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海岸水边线图像分割提取算法的数学形态学改进及其区域适应性分析
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  • 英文篇名:Improved Mathematical Morphology-Based Image Segmentation Algorithm for Coastline Extraction and Its Region Adaptability Analysis
  • 作者:毕京鹏 ; 张丽 ; 王萍 ; 隋燕 ; 穆晓东 ; 王萍
  • 英文作者:BI Jing-peng;ZHANG Li;WANG Ping;SUI Yan;MU Xiao-dong;WANG Ping;College of Geosciences,Shandong University of Science and Technology;Key Laboratory of Earth Observation of Hainan Province;Institute of Remote Sensing and Digital Earth,Chinese Academy of Sciences;Hainan Institute of Environmental Sciences;
  • 关键词:Landsat ; 改进的归一化差异水体指数 ; 图像分割 ; 数学形态学 ; 海岸水边线
  • 英文关键词:Landsat;;modified normalized difference water index;;image segmentation;;morphology algorithm;;waterline(transient coastline)
  • 中文刊名:DLGT
  • 英文刊名:Geography and Geo-Information Science
  • 机构:山东科技大学测绘科学与工程学院;海南省地球观测重点实验室;中国科学院遥感与数字地球研究所;海南省环境科学研究院;
  • 出版日期:2019-01-15
  • 出版单位:地理与地理信息科学
  • 年:2019
  • 期:v.35
  • 基金:海南省重大科技计划项目(ZDKJ2016021);; 海南省重点研发计划项目(ZDYF2016183);; 海南省自然科学基金项目(20154181)
  • 语种:中文;
  • 页:DLGT201901004
  • 页数:10
  • CN:01
  • ISSN:13-1330/P
  • 分类号:26-35
摘要
海岸线变迁研究在海岸带研究中具有重要意义,提取遥感影像成像时刻的水边线(瞬时海岸水边线)是提取海岸线的关键。该文以海南省文昌市、琼海市2010年的Landsat TM5影像为数据源,研究多种图像阈值分割方法在海岸水边线提取中的最优算法及其区域适应性;采用多种数学形态学算子及其结构元素重构方法对结果进行碎斑块等噪声处理,分析比较在典型区域上的表现力;最后从阈值选取难易程度、提取海岸水边线的精度、误差来源机理方面进行整体评价分析。结果表明:改进的归一化差异水体指数(Modified Normalized Difference Water Index,MNDWI)在海岸水边线提取中显示了明显的优势,主要表现在较好的海陆对比度差异、较少的噪声影响以及在复杂环境下的区域普适性等方面;采用3×3结构元素的数学形态学开运算进行后处理,在保证海岸水边线位置精度的基础上,可对近海鱼塘、山体阴影以及反射特性比较弱的植被等造成的误提碎斑块进行合理去除;河口及淤泥质岸线、人工养殖区及生物质岸线处是图像阈值分割法岸线提取的主要偏差来源区域。
        Coastline transition study is of great importance in coastal zone research.Extracting the waterlines(transient coastlines,the boundary between the sea and the land at certain time in an image)using remote sensing images is the key for extracting coastlines.Based on the Landsat TM5 image of 2010 in Wenchang and Qionghai City,Hainan Province,we have studied and compared the optimal algorithms for waterline extraction by using various image threshold segmentation methods.The mathematical morphology operator and structural element reconstruction methods were used to deal with the noises such as irrelevant patches.The waterlines extracted by different algorithms in typical areas are compared.The accuracy of the extracted waterlines was evaluated and discussed in the aspects of optimal threshold selection,waterlines position offset errors and causation of deviation errors.The results suggested that the MNDWI(modified normalized difference water index)algorithm has distinct advantages in waterline extraction,especially in providing better sea and land contrast,less irrelevant noise effects and regional applicability in complex environment.The 3×3 window of opening operation of mathematical morphology showed better performance for post-processing to ensure the accuracy of waterline positions,especially in removing the false patches caused by fishponds,mountain shadows and vegetation with low reflectivity.The type of estuaries and silt coastlines,artificial coastlines(such as offshore aquaculture)are the main regions that cause position deviation.The study will contribute to analysis of coastline historical transitions,evaluation of coastal zone ecological and humanistic environment,and the protection of the coastal environment.
引文
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