一种面向网络服务的基于浪花指数的海岛礁遥感影像镶嵌方法

摘要

本发明涉及一种面向网络服务的基于浪花指数的海岛礁遥感影像镶嵌方法，采用浪花指数计算模型，通过沿浪花带裁切海岛礁遥感影像并将其以Web服务的形式发布于互联网上，实现了网络环境下海岛礁遥感影像与海洋大环境的基础背景数据的有效镶嵌。本发明步骤是首先网络服务系统后台程序采用浪花指数计算模型对接收到的海岛礁遥感影像做沿浪花带的裁切计算处理，然后将裁切的海岛礁影像以WMS形式发布成Web服务，并将服务的URL地址以XML文件格式传输给网络服务系统的前端程序，最后网络服务系统的前端程序根据海岛礁Web服务的URL地址，将其动态加载到海洋大环境的基础背景数据中，实现了沿浪花带的海岛礁影像镶嵌过程。

说明书

技术领域

本发明属于海岸带遥感影像处理研究领域，涉及到一种面向网络服务的遥感影像海岛礁 镶嵌方法，特别是涉及一种通过互联网发布网络服务时采用浪花指数的方式建立沿浪花带镶 嵌海岛礁的方法。

背景技术

海岛礁是人类开发海洋的远涉基地和前进支点，是我国领土的重要组成部分，对我国的 国家安全和海洋开发都有着重要的现实意义和战略价值。为维护我国海洋权益，推进“数字 海洋”建设，全面、快速地开展海岛礁调查与动态监测工作就显得尤为重要。然而，由于我 国海岛礁分布零散、登岛困难，因此难以按照常规方法进行测图获取海岛礁数据。遥感影像 具有空间分辨率高、同步观测面积大和获取时间短等优势，且成本相对较低，可显著减少所 需的人力、物力、财力和时间，这就使得通过海岸带遥感技术进行海岛礁动态监测成为可能。 随着高分辨率对地观测系统的发展以及长时间的动态监测，我国已经积累了相当数量的海岛 礁遥感影像数据，并且建立了海岛礁信息管理系统，实现了对海岛礁遥感影像数据的高效、 统一的组织与管理，并为相关管理部门提供科学数据。针对当前热点海域，也有少数涉海部 门和科研机构通过互联网发布重点海岛礁的监测成果和专题信息，并以此为基础建立综合信 息网络化服务体系，可以实现重点海岛礁的三维可视化及其邻近海域三维场景模拟，可望为 海岛、沙洲和珊瑚礁开发与海洋经济发展的辅助决策提供支撑。

通过互联网将海岛礁监测成果和专题信息发布到网络上，面临的一个主要问题是如何将 海岛礁遥感影像数据镶嵌到海洋大环境的基础背景数据下，使之融为一个整体。现有的遥感 影像镶嵌方法是将多幅影像拼在一起，构成一幅大范围的完整影像，包括几何精校正、几何 拼接、整体色调调整和拼接线处理等几个步骤。但是，海洋大环境的基础背景数据有其特殊 性，它是作为背景底图且事先存在于网络服务系统中，因此不可能像拼接多幅影像那样采用 现有的镶嵌方法将海岛礁影像与海洋大环境的基础背景数据做镶嵌处理。目前，大多数网络 服务系统只是简单地将海岛礁影像数据叠加在海洋大环境的基础背景数据上，如Google  Earth中提供的海岛礁影像数据，导致海岛礁影像看起来显得似补丁，与海洋大环境的基础 背景数据在色调上严重不均衡。为消除海岛礁影像镶嵌于海洋大环境的基础背景数据时呈现 明显的补丁状，本发明将浪花带作为镶嵌时的拼接线，并针对高分辨率海岛礁遥感影像，采 用基于浪花指数的方法沿浪花带裁切海岛礁影像，最后将裁切的海岛礁影像结果以Web服 务的形式发布，经过服务动态加载后镶嵌于海洋大环境的基础背景数据中。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有海岛礁影像镶嵌于网络服务系统中海洋背景底图 时的缺点，提供一种面向网络服务系统中沿浪花带镶嵌海岛礁影像的方法，其能够以较快的 速度实时、动态地将海岛礁影像镶嵌于海洋背景底图上，能够取得良好的表达效果。

为了解决以上问题，本发明提供的一种面向网络服务的基于浪花指数的海岛礁遥感影像 镶嵌于海洋大环境背景底图的技术方法，包括以下步骤：

步骤1，网络服务系统的后台程序周期性地接收高分辨率海岛礁遥感影像数据，其数据 格式为*.img、*.gif的遥感影像；

步骤2，针对高分辨率海岛礁遥感影像，网络服务系统后台程序利用浪花带作为镶嵌时 海岛礁与海洋背景底图的分界线这一特点，采用基于浪花指数计算的方式，依次对每幅海岛 礁影像做计算处理，实现了沿浪花带裁切海岛礁遥感影像。这一步包括海岛礁遥感影像波段 选择、浪花指数模型构建、浪花指数比值计算、阈值分割、影像重分类、影像掩模等几个处 理环节；

步骤3，网络服务系统的后台程序将沿浪花带裁切的海岛礁影像结果以Web服务的形式 发布于互联网上，同时将服务的URL地址传输给网络服务系统的前端程序，以供网络服务 系统的前端程序动态加载；

步骤4，网络服务系统的前端程序根据海岛礁Web服务的URL地址，将其动态加载到 海洋大环境的基础背景数据上，实现了沿浪花带的海岛礁影像镶嵌过程。

进一步地所述步骤2中，获得沿浪花带裁切海岛礁遥感影像的方法如下：

步骤a，根据海岛礁遥感影像的光谱曲线，进行波段分析、选择。由于海水对入射光的 反射率可以近似表示为蓝光>绿光>红光>近红外>中红外，而本发明中的高分辨率海岛礁影像 只有红、绿、蓝三个波段，因此本发明选择最强反射蓝光波段与最弱反射红光波段为两个计 算波段；

步骤b，根据指数计算方法原理，构建浪花指数计算模型，对选择的两波段反射率值分 别进行相减和相加计算，并通过比值运算进一步扩大二者间的差距，从而增强背景海水的亮 度，抑制海岛礁信息。本发明中构建的浪花指数模型为NDSI=（Blue-Red）/（Blue+Red）， 其中Blue代表蓝光波段，Red代表红光波段；

步骤c，根据步骤b中建立的浪花指数模型，将高分辨率海岛礁影像的蓝光与红光两个 波段代入计算公式，进行栅格比值计算，即对每个像素单元求得其对应的比值，得到计算结 果；

步骤d，对浪花指数模型的计算结果做分类处理，并根据经验公式设定相应阈值，分离 出水体与海岛礁；

步骤e，对分类后的结果影像做重分类计算，用0值表示水体，用1值表示海岛礁，从 而生成二值图像；

步骤f，利用生成的二值图像，对原始海岛礁影像做掩模运算，即与原始海岛礁影像做 栅格相乘计算，得到的结果即为沿浪花带裁切的海岛礁影像。

本发明与现有技术相比的优点在于：在网络环境下，由于海洋大环境的基础背景数据作 为底图事先存在于网络服务系统中，导致现有通过网络的遥感影像镶嵌方法在将海岛礁影像 镶嵌于海洋大环境的基础背景数据时出现明显的拼接痕迹（图1所示），Google Earth中的处 理方法也只是简单地将海岛礁影像叠加于海洋背景底图上（图2所示），由于在色调上严重 不均匀，从而形成一块一块补丁。本发明通过沿浪花带裁切海岛礁影像，并将结果影像以服 务的形式发布于互联网上，通过服务动态加载，实现了网络环境下将海岛礁影像镶嵌于海洋 大环境的基础背景数据中。由于本发明采用浪花带作为海岛礁与海水背景的分界线，使得镶 嵌时能够过度自然，海岛礁、浪花、背景海水融为一体（图7、图8所示），尤其是在三维球 体上与相应的DEM数据结合进行可视化显示时，能够取得良好的表达效果。

附图说明

图1是现有方法镶嵌时形成的拼接痕迹示意图；

图2是Google Earth中海岛礁影像镶嵌于海洋背景底图的示意图；

图3是本方法的方框示意图；

图4是经过浪花指数模型计算后的影像结果图；

图5是二值化后的海岛礁影像结果图；

图6是二值化影像与原始海岛礁影像做掩模运算后的结果影像图；

图7是采用本方法的海岛礁影像镶嵌后的二维可视化示意图；

图8是采用本方法的海岛礁影像镶嵌后的三维球体可视化示意图。

具体实施方式

为了更好地实现上述发明目的，下面将结合图3的方框图对本发明中的各个步骤做进一 步描述：

步骤1，将每次接收到的高分辨率海岛礁遥感影像数据放入一个固定存储目录，网络服 务系统的后台程序周期性地对固定存储目录中的影像数据做批量处理；

步骤2，针对高分辨率海岛礁遥感影像，网络服务系统后台程序采用基于浪花指数计算 的方式，依次对每幅海岛礁影像做计算处理，实现沿浪花带的海岛礁影像裁切，包括海岛礁 遥感影像波段选择、浪花指数模型构建、浪花指数比值计算、阈值分割、影像重分类、影像 掩模等几个处理环节。具体处理步骤如下：

首先，网络服务系统的后台程序根据选定的蓝光波段与红光波段，读取高分辨率海岛礁 遥感影像中相对应的单波段影像数据，即第三波段与第一波段的数据；

接着，网络服务系统的后台程序根据构建的浪花指数模型公式NDSI=（Blue-Red）/ （Blue+Red），以蓝光波段与红光波段矩阵为输入数据，对每个像素单元做比值计算，得到 的影像结果如图4所示；

然后，网络服务系统的后台程序根据设定的分割阈值，对上述比值计算结果做分类处理。 经验公式表明，当阈值设定为0.05098时，分离海岛礁和海水的效果最好。随后，对分类后 的比值计算结果，将大于此阈值的像素单元设置为1值，表示海岛礁，小于此阈值的像素单 元设置为0值，表示海水，生成海岛礁的二值图像，如图5所示；

最后，网络服务系统的后台程序利用上述二值图像，与原始海岛礁影像的各个波段做栅 格相乘计算，得到的结果即为沿浪花带裁切的海岛礁影像，如图6所示。

步骤3，网络服务系统的后台程序将上述沿浪花带裁切的海岛礁影像以WMS形式发布 成Web服务，同时将服务的URL地址以XML文件格式传输给网络服务系统的前端程序；

步骤4，网络服务系统的前端程序根据海岛礁Web服务的URL地址，将其动态加载到 海洋大环境的基础背景数据上，实现了沿浪花带的海岛礁影像镶嵌过程，图7为海岛礁影像 镶嵌于海洋大环境的基础背景数据上的二维可视化，图8为海岛礁影像镶嵌于海洋大环境的 基础背景数据上的三维球体可视化。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟 悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明 的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。