基于Landsat ETM+和ALOS PALSAR图像融合的水体提取研究
在水资源调查、流域分析、水体变更、海洋监测、水资源开发和利用等与水体密切相关的研究中，需要全面了解水资源的状况，而水体提取通常是进行这些研究的关键第一步。利用单源遥感数据如MSI和SAR提取水体信息，前人已做了不少研究。由于各种遥感平台成像原理不同，导致水体在不同遥感平台上具有不同的成像特征。此外，水体受自然因素、人为因素的影响，随时间变化具有一定的随机性，因而使用单一遥感数据，即使图像处理与解译水平很高，能够从中获取的水体信息也是不全面的。因此，有必要设计合理的融合方案，将各具特色的多种遥感数据融合起来，实现他们在水体提取上的优势互补，充分发挥遥感图像融合技术在水体提取上的作用。 本文以鄂东南某地区作为研究区，以多光谱光学图像Landsat ETM+和SAR图像ALOS PALSAR为研究对象，旨在（1）探究Landsat ETM+和ALOS PALSAR图像融合在水体提取上的价值，对他们在水体提取上的优势互补信息进行实验验证和分析；（2）分析Landsat ETM+和ALOS PALSAR以何种形式融合能够改进水体提取结果，设计能够充分发挥两者优势互补信息的融合方法。基于上述目的，本文主要工作如下： 第一，对Landsat ETM+和ALOS PALSAR进行了水体提取以及融合前期的预处理。包括Landsat ETM+的去条带、去云处理；ALOS PALSAR的辐射校正、地形矫正、地理编码、斑点抑制处理，以及Landsat ETM+和ALOS PALSAR的配准操作。 第二，针对Landsat ETM+受云以及云阴影干扰的问题，提出了一种基于局部系数的图像融合去云方法。利用局部系数可以最大程度地避免“同物异谱，同谱异物”的干扰，精确地定位云以及云阴影区域。再利用同一地区云层覆盖较少或覆盖位置不同的Landsat ETM+图像以及无云的ALOS PALSAR图像与有云的Landsat ETM+图像的融合达到成功去除Landsat ETM+中云以及云阴影的目的。 第三，对Landsat ETM+和ALOS PALSAR图像分别进行了水体提取。重点对现有的多光谱光学图像的单波段阈值、多波段阈值增强等水体提取方法进行了验证和比较，并提出了基于PCA变换的水体提取方法，实验结果表明该方法具有较高水体提取精度。分析了Landsat ETM+和ALOS PALSAR图像在水体提取上的优势和不足。 第四，提出了基于精度比值加权的Landsat ETM+多时相图像融合方法。对来自于春夏秋冬四个季节的多光谱光学图像进行了水体提取，分析了各自在提取水体信息上的性能。基于四个季节图像提取水体的精度，设计了一种基于精度比值加权的多时相图像融合方法，解决了植被覆盖区域水体提取的问题以及短期内干湿季水体盈亏的问题，该方法在本文涉及到的十余种水体提取方案中精度最高。 第五，对Landsat ETM+以及ALOS PALSAR图像进行融合用于水体提取。对现存的PCA、Brovey、IHS、HPF以及小波变换融合方法进行了实验验证和分析，比较了他们在融合Landsat ETM+以及ALOS PALSAR图像用于水体提取目标上的性能。在充分分析了Landsat ETM+以及ALOS PALSAR图像各自在提取水体上的特性后，设计了一种基于ALOS-ETM+最佳波段组合的融合方案，可以将Landsat ETM+以及ALOS PALSAR图像在水体提取方面的显著信息进行融合、突出，从而精确地提取水体信息，提高水体提取精度。 通过本文理论分析和实验验证得出以下结果：多时相图像融合水体提取方法以及基于ALOS-ETM+最佳波段组合图像融合水体提取方法均比单源图像的水体提取方法具有更高精度，说明本文关于图像融合的研究方法在水体提取方面具有重要的应用价值。本文提出的基于局部系数的融合方案、多时相融合方案以及基于ALOS-ETM+最佳波段组合融合方案均是面向具体应用目的，为其它类的地物提取提供了可供参考的解决方案和技术思路。
多光谱光学图像;雷达图像;水资源调查;遥感数据;水体提取;信息融合
华中科技大学
博士
系统分析与集成
伍永刚
2014
中文
TP751.1;TV211.1
124
2016-05-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）