一种近岸及内陆水体水波纹消除方法、系统及可读存储介质技术方案

本发明专利技术公开了一种近岸及内陆水体水波纹消除方法、系统及可读存储介质。所述方法包括：获取覆盖近岸或内陆水体区域的光学遥感影像，对水体区域的光学遥感影像进行预处理，得到地表反射率；然后对预处理后的遥感影像进行HSV空间变换，获取影像的色调分量、饱和度分量；根据色调分量在不同光学组分主导水体的值域范围，将影像图幅范围内的水体像元进行分类；在所提取的水体像元内，根据饱和度提取不同类别水体的水波纹区域；根据水波纹区域的像元样本，构建校正函数，消除图幅范围内水体的水波纹。本发明专利技术能够较好地消除影像图幅内水体的波纹影响，保留了水体真实的色彩特征，有助于改善遥感影像成图效果，提高近岸及内陆水体水质遥感的反演精度。遥感的反演精度。遥感的反演精度。

【技术实现步骤摘要】
一种近岸及内陆水体水波纹消除方法、系统及可读存储介质


[0001]本专利技术涉及遥感
，更具体地，涉及一种近岸及内陆水体水波纹消除方法、系统及可读存储介质。

技术介绍

[0002]中高分辨率卫星遥感影像可以记录更精细的地面纹理信息，获取对地物的准确描述。但在特定领域也增加了影像处理难度。以水质遥感为例，光学传感器接收的水体信息包括大气程辐射、水表镜面反射、水体散射的出水辐射。光学浅水环境下，还包括水底反射光。其中，仅水体散射包含水质信息，前两种信息需要被消除。对于大气程辐射的去除，目前有较多成熟的大气校正方法可以实现。而水表镜面反射的消除则集中在开阔的大洋水体，近岸及内陆水体的研究较少，这是由光学影像的应用场景导致的。
[0003]⑴
大洋水体的水质遥感反演参数以水色三要素为主，一般用于全球尺度的海洋初级生产力、物质输移等研究，目前采用的光学遥感影像一般为MODIS/MERRIS(250米)或哨兵三号(300米)。此类影像空间分辨率较低，像元尺度上的水体信息可近似为朗伯体，方向性较强的水表镜面反射弱于整个像元尺度的水色信息。因此，影像处理过程无需特别关注水表镜面反射的干扰。而内陆水体水质遥感反演时，因河道、湖泊、河口的范围远小于海洋，需要空间分辨率更高的遥感数据，例如30米的Landsat系列、10米的哨兵二号或更高分辨率的高分系列影像。当水表被风场、流场扰动时，单个像元记录的水表镜面反射往往强于水体的出水反射，导致水体在影像中表现出白灰色的波纹，不利于水质信息提取。
[0004]⑵r/>大洋水体的影像波纹去除方面，以获取水深信息为主，一般应用在岛礁附近的浅海水域。算法原理基于两个假设：
①
水表镜面反射不随波长变化；
②
水体底质和水体光学性质的均一性。因此，算法实施环节需首先勾选一个或多个水波纹区域；再统计样本区域的近红外波段最小值，作为不受耀斑干扰的水体像元值；最后，通过样本区建立的近红外波段与可见光波段的回归关系，校正可见光波段。该方法应用在内陆水体会出现以下问题：
①
内陆水体光学信息复杂，不具备均一性；
②
人工勾选的样本区受限于水体光学信息的区域变化，单次可处理的影像范围较小；
③
内陆水体在近红外区域(850nm附近)的反射率并不近似为0，有时反而具备一定的反射特征(例如高浑浊水体和富营养化水体)，简单地以样本区的近红外波段作为基准，校正整景影像，会使水体光谱信息异常，给后续水质反演带来误差。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，为了消除中高分辨率遥感影像应用于近岸及内陆水体水质反演时的水面波纹信息干扰，通过分析水波纹和不同光学组分水体在HSV空间的表达特征，本专利技术提出一种近岸及内陆水体水波纹消除方法、系统及可读存储介质。
[0006]本专利技术第一方面提供了一种近岸及内陆水体水波纹消除方法。所述方法包括以下步骤：
[0007]S1：获取覆盖近岸或内陆水体区域的光学遥感影像，对水体区域的光学遥感影像
进行预处理，得到地表反射率r；
[0008]S2：根据地表反射率r，对预处理后的遥感影像进行HSV空间变换，获取影像的色调分量H、饱和度分量S；
[0009]S3：根据色调分量H在不同光学组分主导水体的值域范围，将影像图幅范围内的水体像元进行分类；
[0010]S4：在所提取的水体像元内，进一步根据饱和度S提取不同类别水体的水波纹区域；
[0011]S5：根据水波纹区域的像元样本，构建校正函数，消除图幅范围内水体的水波纹。
[0012]优选地，S1中所述预处理方法为辐射定标、大气校正。
[0013]优选地，所述S2具体包括：
[0014]S2.1：将地表反射率r转换为uint16型数据r
u
；
[0015]S2.2：对预处理后的遥感影像中的红光、绿光、蓝光的r
u
进行归一化处理；得到红光、绿光、蓝光三个波段的归一化结果，分别记为R、G、B；
[0016]将归一化处理后的R、G、B转换到HSV空间，得到色调分量H和饱和度分量S，公式如下：
[0017][0018][0019]其中，V为亮度分量，计算方式为V＝max(R,G,B)；V
′
为亮度分量V与R、G、B三个波段最小值的差值，计算方式为V
′
＝V
‑
min(R,G,B)；色调分量H的值域范围为0～1，由小到大按色调环的分布对应红、橙、黄、绿、青、蓝、洋红，最后返回红色；饱和度S值域范围为0～1，表示纯色与消色(灰色)的比例，值越高颜色越鲜艳。
[0020]优选地，所述S3具体为：
[0021]S3.1：根据水体指数NDWI和近红外波段反射率r(NIR)，确定图幅范围内的水体像元，水体指数NDWI和近红外波段反射率r(NIR)的阈值为：
[0022][0023]其中，r(G)为绿光波段的反射率；
[0024]S3.2：针对提取的水体像元，根据不同的色调分量H阈值进行分类，分为水体H1、水体H2、水体H3三类；其中H1对应黄色调的水体，水体光学特性由悬浮颗粒物主导；H2对应绿色调水体，水体光学特性由叶绿素主导；H3对应蓝色调水体，水体光学特性受藻类、悬浮物的影响较小，以水分子的吸收作用为主。
[0025]优选地，所述S5具体为：
[0026]S5.1：根据水体H1内的水波纹像元区域，提取短波红外波段SWIR的反射率值r(SWIR)，作为自变量x；
[0027]S5.2：计算水体H1在短波红外波段SWIR的最小值，记为x0；
[0028]S5.3：根据水体H1内的水波纹像元区域，提取蓝光波段B的反射率值r(B)，作为因变量y；
[0029]S5.4：构建一元回归函数y＝k*x+b，经最小二乘法拟合得到斜率k；
[0030]S5.5：按如下公式计算得到消除水波纹干扰后的水体蓝光波段反射率r
′
(B)：
[0031]r
′
(B)＝r(B)
‑
k*(r(SWIR)
‑
x0)
[0032]S5.6：重复上述步骤S5.3～S5.5，依次得到消除水波纹干扰后的水体绿光波段反射率r
′
(G)、红光波段反射率r
′
(R)、近红外波段反射率r
′
(NIR)；
[0033]S5.7：重复上述步骤S5.3～S5.6，依次得到消除水波纹干扰后的水体H2、H3，完成整个校正过程，以消除图幅范围内水体的水波纹。
[0034]本专利技术第二方面提供了一种近岸及内陆水体水波纹消除系统，包括存储器和处理器，所述存储器中包括近岸及内陆水体水波纹消除方法程序，所述近岸及内陆水体水波纹消除方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
[0035]S1：获取覆盖近岸或内陆水体区域的光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近岸及内陆水体水波纹消除方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：获取覆盖近岸或内陆水体区域的光学遥感影像，对水体区域的光学遥感影像进行预处理，得到地表反射率r；S2：根据地表反射率r，对预处理后的遥感影像进行HSV空间变换，获取影像的色调分量H、饱和度分量S；S3：根据色调分量H在不同光学组分主导水体的值域范围，将影像图幅范围内的水体像元进行分类；S4：在所提取的水体像元内，进一步根据饱和度S提取不同类别水体的水波纹区域；S5：根据水波纹区域的像元样本，构建校正函数，消除图幅范围内水体的水波纹。2.根据权利要求1所述的一种近岸及内陆水体水波纹消除方法，其特征在于，S1中所述预处理方法为辐射定标、大气校正。3.根据权利要求1或2所述的一种近岸及内陆水体水波纹消除方法，其特征在于，所述S2具体包括：S2.1：将地表反射率r转换为uint16型数据r
u
；S2.2：对预处理后的遥感影像中的红光、绿光、蓝光的r
u
进行归一化处理；得到红光、绿光、蓝光三个波段的归一化结果，分别记为R、G、B；将归一化处理后的R、G、B转换到HSV空间，得到色调分量H和饱和度分量S，公式如下：将归一化处理后的R、G、B转换到HSV空间，得到色调分量H和饱和度分量S，公式如下：其中，V为亮度分量，计算方式为V＝max(R,G,B)；V
′
为亮度分量V与R、G、B三个波段最小值的差值，计算方式为V
′
＝V
‑
min(R,G,B)；色调分量H的值域范围为0～1，由小到大按色调环的分布对应红、橙、黄、绿、青、蓝、洋红，最后返回红色；饱和度S值域范围为0～1，表示纯色与消色(灰色)的比例，值越高颜色越鲜艳。4.根据权利要求3所述的一种近岸及内陆水体水波纹消除方法，其特征在于，所述S3具体为：S3.1：根据水体指数NDWI和近红外波段反射率r(NIR)，确定图幅范围内的水体像元，水体指数NDWI和近红外波段反射率r(NIR)的阈值为：其中，r(G)为绿光波段的反射率；S3.2：针对提取的水体像元，根据不同的色调分量H阈值进行分类，分为水体H1、水体H2、水体H3三类；其中H1对应黄色调的水体，水体光学特性由悬浮颗粒物主导；H2对应绿色调水体，水体光学特性由叶绿素主导；H3对应蓝色调水体，水体光学特性受藻类、悬浮物的影响较小，以水分子的吸收作用为主。5.根据权利要求4所述的一种近岸及内陆水体水波纹消除方法，其特征在于，所述S5具
体为：S5.1：根据水体H1内的水波纹像元区域，提取短波红外波段SWIR的反射率值r(SWIR)，作为自变量x；S5.2：计算水体H1在短波红外波段SWIR的最小值，记为x0；S5.3：根据水体H1内的水波纹像元区域，提取蓝光波段B的反射率值r(B)，作为因变量y；S5.4：构建一元回归函数y＝k*x+b，经最小二乘法拟合得到斜率k；S5.5：按如下公式计算得到消除水波纹干扰后的水体蓝光波段反射率r
′
(B)：r
′
(B)＝r(B)
‑
k*(r(SWIR)
‑
x0)S5.6：重复上述步骤S5.3～S5.5，依次得到消除水波纹干扰后的水体绿光波段反射率r
′
(G)、红光波段反射率r
′
(R)、近红外波段反射率r
′
(NIR)；S5.7：重复上述步骤S5.3～S5.6，依次得到消除水波纹干扰后的水体H2、H3，完成整个校正过程，以消除图幅范围内水体的水波纹。6.一种近岸及内陆水体水波纹消除系统，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中包括近岸及内陆水体水波纹消除方法程序，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯佑斌，何颖清，翁忠华，储雪丹，郭珊，李岚斌，陈黎，吴丹，杨敏，潘洪洲，熊龙海，李望鸣，刘茉默，张嘉珊，吴俊涌，
申请(专利权)人：珠江水利委员会珠江水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：