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第三部分 水体信息提取


阴影和水体, ( TM2 + TM3) - ( TM4 + TM5)在山体和农林区域较好,却 难以区分部分建筑居民用地和水体。
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存在着问题

阈值难确定:
由于部分细小水体在影像中以混合像元的形态存在,存在
水体和非水体地物过渡区,阈值难取。阈值高了将丢失 细小水体信息,阈值低了将不少其他的地物信息误提出 来。

各种方法增强效果均有区域局限性。
在地类复杂的区域中,NDWI只在非山地的植被区域较好。
MNDWI在建筑居民用地区域较好,却难以区分部分山体
水体的研究离不开对水体范围、界线的准确提取, 常用的 遥感影像水体信息提取方法主要有两类: 单波段法:

依据水体在 几个波段上光谱的不同特征以及其它地物
与水体的区别, 通过分析水体及背景地物的光谱值, 利用单个波段来提取 TM 影像中的水体信息 。单波段 阈值法简单可行, 却不易区分水体与阴影
水体提取
遥感影像记录了地表物体对电磁波的反射信
息及其自身向外的辐射信息, 相对于其他地 物而言, 水体在整个光谱范围内都呈现出较 弱的反射率, 在近红外、 中红外及短波红外 部分, 水体几乎吸收了全部的入射能量, 因 此水体在这些的反射率特别低, 而土壤、植 被、建筑物等在这些波段吸收能量较小,具 有较高的反射率, 使得水体与它们具有明显 的区别。

多波段法:
利用水体在不同波段上的光谱特性, 通过多波段之间
的组合运算来增强影像中的水体信息, 从而易于从其 他地物中分离提取出水体。
单波段法
单波段法主要选取对水陆界反映较好的 Landsat-7 的ETM+的第四或五波段, 即近红外和中红外波段, 利用阈值法对水体进行提取。 TM5〈T(阈值) 在第五波段水体和非水体有明显的区别,该法利用 了水体在这两个波段上的强吸收特性, 以及植被、 土壤在这两个波段较高的反射特性。 由于山体阴影的影响, 使得中红外在阴坡面的反射 能量特别低, 从而造成山体阴影在影像上呈现出明 显的暗色调,水体与阴影的混淆使得难以在单波段 上通过阈值法来提取水体。

(2)如何解决居民地的误提:
光谱特征曲线图第五波段水体和阴影的亮度值差异不大,
而居民地的亮度值与水体和阴影的亮度值差异很大。因 此可采用 TM5<T(T为阈值)来消除居民地的影响。
先分类再提取法
共同点
多波段增强图阈值法利用水体在
TM 不同波 段的波谱特性,通过多波段运算来增强影像 中的水体信息,使得在增强图中水体值高于 非水体地物值,从而设定下限阈值即可提取 水体。

(1)如何解决阴影的误提:
单波段法、谱间关系法和改进的归一化差异水体指数
(MNDWI)法都不易消除阴影的影响。 (TM2+TM3)>(TM4+TM5)特征对消除易混淆的阴影的效 果较好, 但对部分阴影, (TM2+TM3)-(TM4+TM5)影 像仅起到了增加水体和阴影亮度差值的作用。因此, 可 以用(TM2+TM3)- (TM4+TM5)>T1(T1为阈值)的方法来 解决。

多波段法
1.
谱间关系法:

水体具有(TM2+TM3)>(TM4+TM5)的特征。相对于单波 段阈值法,谱间关系法对阴影的误提也有很大的改进, 但是, 此方法存在把居民地误提为水体的问题。
2.
归一化差异水体指数(NDWI)法:抑制植被和土壤 信息提取水体。

NDWI = (Green- NIR)/(Green+NIR),土壤和建筑物在 这两个波段的光谱特征与水体相似, 难以抑制土壤和 建筑物信息。
3.
改进的归一化差异水体指数(MNDWI):MNDWI = (Green-MIR)/(Green+MIR),方法误提阴影和部分 居民地。



波段之间的比值运算能减少由于地形坡度、 坡向、 阴影等 环境条件影响 ,从而提高水体识别准确性。选择绿光波段遥 感数据和近红外波段遥感数据构建NDWI可以最大程度抑制 植被信息。在 NDWI数据中 ,水体的值为最大 ,采用适当阈 值就可以将水资源面积准确提取。 研究表明城市、 裸地和建筑物等背景地物在 TM/ ETM +遥 感数据中第二波段和 第四波段的变化趋势和水体一致 ,如果 选择 第二波段和的第四波段构建 NDWI ,当研究区域存在较 多的裸地和城市等势必会形成噪音而造成水体误提现象。 研究表明 ,当采用中红波段代替近红波段后 ,水体的指数将 增大 ,裸地和城市等的指数将降低 ,植被的水体指数虽然会 增大 ,但还是小于水体的值。也就是说采用 TM/ ETM+第二 波段和第五波段构建的水体指数有利于突出水体信息和抑 制其他地物信息。在 MNDWI数据中 ,水体的值也为最大 ,其 他地物的值则比较小 ,选择一定阈值能很好地提取水体信息。
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