图像光谱特征和统计特征在水体信息提取中的应用研究解读

连芸等：图像光谱特征和统计特征在水体信息提取中的应用研究 2 9 9 图像光谱特征和统计特征在水体信息提取中的应用研究 连 芸，宋传中，吴立坤，霍立新 〔合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥2 3 0 0 0 9 〕 摘要：论文从图像光谱特征和统计特征的角度出发对三种常用水体遥感提取方法 的原理做了简要分析。结合实例一巢湖湖区的’1M数据，应用MNWDI，谱间 关系法和主成分分析法实现了水体提取，对照实验结果，分析了误差产生的可能 原因。最后从结果的差异性说明了各种方法的适宜性。 关键词：水体提取；光谱特征；统计特征 1 引言 遥感图像记录了地物在空间域、时间域、光谱的 2研究方法分析 2.1 基于光谱特征的水体面积提取 水的光谱特征主要是由水本身的物质组成决定 变化信息，利用地物的光谱能量特征差异性和结构特征差异性来识别地物信息是 遥感应用的一个主要方面。除广泛应用在多种地质现象解译方面，水体提取，水 质监测，水域面积测算也是其中的一局部。近年来，随着遥感科学的开展，遥感 数据内容不断丰富，分辨率不断提高，为水体提取研究提供了有效、快捷的手 段。 水体提取对于水资源调查、洪水灾害预测评估和环境监测等有着重要作用。20 世纪7 0年代起迅猛开展的卫星遥感技术，以其具有的宏观、快速和同步等优 点，逐渐在大面积水体识别方面得到广泛应用。目前利用遥感信息提取水体信息 的方法主要有两种模式，一种是基于波段之间的相关性建立的数学模型，可分为 单波段法和多波段法，单波段法主要选取遥感影像中的近红外波段并利用阈值来 提取水体信息。多波段法那么主要利用多波段的优势综合提取水体信息，谱问关系 法就是其中的一种。另外一种模式就是基于图像统计特征，根据应用目的的不同 对遥感图像执行光谱增强或辐射增强处理，以到达突出水体信息的目的。 本文是在总结前人研究的根底上，利用巢湖地区的TM数据对几种常用的方法进 行检验，提取出影像范围内水体，对提取结果进行了简要分析，讨论了水体提取 方法的适宜性。的，同时又受到各种水状态的影响，在可见光波段0.5斗m之前，水的吸收 少，反射率比拟低，大量透射。其中，水面反射率约5%左右，并随着太阳高度 角的变化呈3%?10%不等的变化；水体可见光反射包括水外表反射，水体底 部物质反射及水中悬浮物质(浮游生物或叶绿素，泥沙及其他物质)的反射三方 面的奉献。对于清水，在蓝一绿光波段反射率4%? 5%，0.5 m以下的红光局部反射率降到2%—3%，在近红外，短波红外 局部几乎吸收全部的入射能量，水体在这两个波段的反射能量很小。在红外波段 识别水体是较容易的。 归一化差异水体指数法 ——MNWDI… MNWDI实质上是一种比值型指数方法，比值型指数方法的根本原理就是在多 光谱波段内，寻找出所要研究地物类的最强反射波段和最弱反射波段。将强者置 于分子，弱者置于分母。通过比值运算，进一步扩大二者的差距，使感兴趣的地 物在所生成的指数影像上得到最大的亮度增强，而其他背景地物那么受到普遍的抑 制，从而到达突出感兴趣地物的目的。由于水体的反射从可见光到红外波段逐渐 减弱，在近红外和中红外波长范围内吸收性最强，几乎无反射，因此用可见光波 段和红外波段的反差构成的比值可以突出影像中的水体信息。MNWDI法是徐 涵秋在综合考虑植 基金工程：安徽省教研工程(JYXM 2 003 089 )和国家精品课程?构造 地质学?共同资助 作者简介：连芸(1 9 7 8 —)，女，内蒙古自治区呼和浩特人，硕士，主要从 事遥感地质方面应用研究工作。 3 0 0 fJ畦强地质丁作促进ft会经济和谐开展 —— 2 0 0 7年华东六齿一市地学科 技论坛论文集 理中，可以用少数几十正叟的主成分作为新的数据通道.米代替帽共性较太的多 个赋始渡段，从而起到降维嗣I敦据压缩的作用 被、土壤、建筑物郓水体的波谱特征眦及它们之M关 采的根底上挺出了以下的MNDW1指数： MNDWI=(GREEN — MIR)/fGREEN + MIR)(I) 其巾REEN为绿光波段，直nTM/E3\的第2渡殷的值； MIR为中红外渡段，如rM/ETM +的笨5波段的值， 2 1 3实例应用 3 2谱间茭系法‘ 潜间关系洼屉基于一种逆向思维冉式米连行地物 J水体提取 蛮验的主?1=1的址驻证儿种打法zf所给用像水体 信息提取?从特定的罔像钥可进行特定地物识圳的思 维方式卫星传感器主要通过接收和汇求地球表喵厦 射.发射的电融波束获褂地表并I墼地物n勺信息 -^={i =备类地物州太阳光 旳敢收和反射的程度水同 丑地物结构，组成故物理化学性质的芷异.导致J7 它'I 提取的适宵程度.敞II和J—M f 2 0 0 1年10川12日) 的嚣I引象上裁剪J, 卸分罔像进行处理藏竹总的 瓜州j亡引像光黯特征磬异下徙盂太样区罔像是乜音 整个鬃湖湖同。周也Ilj体.人『’水ul,天然卓地、和 业筑物f属R电J的圯I搀点乜啦常仁寓的 ？帽影像 同时.为［彝宴表脚符种方法的优劣.睬［必要的几何橙正L上外.没有州『冬 I像做其他处理奉次蛮骑足在ERDAS聊AGINE (1 8 n:Ii壁传感群Jj圯采n0电话披聘信窟也并寸：丰H『剐衙 可址光和西红外波段水体与植祷城市秆Ij.壤光谱厦 射书的差异是利用谣感手段提取水体的根本瓤理，借问关系法提取水体也是基于 谜一原理周成虎等人针对TM数据，较早地建立丁用f识别水体的谱间关系法， 荩模型如F: 首先根据分析已有地物的遥感特征建立地物兜潜知识的疆媾信息模型，结台到图 豫卜迸行地物光1诗分析、形卷结构分析、渊褴和修改模型参数—；{; = {{:宜验 是采用同成虎等人针对TM数据提出的用于让{别水体 4软件耳，境F进行的 1 — J应用MNWDI指数方法愿理，存ERDAS MAGINE8 4的I ntcrprctcr/L]liIilics/OpcratoE 模块 下 进行渡段的运算，然再利用最大似然法对图像进行非监督讣娄?提取结果如F [晕丨： 的谱问黄系法?其模型如下： 下M2+TM3)TM4+TM5 f2) 其巾，’rM2.TM3. 'M4和TM5分别为TM数据第2、3、4飘『5 通道的帆、 2