针对Landsat TM和ETM图像的厚云及其阴影检测方法

摘要

本发明公开了一种针对Landsat TM和ETM图像的厚云及其阴影检测方法，其实现步骤为：（1）将输入图像分成16个子图集，并对其进行维纳滤波去噪和归一化；（2）对各子图集中的厚云和阴影进行粗检测，并从粗检测结果中选取基准对；（3）根据各基准对求最终基准对质心连线倾角和间距；（4）根据最终基准对质心连线倾角和间距对各子图集中厚云和阴影配对，并对未配对阴影和厚云进行补充检测；（5）对云影配对结果和补充检测结果进行相加，得到各子图集的最终检测结果子图；（6）顺序拼接各子图集的最终检测结果子图，获得最终检测结果图。本发明不需要辅助信息和人工参与，检测精确度高，可用于遥感图像变化检测、分类以及图像分割的预处理。

主权项

一种针对Landsat TM或ETM图像的厚云及其阴影检测方法，包括步骤如下： (1)输入一幅包含除第六波段外的第一至第七波段专题制图仪TM图像或增强专题制图仪ETM图像，以输入图像长的1/4和宽的1/4分别作为要获得子图像的长和宽，将输入图像分为互不重叠的16组子图像，用每一组子图像包含的6个波段图像Y_ij^b构成一个子图集I_ij，其中i、j分别为行和列方向分成子图的序号，i＝{1,2,3,4}，j＝{1,2,3,4}，b为波段序号，b＝{1,2,3,4,5,6}； (2)将各子图集中的各波段子图像Y_ij^b分别进行维纳滤波去噪，并归一化处理，得到归一化后子图像和归一化后子图集(3)将归一化后子图集所有波段图像的相同空间位置处的像素灰度值相加并求平均值，得到一幅灰度平均图像E_ij，用云阈值T₁对E_ij做二值化分割，即把E_ij中灰度值大于T₁的像素灰度值置为1，其余像素灰度值置为0，得到的云初检二值图CL1_ij；再对E_ij用阴影阈值T₂进行分割，把E_ij中灰度值小于T₂的像素灰度值置为0.5，其余像素灰度值置为0，得到的阴影初检二值图SH_ij，其中T₁＝0.8，T₂＝0.1；(4)对归一化后子图集所有波段图像的相同空间位置处的像素灰度值求方差，得到一幅方差图像V_ij，用云影阈值T₃对V_ij进行二值化分割，把V_ij中灰度值小于T₃的像素灰度值置为1，其余像素灰度值置为0，得到的云影二值图CS'_ij，其中T₃＝0.002；(5)将归一化后子图集中的和分别作为蓝、绿和红三个颜色分量，得到一幅红绿蓝RGB彩色合成图像，然后将该图像从红‑绿‑蓝RGB色彩空间转换到色相‑饱和度‑明度HSV色彩空间，进而得到一幅饱和度图像S_ij；再用饱和度阈值T₄对S_ij进行二值化分割，把S_ij中灰度值小于T₄的像素灰度值置为1，其余像素灰度值置为0，得到的饱和度云检测图CL2_ij，其中T₄＝0.02；(6)将归一化后子图集的云初检二值图CL1_ij、云影二值图CS'_ij以及饱和度云检测图CL2_ij这三者相同空间位置处的像素灰度值相乘，得到云种子图，并将该图像中的云种子像素点在饱和度图像S_ij中进行区域生长，得到的云粗检结果图Cd_ij，其中区域生长使用邻域判断阈值T，T＝0.03；(7)将归一化后子图集的阴影初检二值图SH_ij和云影二值图CS'_ij相同空间位 置处的像素灰度值相乘，得到阴影种子图，并将该图像中的阴影种子像素点在灰度平均图E_ij中进行区域生长，得到的阴影粗检结果图Sd_ij，其中区域生长使用邻域判断阈值T，T＝0.03；(8)在8邻域条件下，用半径为两个像素的圆盘形结构元素分别对归一化后子图集的云粗检结果图Cd_ij和阴影粗检结果图Sd_ij做一次数学形态学闭运算，后将该两幅图中封闭区块面积小于8个像素的区块从图像中剔除，并对Cd_ij和Sd_ij的对应像素灰度值相加，得到的云影粗检测图CS_ij；(9)分别从每个归一化后子图集的云影粗检测图CS_ij中选取该的基准对，共得到Ж个基准对：(9a)将归一化后子图集的云影粗检测图CS_ij中包含的所有M个云块与所有N个阴影块一一组成云影对，共M×N个；如果M＝0或N＝0，则该归一化后子图集无基准对，否则统计每个云影对中云块的面积S_C和周长L_C，阴影块的面积S_S和周长L_S、云影对质心连线长度d以及倾角θ；(9b)判断每一个云影对是否满足1)式： 若满足1)式，则将该云影对作为一个候选基准对，并在所有云影对判断完毕后进行步骤(9e)，若没有一个云影对满足1)式，则进行步骤(9c)，其中1)式中α为面积约束系数，β为周长约束系数，γ为间距约束系数，α＝0.3，β＝0.25，γ＝3； (9c)将1)式中面积约束系数α、周长约束系数β和间距约束系数γ同时各增大百分之一，再重新判断是否有云影对满足1)式，如有云影对满足1)式则将其作为一个候选基准对，并在所有云影对判断完毕后进行步骤(9e)；否则进行步骤(9d)； (9d)如果α<1、β<1且γ<5，则转到步骤(9c)；否则，则该归一化后子图集无基准对；(9e)在所有得到的候选基准对中选择云影对质心连线长度d最小、阴影面积S_S 最大的候选基准对作为归一化后子图集的基准对；(9f)分别对16个归一化后子图集重复步骤(9a)至(9e)，得到Ж个基准对，其中Ж≤16；(10)统计上述Ж个基准对的质心连线主角度和质心连线主长度，得到最终基准对倾角A和最终基准对间距D； (11)根据最终基准对倾角A和间距D对归一化后子图集中的所有云块和阴影块进行配对，得到的云影配对结果图P_ij；(12)将归一化后子图集的云影配对结果图P_ij与云影粗检测图CS_ij对应位置处的像素灰度值相减并求绝对值，得到的未配对云影块图像；(13)根据最终基准对倾角A和间距D对归一化后子图集的未配对云影块图像中的云块补充检测对应阴影块，得到的阴影补充检测结果图AD1_ij；(14)根据最终基准对倾角A和间距D对归一化后子图集的未配对云影块图像中的阴影块补充检测对应云块，得到的云补充检测结果图AD2_ij；(15)将归一化后子图集的云影配对结果图P_ij、云补充检测结果图AD1_ij和阴影补充检测结果图AD2_ij的对应像素相加，得到的最终检测结果子图CaS_ij；(16)将16个归一化后子图集对应的16个最终检测结果子图CaS_ij按顺序拼接，得到一幅完整的最终检测结果图。