面向Sentinel-2影像的LBV和K-T变换水体信息提取模型
发布时间：2021-11-16 23:15
为实现在复杂水环境下水体的精确提取,以斯里兰卡中东部为研究区,推导了用于Sentinel-2影像的LBV变换方程,在分析了水体与植被、阴影、水田泥地等典型地物经LBV和K-T变换后特征的基础上,提出了基于LBV和K-T变换的水体提取模型,并从目视判读和定量分析2个角度与归一化水体指数、改进的归一化差异水体指数模型的提取结果进行对比。结果表明:归一化水体指数和改进的归一化差异水体指数模型的总体精度相对较低,低于90%,存在较为明显的误提现象,归一化水体指数模型将一部分云阴影、山体阴影和水田泥地误分为水体,改进的归一化差异水体指数模型将一部分云和水田泥地误分为水体,同时2个模型还存在一定的漏提现象;基于LBV和K-T变换的水体提取模型总体精度最高,达到98.13%,有效消除了云、云阴影、山体阴影和水田泥地的影响,实现了复杂水环境下水体的精确提取,模型可广泛应用与多云、多山、复杂水环境等区域,对水资源调查、监测与保护有重要的现实意义。
【文章来源】：遥感信息. 2020,35(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
研究区Sentinel-2假彩色合成图像（8、4、3波段）
在研究区内针对水体、植被、建筑、阴影和水田泥地5种地物分别选取50个样本，统计其在Sentinel-2B影像中2(blue）、3(green）、4(red）、8(NIR）和11(SWIR）波段的反射率均值，得到典型地物的光谱特征曲线如图2所示。从图2可以看出，在可见光波段，水体的反射率在蓝色和绿色波段较高，红色波段较低。在近红外和短波红外波段，水体反射率较低，几乎所有入射能量都被吸收。水体反射率呈递减的趋势，即：蓝波段>绿波段>红波段>近红外波段>短波红外。影像中阴影的光谱特征与水体极为相似，二者的反射率在红波段相交，在其他波段较为接近，区分度较低。研究区内主要存在山体阴影和云阴影，影响水体提取的精度。水田泥地含水量高，整体的反射率较低，在遥感影像中呈暗色调，会对水体的提取结果产生一定的影响。建筑和植被的光谱响应曲线与水体差别较大，易于区分。2.2 基于LBV和K-T变换的水体提取模型
针对处理后的实验区Sentinel-2B影像，根据推导出的LBV变换方程和K-T变换系数[15]，基于IDL 8.5平台编译Sentinel-2B影像的LBV和K-T变换算法，得到研究区的LBV和K-T变换影像，分别统计典型地物经LBV和K-T变换后的波谱采样均值，如图3所示。由图3(a）可以看出，水体经LBV变换后L波段波谱采样均值与阴影、水田泥地的波谱采样均值较为接近，植被的波谱采样均值最低；水体B波段波谱采样均值最高，为13.09，其他4种典型地物B波段的波谱采样均值均为负值；5种典型地物V波段波谱采样均值整体较为接近，其中植被的波谱采样均值最高。分析5种典型地物经LBV变换后各波段之间的关系发现，只有水体经LBV变换后的波谱采样均值呈现出B>V的特征，植被、建筑、阴影和水田泥地等地物均呈现出B<V的特征。根据Sentinel-2B影像LBV变换后波段B的灰度值>波段V的灰度值可进行水体的粗提取，提取结果如图4(b）所示。从图中可以看出，影像无云区域水体提取结果较好，能够准确地识别水体的边界，影像有云区域水体提取结果包含了部分云和云阴影，并且还存在水体和水田泥地的混分现象。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于K-T变换的地表水体信息遥感自动提取模型[J]. 张景奇,关威,孙萍,纪秀娟. 中国水土保持科学. 2011(03)
[2]基于新型水体指数（NWI）进行水体信息提取的实验研究[J]. 丁凤. 测绘科学. 2009(04)
[3]利用改进的归一化差异水体指数（MNDWI）提取水体信息的研究[J]. 徐涵秋. 遥感学报. 2005(05)
本文编号：3499751
【文章来源】：遥感信息. 2020,35(05)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
研究区Sentinel-2假彩色合成图像（8、4、3波段）
在研究区内针对水体、植被、建筑、阴影和水田泥地5种地物分别选取50个样本，统计其在Sentinel-2B影像中2(blue）、3(green）、4(red）、8(NIR）和11(SWIR）波段的反射率均值，得到典型地物的光谱特征曲线如图2所示。从图2可以看出，在可见光波段，水体的反射率在蓝色和绿色波段较高，红色波段较低。在近红外和短波红外波段，水体反射率较低，几乎所有入射能量都被吸收。水体反射率呈递减的趋势，即：蓝波段>绿波段>红波段>近红外波段>短波红外。影像中阴影的光谱特征与水体极为相似，二者的反射率在红波段相交，在其他波段较为接近，区分度较低。研究区内主要存在山体阴影和云阴影，影响水体提取的精度。水田泥地含水量高，整体的反射率较低，在遥感影像中呈暗色调，会对水体的提取结果产生一定的影响。建筑和植被的光谱响应曲线与水体差别较大，易于区分。2.2 基于LBV和K-T变换的水体提取模型
针对处理后的实验区Sentinel-2B影像，根据推导出的LBV变换方程和K-T变换系数[15]，基于IDL 8.5平台编译Sentinel-2B影像的LBV和K-T变换算法，得到研究区的LBV和K-T变换影像，分别统计典型地物经LBV和K-T变换后的波谱采样均值，如图3所示。由图3(a）可以看出，水体经LBV变换后L波段波谱采样均值与阴影、水田泥地的波谱采样均值较为接近，植被的波谱采样均值最低；水体B波段波谱采样均值最高，为13.09，其他4种典型地物B波段的波谱采样均值均为负值；5种典型地物V波段波谱采样均值整体较为接近，其中植被的波谱采样均值最高。分析5种典型地物经LBV变换后各波段之间的关系发现，只有水体经LBV变换后的波谱采样均值呈现出B>V的特征，植被、建筑、阴影和水田泥地等地物均呈现出B<V的特征。根据Sentinel-2B影像LBV变换后波段B的灰度值>波段V的灰度值可进行水体的粗提取，提取结果如图4(b）所示。从图中可以看出，影像无云区域水体提取结果较好，能够准确地识别水体的边界，影像有云区域水体提取结果包含了部分云和云阴影，并且还存在水体和水田泥地的混分现象。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于K-T变换的地表水体信息遥感自动提取模型[J]. 张景奇,关威,孙萍,纪秀娟. 中国水土保持科学. 2011(03)
[2]基于新型水体指数（NWI）进行水体信息提取的实验研究[J]. 丁凤. 测绘科学. 2009(04)
[3]利用改进的归一化差异水体指数（MNDWI）提取水体信息的研究[J]. 徐涵秋. 遥感学报. 2005(05)
本文编号：3499751
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