进行提取；(2)本技术可在异质性较高、环境较复杂的城市影像中有效检测到冰面，检测过程比较简单、方便、快捷，冰面检测结果与实际较为吻合，效果好，准确度高。附图说明图1为快鸟原始影像图；图2为冰面及与冰面较难区分地物的光谱曲线图；图3为光谱指数图；图4为冰面检测结果图；具体实施方式下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。一种利用快鸟影像检测城市冰面的方法，具体方法如下：S1、利用ENVI4.5软件对城市冰面待检测的b1、b2、b3和b4四个波段快鸟影像进行多光谱影像与全色影像的融合，提高多光谱影像的空间分辨率，然后裁剪获得面积为0.73km2融合后的快鸟影像，快鸟影像参数如表1所示；表1快鸟影像参数S2、目视观察融合后的影像，从第一波段到第四波段的每个波段中分别找出与冰面较难区分的所有地物，并记录这些典型地物的名称：蓝色地物、白色地物、植被、阴影；S3、分别对快鸟影像中的冰面及与冰面较难区分的地物采集一定像元数的样本，样本的像元数分别为冰面350个像元、蓝色地物208个像元、白色地物313个像元、植被197个像元、阴影136个像元，在同一坐标系内，利用上述每种地类样本的像元均值拟合各地类的光谱曲线；S4、观察分析步骤S3中拟合的光谱曲线，通过波段运算对影像中的冰面信息进行增强，并减弱其他地物信息，增加冰面与其他地物的可分性，建立一种有益于冰面信息提取的光谱指数ISI，该光谱指数ISI具体建立途径为：S41、在波段b1、b2、b3中，因冰面的亮度值较植被和阴影要高，将上述三个波段相加，可增强冰面、蓝色地物和白色地物的信息，获得通过单波段相加增强冰面信息的特征图像并标记为b1+b2+b3；S42、从步骤S3中拟合的光谱曲线中可以看出，波段b1、b2、b3分别与波段b4作差，可充分增强冰面信息，但对其他地物信息的增强不大或可弱化，上述作差最终获得的差值图像分别标记为b1-b4、b2-b4、b3-b4；S43、寻找冰面光谱曲线和与其较难区分地物光谱曲线在两波段之间斜率差异最大的波段，计算获得能增强冰面信息、较少增强或可弱化其他地物信息的能表征斜率的特征影像，具体为冰面光谱曲线与其较难区分地物光谱曲线在波段b3与b4之间的斜率差异较大，通过b3、b4两波段的亮度值差与中心波长差的比值计算斜率，再乘以-1，可获得正向增强冰面信息，较少增强阴影信息和弱化其他地物信息的特征图像，用公式表示为：(-1)×(b4-b3)/(λ4-λ3)其中，λ3、λ4分别为快鸟影像波段b3、b4的中心波长；S44、将步骤S41、步骤S42获得的可增强冰面信息的图像相加，再与步骤S43获得的冰面信息增强型特征图像相乘，通过斜率作用，进一步增强冰面信息，弱化步骤S41和步骤S42中被连带增强的其他地物信息，再除以一个适当的常数a，本实施例中常数a取值为10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用快鸟影像检测城市冰面的方法，其特征在于，具体步骤如下：/nS1、对城市冰面待检测的四波段快鸟影像进行多光谱影像与全色影像的融合，提高多光谱影像的空间分辨率，获得融合后的快鸟影像；/nS2、目视观察融合后的快鸟影像，从四个波段的影像中分别找出与冰面较难区分的地物，并记录这些地物的名称；/nS3、分别对快鸟影像中的冰面及与冰面较难区分的地物采集一定像元数的样本，在同一坐标系内，利用每种地类样本的像元均值拟合各地类的亮度光谱曲线；/nS4、观察分析步骤S3中拟合的光谱曲线，通过波段运算对影像中的冰面信息进行增强、减弱其他地物信息，增加冰面与其他地物的可分性，建立有益于冰面信息提取的光谱指数ISI；/nS5、利用拟合光谱曲线的冰面样本在冰面指数ISI的影像中进行统计，获得初始阈值，结合目视观察并调整阈值，获得提取快鸟影像冰面信息最适的阈值范围，利用该阈值范围进行检测，获得冰面的提取结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种利用快鸟影像检测城市冰面的方法，其特征在于，具体步骤如下：
S1、对城市冰面待检测的四波段快鸟影像进行多光谱影像与全色影像的融合，提高多光谱影像的空间分辨率，获得融合后的快鸟影像；
S2、目视观察融合后的快鸟影像，从四个波段的影像中分别找出与冰面较难区分的地物，并记录这些地物的名称；
S3、分别对快鸟影像中的冰面及与冰面较难区分的地物采集一定像元数的样本，在同一坐标系内，利用每种地类样本的像元均值拟合各地类的亮度光谱曲线；
S4、观察分析步骤S3中拟合的光谱曲线，通过波段运算对影像中的冰面信息进行增强、减弱其他地物信息，增加冰面与其他地物的可分性，建立有益于冰面信息提取的光谱指数ISI；
S5、利用拟合光谱曲线的冰面样本在冰面指数ISI的影像中进行统计，获得初始阈值，结合目视观察并调整阈值，获得提取快鸟影像冰面信息最适的阈值范围，利用该阈值范围进行检测，获得冰面的提取结果。


2.如权利要求1所述的一种利用快鸟影像检测冬天城市冰面的方法，其特征在于，所述四个波段为第一波段、第二波段、第三波段、第四波段，上述四个波段分别标记为b1、b2、b3、b4。


3.如权利要求1所述的一种利用快鸟影像检测城市冰面的方法，其特征在于，所述步骤S4中的快鸟影像冰面指数的具体建立途径为：
S41、找出冰面亮度信息突出，但多数与其较难区分地物亮度信息不如冰面信息突出的波段，通过这些波段的相加，获得增强冰面信息的新特...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘怀鹏，杨会民，张传才，张晓萍，
申请(专利权)人：洛阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南;41