基于遥感卫星影像水体提取方法综述

水体提取分类依据及基础

水体提取分类依据 水体提取的方法很多,很多学者也进行了分类,大体上有一个分类框架,主要是基于光学影像的分类,比如王航等[7]将水体提取分成3类,分别是基于阈值法、分类器法和自动化法; 李丹等[8]更深一步进行总结,引入近些年发展火热的基于雷达影像数据的水体提取,总体而言,水体提取主要以光学影像信息为主,雷达影像是近些年发展起来并迅速应用到水体提取的领域之中,基于此在该分类基础上从数据源角度下细化具体的提取方法及应用领域,具体的分类方法如图1所示。

图1 水体提取方法分类

水体提取基础 卫星遥感影像是基于不同地物对电磁波的不同反应及地物本身的热辐射信息产生,江河湖泊的水一般不是纯净水,主要由透射入水的光与水中叶绿素、泥沙、水深及其热特征等相互作用的结果,所以水体一般在遥感影像上呈现为绿色的[7]。基于上述原理,水体在光谱反应上一般在蓝绿光波段吸收率较低,其他波段尤其是红外波段吸收率很高,而植被和土壤在这2个波段吸收的能量较小,反射率较高,这使得水体在这2个波段与植被和土壤有明显区别[9]。因此在遥感中常利用近红外波段构建模型提取水体信息,水体在电磁波各波谱段上反映的特征是利用遥感技术提取水体的基础[10]。典型的地物光谱特征曲线如图2所示。

图2 典型地物的光谱特征曲线[5]

水体提取方法 基于光学影像的水体提取 阈值法

阈值法也称为模型分类法,通过分析水体光谱特征曲线选择合适的波段构建模型,在模型处理基础上选择合适的阈值分离水体,阈值法又可分为单波段法和多波段法,其中多波段法还可分为谱间关系法和水体指数法。

1)单波段法。早期遥感影像的水体提取主要基于单波段法,利用水体在近红外或中红外波段强烈吸收特征来识别水体信息。Frazier等[11]分别利用TM4,TM5和TM7波段采用阈值法进行澳大利亚Wagga湖的水体进行提取,结果表明TM5提取效果更好; 毕海芸等[12]采用TM影像,通过对比单波段法、多波段谱间关系法和水体指数法3种方法,确定单波段法一般适用于地势平坦、背景简单的地区。但单波段法已逐渐被多波段法取代,大部分研究都是融合单波段法和多波段法协同提取水体信息。

2)多波段法。遥感影像不单只有一个波段,早期的影像,比如Landsat系列影像都具有至少4个波段,利用不同波段之间的相互关系进行水体提取比单一波段的提取效果更好,基于多个波段的水体提取方法占据水体提取的主要地位,主要分为谱间关系法和水体指数法。

谱间关系法主要通过分析地物在遥感影像原始波段,或者原始波段转换得到的特征波段的光谱特征曲线,构建逻辑判断规则来提取水体。周成虎等[4]基于TM影像分析发现水体具有灰度值TM2+TM3>TM4+TM5的谱间特征,从而实现水体信息提取; 汪金花等[13]利用唐山地区影像分析构建了谱间关系和比值模型(TM2+TM3)-(TM4+TM5)>0且TM4/TM2