基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法技术

本发明专利技术公开了一种基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法，采用光学影像和SAR影像融合的方式提取海洋养殖区，并通过实验得出了最适合用于海洋养殖区提取的融合算法，有效地提高了近海水域浮筏养殖区提取的精度。本实验结果可以精确划定海洋浮筏养殖范围，有利于政府部门对近海养殖区进行更为有效的监管，有利于其规范养殖区的养殖密度，净化养殖水域环境，有利于缓解运输船舶增长与养殖水域不断扩张之间的矛盾，防治商船误入养殖区污染养殖水域，也可保障船舶航行安全。

Extraction method of offshore floating raft culture area based on SAR and optical image fusion

【技术实现步骤摘要】
基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法
本专利技术涉及近海遥感提取领域，具体涉及一种基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法。
技术介绍
筏式养殖是在浅海海区利用浮桶、塑料浮子等材料搭建，进行大型藻类、贝类及其他海产动物的养殖。随着浮筏养殖规模的逐年扩大，近岸的海域空间不断被开发，持续高密度的养殖对局部海域造成的环境压力也日渐凸显出来。近年来，我国的一些贝类养殖区域出现的贝类养殖产量的降低、死亡率增加的状况，这些都是由于养殖资源的使用不当造成的。因此，系统深入地监测浮筏养殖用海面积和精确提取浮筏养殖范围，对于海洋养殖业的健康发展以及海洋资源的可持续利用具有十分重要的意义。由于浮筏养殖范围广且筏区分散，目前传统的监测办法是利用GPS在现场进行测量，不仅耗费时间长，需要大量的人力物力，而且结果精度较差。遥感以其探测范围广、时效性高和经济性等特性，在提取海洋浮筏养殖区方面具有独特的优势。光学遥感影像具有丰富的光谱信息，可以从不同波段组合形成的RGB影像中提取养殖区。但其属于被动遥感，易受云、雨、雾、雪等天气条件的限制而影响成像，无法及时准确地提取养殖区。合成孔径雷达遥感(SAR,SyntheticApertureRadar)属于主动遥感，不受天气条件限制，主动发射微波并接受地物回波，可以全天时、全天候成像，并且纹理信息丰富。但是单幅SAR图像具有波段单一性，只是灰度影像，无法提供丰富光谱信息，亦增加了浮筏养殖信息提取的难度。目前的研究都以单一光学影像或者单一SAR影像提取浮筏养殖区为主，未能结合两者优势进行海洋浮筏养殖区提取。仅基于单一的数据源开展水产养殖区的遥感提取存在明显的技术瓶颈。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法解决了现有海洋浮筏养殖区提取技术的精度和可靠性不高的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对光学影像和SAR影像进行预处理，得到预处理后的光学影像和预处理后的SAR影像；S2、采用四种融和方法对预处理后的光学影像和预处理后的SAR影像进行融合，得到融合影像；S3、采用面向对象法对融合影像提取浮筏养殖区。进一步地，所述步骤S1的预处理包括：辐射定标、大气校正、复数数据转幅度数据、多视处理、滤波处理和地理编码。进一步地，所述步骤S2的四种融合方法包括：HIS变换融合法、Brovey变换融合法、G-S变换融合法和主成分变换融合法。进一步地，所述HIS变换融合法包括以下步骤：A1、在预处理后的光学影像和预处理后的SAR影像中找出空间分辨率较低的多光谱影像，并将空间分辨率较低的多光谱影像的三个波段影像与高分辨率影像进行配准和重采样，使多光谱影像与高分辨率影像具有相同的像元分辨率和空间几何位置；A2、将多光谱影像按波段与RGB值对应变换到HIS空间，得到亮度I，色度H，饱和度S三分量；A3、将空间分辨率高的影像进行对比度拉伸，使之与亮度分量I有相同的均值和方差；A4、采用拉伸后的高分辨率影像代替I分量，将其同灰度拉伸过的色度分量H'和饱和度分量S'进行HIS逆变换得到融合后的影像。进一步地，所述Brovey变换融合法为：将预处理后的光学影像和预处理后的SAR影像的RBG值按下式进行重赋值：其中，Rnew为RBG值的R分量新值，Gnew为RBG值的G分量新值，Bnew为RBG值的B分量新值，PAN为全色波段值。进一步地，所述G-S变换融合法包括以下步骤：B1、将预处理后的光学影像和预处理后的SAR影像按空间分辨率阈值，划分为低空间分辨率的多光谱图像和高分辨率全色图像；B2、采用低空间分辨率的多光谱图像产生模拟的低空间分辨率的全色图像；B3、将第一波段模拟图像叠加到多光谱图像上，然后对重组后的多光谱图像进行G-S正变换；B4、采用高分辨率全色图像代替G-S变换后的第一分量，并对代替后的多光谱图像进行G-S反变换，得到最终的融合图像。进一步地，所述主成分变换融合法包括以下步骤：C1、将预处理后的光学影像和预处理后的SAR影像按空间分辨率阈值，划分为低分辨率图像和高分辨率图像；C2、对低分辨率图像进行主成分变换；C3、对高分辨率图像进行灰度拉伸，使其灰度的均值与方差同主成分变换的低分辨率图像的第一分量图像一致；C4、以拉伸过的高分辨率图像代替低分辨率图像的第一分量图像，并通过主成分逆变换将替换后的低分辨率图像还原到原始图像空间。本专利技术的有益效果为：采用光学影像和SAR影像融合的方式提取海洋养殖区，并通过实验得出了最适合用于海洋养殖区提取的融合算法，有效地提高了近海水域浮筏养殖区提取的精度。本实验结果可以精确划定海洋浮筏养殖范围，有利于政府部门对近海养殖区进行更为有效的监管，有利于其规范养殖区的养殖密度，净化养殖水域环境，有利于缓解运输船舶增长与养殖水域不断扩张之间的矛盾，防治商船误入养殖区污染养殖水域，也可保障船舶航行安全。附图说明图1为一种基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法流程示意图；图2为辽宁省长海县养殖区影像融合结果，其中，(a)表示经过预处理的试验区光学影像，(b)表示经过预处理的试验区SAR影像，(c)表示采用HIS变换融合结果，(d)表示采用Brovey变换融合结果，(e)表示采用G-S变换融合结果，(f)表示采用K-L变换融合结果；图3为辽宁省长海县养殖区提取结果，其中，(a)表示Landsat-8影像的提取结果，(b)表示GF-3影像的提取结果，(c)表示HIS变换融合影像的提取结果，(d)表示Brovey变换融合影像的提取结果，(e)表示G-S变换融合影像的提取结果，(f)采用K-L变换融合影像的提取结果；图4为山东省桑沟湾养殖区影像融合结果，其中，(a)表示经过预处理的试验区光学影像，(b)表示经过预处理的试验区SAR影像，(c)表示采用HIS变换融合结果，(d)表示采用Brovey变换融合结果，(e)表示采用G-S变换融合结果，(f)表示采用K-L变换融合结果；图5为山东省桑沟湾养殖区提取结果，其中，(a)表示Landsat-8影像的提取结果，(b)表示GF-3影像的提取结果，(c)表示HIS变换融合影像的提取结果，(d)表示Brovey变换融合影像的提取结果，(e)表示G-S变换融合影像的提取结果，(f)采用K-L变换融合影像的提取结果；图6为福建省三都澳养殖区影像融合结果，其中，(a)表示经过预处理的试验区光学影像，(b)表示经过预处理的试验区SAR影像，(c)表示采用HIS变换融合结果，(d)表示采用Brovey变换融合结果，(e)表示采用G-S变换融合结果，(f)表示采用K-L变换融合结果；图7为福建省三都澳养殖区提取结果本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、对光学影像和SAR影像进行预处理，得到预处理后的光学影像和预处理后的SAR影像；/nS2、采用四种融和方法对预处理后的光学影像和预处理后的SAR影像进行融合，得到融合影像；/nS3、采用面向对象法对融合影像提取浮筏养殖区。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对光学影像和SAR影像进行预处理，得到预处理后的光学影像和预处理后的SAR影像；
S2、采用四种融和方法对预处理后的光学影像和预处理后的SAR影像进行融合，得到融合影像；
S3、采用面向对象法对融合影像提取浮筏养殖区。


2.根据权利要求1所述的基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法，其特征在于，所述步骤S1的预处理包括：辐射定标、大气校正、复数数据转幅度数据、多视处理、滤波处理和地理编码。


3.根据权利要求1所述的基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法，其特征在于，所述步骤S2的四种融合方法包括：HIS变换融合法、Brovey变换融合法、G-S变换融合法和主成分变换融合法。


4.根据权利要求3所述的基于SAR和光学影像融合的近海浮筏养殖区提取方法，其特征在于，所述HIS变换融合法包括以下步骤：
A1、在预处理后的光学影像和预处理后的SAR影像中找出空间分辨率较低的多光谱影像，并将空间分辨率较低的多光谱影像的三个波段影像与高分辨率影像进行配准和重采样，使多光谱影像与高分辨率影像具有相同的像元分辨率和空间几何位置；
A2、将多光谱影像按波段与RGB值对应变换到HIS空间，得到亮度I，色度H，饱和度S三分量；
A3、将空间分辨率高的影像进行对比度拉伸，使之与亮度分量I有相同的均值和方差；
A4、采用拉伸后的高分辨率影像代替I分量，将其同灰度拉伸过的色度分量H'和饱和度分量S'进行HIS逆变换得到融合后的影像。

【专利技术属性】
技术研发人员：张瑞，刘国祥，于慧男，王晓文，张波，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51