城市黑臭水体遥感识别方法及装置的制造方法
城市黑臭水体遥感识别方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及遥感技术领域，更具体地说，设及一种城市黑臭水体遥感识别方法及 装置。
【背景技术】
[0002] 在城市繁荣的进程中，工业、农业和生活废水使得城市建成区内的河水不再清澈， 甚至颜色发黑，并散发恶臭，成为城市黑臭水体。传统的针对黑臭水体的研究主要是环境、 生态相关的研究，侧重于生化成因分析及判别，关于遥感手段监测城市黑臭水体的研究十 分少见。
[0003] 在利用遥感影像识别黑臭水体方面，目前有利用遥感图像识别"湖泛"，湖泛可W 认为是一种特殊的黑臭水体，但不属于典型的城市黑臭水体。
[0004] 发明人在实现本发明的过程中发现，目前识别湖泛的方法的通用性差，只能识别 出湖泛类黑臭水体，而不能识别城市黑臭水体。因此，如何识别城市黑臭水体成为亟待解决 的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种城市黑臭水体遥感识别方法及装置，W对城市黑臭水体 进行识别。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
[0007] -种城市黑臭水体遥感识别方法，包括：
[000引获取水面待识别点的遥感数据；
[0009] 基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱Ξ刺激值；
[0010] 基于所述光谱Ξ刺激值计算所述水面待识别点的饱和度；
[0011] 若所述饱和度小于预设阔值，确定所述水面待识别点为黑臭水体。
[0012] 上述方法，优选的，所述水面待识别点的遥感数据包括:水面遥感图像中与所述水 面待识别点对应的像元的Ξ原色值；
[0013] 所述基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱Ξ刺激值包括：
[0014] 依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将所述Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0015] 上述方法，优选的，所述水面待识别点的遥感数据包括:所述水面待识别点的各个 波段的实测遥感反射率；
[0016] 所述基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱Ξ刺激值包括：
[0017] 将所述各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率；
[0018] 依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的与Ξ原色的波段对 应的Ξ原色值；
[0019] 依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将所述Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0020] 上述方法，优选的，所述基于所述光谱Ξ刺激值计算所述水面待识别点的饱和度 包括：
[0021 ]将所述光谱Ξ刺激值转换为所述水面待识别点的第一色度坐标；
[0022] 计算所述第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标；
[0023] 确定所述第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距离，W及所述第二色 度坐标与色度图中的等能白点之间的第二距离；
[0024] 将所述第一距离与所述第二距离的比值确定为所述水面待识别点的饱和度。
[0025] 上述方法，优选的，所述计算所述第一色度坐标所表征颜色的主波长对应的第二 色度坐标包括：
[0026] 计算W色度图中的等能白点为起点，W所述第一色度坐标为终点的向量与所述色 度图中预设坐标轴的夹角；
[0027] 依据预置的角度与颜色主波长的对应关系，确定与所述夹角对应的颜色主波长；
[0028] 依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所确定的颜色主波长对应 的色度坐标。
[0029] -种城市黑臭水体遥感识别装置，包括：
[0030] 获取模块，用于获取水面待识别点的遥感数据；
[0031] 第一计算模块，用于基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱Ξ刺激值；
[0032] 第二计算模块，用于基于所述光谱Ξ刺激值计算所述水面待识别点的饱和度；
[0033] 确定模块，用于若所述饱和度小于预设阔值，确定所述水面待识别点为黑臭水体。
[0034] 上述装置，优选的，所述水面待识别点的遥感数据包括:水面遥感图像中与所述水 面待识别点对应的像元的Ξ原色值；
[0035] 所述第一计算模块包括：
[0036] 第一转换单元，用于依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系，将所述Ξ原色值转换 为光谱Ξ刺激值。
[0037] 上述装置，优选的，所述水面待识别点的遥感数据包括:所述水面待识别点的各个 波段的实测遥感反射率；
[0038] 所述第一计算模块包括：
[0039] 第二转换单元，用于将所述各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射 率.
[0040] 获取单元，用于依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的与 Ξ原色的波段对应的Ξ原色值；
[0041] 第Ξ转换单元，用于依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将所述Ξ原色值转换为 光谱Ξ刺激值。
[0042] 上述装置，优选的，所述第二计算模块包括：
[0043] 第四转换单元，用于将所述光谱Ξ刺激值转换为所述水面待识别点的第一色度坐 标；
[0044] 计算单元，用于计算所述第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标；
[0045] 第一确定单元，用于确定所述第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距 离，W及所述第二色度坐标与色度图中的等能白点之间的第二距离；
[0046] 第二确定单元，用于将所述第一距离与所述第二距离的比值确定为所述水面待识 别点的饱和度。
[0047] 上述装置，优选的，所述计算单元包括：
[0048] 计算子单元，用于计算W色度图中的等能白点为起点，W所述第一色度坐标为终 点的向量与所述色度图中预设坐标轴的夹角；
[0049] 第一确定子单元，用于依据预置的角度与颜色主波长的对应关系，确定与所述夹 角对应的颜色主波长；
[0050] 第二确定子单元，用于依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所 确定的颜色主波长对应的色度坐标。
[0051] 通过W上方案可知，本申请提供的一种城市黑臭水体遥感识别方法及装置，获取 水面待识别点的遥感数据;基于所获取的遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值;基 于光谱Ξ刺激值计算水面待识别点的饱和度;若饱和度小于预设阔值，确定水面待识别点 为黑臭水体。可见，本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法及装置，基于遥感数据 计算饱和度，基于饱和度对水体是否是黑臭水体进行识别，从本质上掲示了城市内黑臭水 体与其它水体的不同，实现了城市黑臭水体的识别，填补了城市黑臭水体遥感识别方法的 空白。
【附图说明】
[0052] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据运些附图获得其他的附图。
[0053] 图1为本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法的一种实现流程图；
[0054] 图2为本发明实施例提供的基于光谱Ξ刺激值计算水面待识别点的饱和度的一种 实现流程图；
[0055] 图3为国际照明委员会制定的CIE1931色度图的示意图；
[0056] 图4为本发明实施例提供的计算第一色度坐标所表征颜色的主波长对应的第二色 度坐标的一种实现流程图.
[0057] 图5为本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别装置的一种结构示意图；
[0058] 图6为本发明实施例提供的第一计算模块的一种结构示意图；
[0059] 图7为本发明实施例提供的第一计算模块的另一种结构示意图；
[0060] 图8为本发明实施例提供的第二计算模块的一种结构示意图；
[0061 ]图9为本发明实施例提供的计算单元的一种结构示意图。
[0062] 说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第二"、"第"第四"等(如果 存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解运样使用 的数据在适当情况下可W互换，W便运里描述的本申请的实施例能够W除了在运里图示的 W外的顺序实施。
【具体实施方式】
[0063] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0064] 请参阅图1，图1为本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法的一种实现流 程图，可W包括：
[0065] 步骤S11:获取水面待识别点的遥感数据；
[0066] 水面待识别点是指城市建成区内待识别水域的任意一点，水面待识别点的遥感数 据可W是待识别水域的遥感图像中与该待识别点对应的像元的Ξ原色（即红色、绿色和蓝 色)值(如，Ξ原色的反射率），也可W是该待识别点的各个波段的实测遥感反射率。
[0067] 步骤S12:基于所获取的遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值；
[006引为了对颜色进行准确的数字化表示，国际照明委员会（The Commi SS ion Internationale de L'E~clairage，CIE)发展了一套标准颜色系统CIE-XYZ颜色系统。CIE-XYZ系统中选择了 Ξ个理想的原色[X]、[門、[Z]代替了 CIE-RGB系统中的Ξ个原色红[R]、绿 [G]、蓝[B]，使得色度系统中光谱的Ξ刺激值XYZ全为正值，并且X、Z两原色只代表色度，没 有亮度，光亮度只与Ξ刺激值Y成比。
[0069] 步骤S13:基于光谱Ξ刺激值计算水面待识别点的饱和度；
[0070] 步骤S14:若饱和度小于预设阔值，确定水面待识别点为黑臭水体。
[0071] 其中，预设阔值可W根据实测数据的经验来确定。例如，通过在沈阳某黑臭水体实 地测量，确定与该区域对应的预设阔值为0.1。当然，在换了新的研究区域后，运个阔值可能 会有所变化。
[0072] 本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法，获取水面待识别点的遥感数 据;基于所获取的遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值;基于光谱Ξ刺激值计算水 面待识别点的饱和度;若饱和度小于预设阔值，确定水面待识别点为黑臭水体。可见，本发 明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法，基于遥感数据计算饱和度，基于饱和度对水 体是否是黑臭水体进行识别，从本质上掲示了城市黑臭水体与其它水体的不同，实现了城 市黑臭水体的识别，填补了城市黑臭水体遥感识别方法的空白。
[0073] 可选的，若水面待识别点的遥感数据为水面遥感图像中与水面待识别点对应的像 元的Ξ原色值，则基于遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值的实现方式可W为：
[0074] 依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[00巧]CIE定义的CIE-RGB与CIE-XYZ的关系公式如下所示：
[0076] X = 2.7689R+1.7517G+1.1302B
[0077] Υ= 1. OOOOR+4.5907G+0.0601B (1)
[007引 Z = 0.0000R+0.0565G+5.59：MB
[0079] 本发明实施例中，可W依据公式(1)将Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0080] 可选的，若水面待识别点的遥感数据为水面待识别点的各个波段的实测遥感反射 率;则基于遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值的实现方式可W为：
[0081 ]将各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率；
[0082]可选的，可W通过如下公式对实测遥感反射率进行转换：
[008；3]
(2)
[0084] 其中，Req为卫星波段等效测量反射率，RrsW为实测遥感反射率，fsRF(A)为卫星波 段光谱响应函数。
[0085] 依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的与Ξ原色的波段对 应的Ξ原色值;与Ξ原色的波段对应的Ξ原色值即为与Ξ原色的波段对应的等效反射率。
[0086] 不同的波段对应不同的反射率。因此，根据Ξ原色的波长，W及波长与反射率的对 应关系，可W确定Ξ原色的反射率，本发明实施例中，将Ξ原色的反射率作为Ξ原色值。
[0087] 依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将Ξ原色的灰度值转换为光谱Ξ刺激值。
[0088] 本发明实施例中，可W依据公式(1)将Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0089] 可选的，本发明实施例提供的基于光谱Ξ刺激值计算水面待识别点的饱和度的一 种实现流程图如图2所示，可W包括：
[0090] 步骤S21:将光谱Ξ刺激值转换为水面待识别点的第一色度坐标；
[0091] CIE-XYZ系统中的Ξ刺激值对定义颜色十分有用，却不易目视其结果。为此，CIE于 1931年规定了二维色度图，用来在二维图上描绘出颜色，但其中的颜色与亮度无关，色度图 上二维坐标X和y是从Ξ刺激值XYZ计算得来的色度坐标，计算公式如下所示：
[OOW]
(3)
[0093] 由于x+y+z = l，用x，y两个值就可W确定一个颜色，因此可W用CIE-xy色度图（图 3)表示可见光范围内的所有颜色，每种颜色都对应一个色度坐标(x，y)，均落在马蹄形的光 谱轨迹包围的范围内。图中S称作等能白光点，其色度坐标为(0.3333，0.3333)，表示Ξ种原 色等量混合;C点是一个颜色色度坐标点，坐标为(x，y)，SC的延长线交光谱轨迹（即单色轨 迹)于D点，D点光谱色的波长就是C点颜色的主波长。颜色主波长是颜色量化的重要指标，它 将可见光颜色从38化m到70化mWl纳米间隔来表示，能够W具体的波长形式表示一种颜色 的色调。
[0094] 步骤S22:计算第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标；
[00M]若第一色度坐标为图3中C点坐标，则第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色 度坐标即为D点坐标。
[0096] 步骤S23:确定第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距离，W及第二色 度坐标与色度图中的等能白点之间的第二距离；
[0097] 步骤S24:将第一距离与第二距离的比值确定为水面待识别点的饱和度。
[009引 W图3所示为例，C点的饱和度为C点到S点的距离SC与D点到S点的距离SD的比值 SC/SDo
[0099]可选的，本发明实施例提供的计算第一色度坐标所表征颜色的主波长对应的第二 色度坐标的一种实现流程图如图4所示，可W包括：
[0100] 步骤S41:计算w色度图中的等能白点为起点，w第一色度坐标为终点的向量与色 度图中预设坐标轴的夹角；
[0101] 为便于描述，如图3所示，在色度图中建立一个新的直角坐标系o'x'y'，其中，坐标 系原点0'位于色度图中的等能白点S，x'轴与色度图y轴平行且方向一致，y'轴与色度图中X 轴平行且方向一致，X'轴与y'轴垂直交于0'点将色度图分成四个象限。
[0102] 将色度图外围线（即光谱轨迹)的每一个纳米波长的色度坐标(x，y)转换成新坐标 系下的坐标(X '，y '），转换公式为：
[0103] x'=y-0.3333
[0104] y'=x-0.3333
[0105] (4)
[0106] 在o'x'y'坐标系中，假设向量(x'，y'）与X'正轴夹角为α，则夹角α计算公式为:α = ARCTAN2(y',X')=ARCTAN2(χ-〇.3333,y-〇.3333) (4)
[0107] 其中，ARCTAN2函数表示双变量反正切函数，双变量正切函数的值域为（-180°， 180°)，即向量^'，7'）从义'负轴逆时针旋转经过义'正轴再到义'负轴的过程，反正切函数从-180° 变化到-180°。
[010引由于o'x'y'坐标系中的X'轴与色度图中的y轴平行，因此，向量(x'，y'）与X'正轴 夹角等于向量(X'，y'）与色度图中的y轴的夹角。
[0109] 经过坐标转换后，ARCTAN2函数可W使α角随着颜色主波长递增，即从380nm到 700nm对应的α角逐渐增大，运样，可W建立一个从380nm到700nm对应的递增顺序的α角度查 找表，即角度与颜色主波长的对应关系表。
[0110] 本发明实施例中，还将CIE-xy色度图的光谱轨迹中各波长光谱色度坐标建立一个 从380nm到700nm波长对应光谱色度坐标的查找表，即颜色主波长与色度坐标的对应关系 表。
[0111] 步骤S42:依据预置的角度与颜色主波长的对应关系，确定与所确定夹角对应的颜 色主波长；
[0112] 具体的，若预置的角度与颜色主波长的对应关系中不存在所确定的夹角值，则选 择与所确定的夹角最近的角度对应的颜色主波长为 与所确定的夹角对应的颜色主波长。例 如，假设所确定的夹角α为6度，而预置的角度与颜色主波长的对应关系中，558nm对应的是 5.51度。559nm对应的是7.01度，而6度离5.51度更近，因此确定与所确定夹角对应的颜色主 波长是558nm。
[0113] 步骤S43:依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所确定的颜色主 波长对应的色度坐标。
[0114] 与方法实施例相对应，本发明实施例还提供一种城市黑臭水体遥感识别装置，本 发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别装置的一种结构示意图如图5所示，可W包括：
[0115] 获取模块51，第一计算模块52，第二计算模块53和确定模块54;其中，
[0116] 获取模块51用于获取水面待识别点的遥感数据；
[0117] 水面待识别点是指待识别水域的任意一点，水面待识别点的遥感数据可W是待识 别水域的遥感图像中与该待识别点对应的像元的Ξ原色（即红色、绿色和蓝色)值，也可W 是该待识别点的各个波段的实测遥感反射率。
[0118] 第一计算模块52用于基于遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值；
[0119] 为了对颜色进行准确的数字化表示，国际照明委员会（The Commission Internationale de L'E~clairage，CIE)发展了一套标准颜色系统CIE-XYZ颜色系统。CIE-XYZ系统中选择了 Ξ个理想的原色[X]、[門、[Z]代替了 CIE-RGB系统中的Ξ个原色红[R]、绿 [G]、蓝[B]，使得色度系统中光谱的Ξ刺激值XYZ全为正值，并且X、Z两原色只代表色度，没 有亮度，光亮度只与Ξ刺激值Y成比。
[0120] 第二计算模块53用于基于光谱Ξ刺激值计算水面待识别点的饱和度；
[0121] 确定模块54用于若饱和度小于预设阔值，确定水面待识别点为黑臭水体。
[0122] 其中，预设阔值可W根据实测数据的经验来确定。例如，通过在沈阳某黑臭水体实 地测量，确定与该区域对应的预设阔值为0.1。当然，在换了新的研究区域后，运个阔值可能 会有所变化。
[0123] 本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别装置，获取水面待识别点的遥感数 据;基于所获取的遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值;基于光谱Ξ刺激值计算水 面待识别点的饱和度;若饱和度小于预设阔值，确定水面待识别点为黑臭水体。可见，本发 明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别装置，基于遥感数据计算饱和度，基于饱和度对水 体是否是黑臭水体进行识别，从本质上掲示了城市内黑臭水体与其它水体的不同，实现了 城市黑臭水体的识别，填补了城市黑臭水体遥感识别方法的空白。
[0124] 可选的，本发明实施例提供的第一计算模块52的一种结构示意图如图6所示，可W 包括：
[0125] 第一转换单元61，用于若水面待识别点的遥感数据为水面遥感图像中与水面待识 别点对应的像元的Ξ原色值，依据Ξ原色值(具体为灰度值）与Ξ刺激值的转换关系，将Ξ 原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[01%]可W依据公式（1)将Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0127] 可选的，本发明实施例提供的第一计算模块52的另一种结构示意图如图7所示，可 W包括：
[0128] 第二转换模块71，用于若水面待识别点的遥感数据为水面待识别点的各个波段的 实测遥感反射率，将各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率；
[0129] 可W依据公式(2)将各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率。
[0130] 获取模块72,用于依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的 与Ξ原色的波段对应的Ξ原色值;与Ξ原色的波段对应的Ξ原色值即为与Ξ原色的波段对 应的等效反射率。
[0131] 不同的波段对应不同的反射率。因此，根据Ξ原色的波长，W及波长与反射率的对 应关系，可W确定Ξ原色的反射率，本发明实施例中，将Ξ原色的反射率作为Ξ原色值。
[0132] 第Ξ转换模块73,用于依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将Ξ原色的灰度值转 换为光谱Ξ刺激值。
[0133] 可W依据公式（1)将Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0134] 可选的，本发明实施例提供的第二计算模块53的一种结构示意图如图8所示，可W 包括：
[0135] 第四转换单元81，计算单元82,第一确定单元83和第二确定单元84;其中，
[0136] 第四转换单元81用于将光谱Ξ刺激值转换为水面待识别点的第一色度坐标；
[0137] CIE-XYZ系统中的Ξ刺激值对定义颜色十分有用，却不易目视其结果。为此，CIE于 1931年规定了二维色度图，用来在二维图上描绘出颜色，但其中的颜色与亮度无关，色度图 上二维坐标X和y是从S刺激值ΧΥΖ计算得来的色度坐标，计算公式如下所示：
[0138]
(3)
[0139] 由于x+y+z = l，用x，y两个值就可W确定一个颜色，因此可W用CIE-xy色度图（图 3)表示可见光范围内的所有颜色，每种颜色都对应一个色度坐标(x，y)，均落在马蹄形的光 谱轨迹包围的范围内。图中S称作等能白光点，其色度坐标为(0.3333,0.3333)，表示Ξ种原 色等量混合;C点是一个颜色色度坐标点，坐标为(x，y)，SC的延长线交光谱轨迹（即单色轨 迹)于D点，D点光谱色的波长就是C点颜色的主波长。颜色主波长是颜色量化的重要指标，它 将可见光颜色从38化m到70化mWl纳米间隔来表示，能够W具体的波长形式表示一种颜色 的色调。
[0140] 计算单元82用于计算第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标；
[0141] 若第一色度坐标为图3中C点坐标，则第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色 度坐标即为D点坐标。
[0142] 第一确定单元83用于确定第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距离， W及第二色度坐标与色度图中的等能白点之间的第二距离；
[0143] 第二确定单元84用于将第一距离与第二距离的比值确定为水面待识别点的饱和 度。
[0144] W图3所示为例，C点的饱和度为C点到S点的距离SC与D点到S点的距离SD的比值 SC/SDo
[0145] 可选的，本发明实施例提供的计算单元82的一种结构示意图如图9所示，可W包 括：
[0146] 计算子单元91，第一确定子单元92和第二确定子单元93;其中，
[0147] 计算子单元91用于计算W色度图中的等能白点为起点，W第一色度坐标为终点的 向量与色度图中预设坐标轴的夹角；
[0148] 为便于描述，如图3所示，在色度图中建立一个新的直角坐标系o'x'y'，其中，坐标 系原点0'位于色度图中的等能白点S，x'轴与色度图y轴平行且方向一致，y'轴与色度图中X 轴平行且方向一致，X'轴与y'轴垂直交于0'点将色度图分成四个象限。
[0149] 将色度图外围线（即光谱轨迹)的每一个纳米波长的色度坐标(x，y)转换成新坐标 系下的坐标(X '，y '），转换公式为：
[0150] x'=7-0.3333
[0151] y'=x-0.3333
[0152] (4)
[0153] 在o'x'y'坐标系中，假设向量(x'，y'）与X'正轴夹角为α，则夹角α计算公式为:α = ARCTAN2(y',X')=ARCTAN2(χ-〇.3333,y-〇.3333) (4)
[0154] 其中，ARCTAN2函数表示双变量反正切函数，双变量正切函数的值域为（-180°， 180°)，即向量^'，7'）从义'负轴逆时针旋转经过义'正轴再到义'负轴的过程，反正切函数从-180° 变化到-180°。
[01W]由于o'x'y'坐标系中的X'轴与色度图中的y轴平行，因此，向量(x'，y'）与X'正轴 夹角等于向量(X'，y'）与色度图中的y轴的夹角。
[0156] 经过坐标转换后，ARCTAN2函数可W使α角随着颜色主波长递增，即从380nm到 700nm对应的α角逐渐增大，运样，可W建立一个从380nm到700nm对应的递增顺序的α角度查 找表，即角度与颜色主波长的对应关系表。
[0157] 本发明实施例中，还将CIE-xy色度图的光谱轨迹中各波长光谱色度坐标建立一个 从380nm到700nm波长对应光谱色度坐标的查找表，即颜色主波长与色度坐标的对应关系 表。
[0158] 第一确定子单元92用于依据预置的角度与颜色主波长的对应 关系，确定与夹角对 应的颜色主波长；
[0159] 具体的，若预置的角度与颜色主波长的对应关系中不存在所确定的夹角值，则选 择与所确定的夹角最近的角度对应的颜色主波长为与所确定的夹角对应的颜色主波长。例 如，假设所确定的夹角α为6度，而预置的角度与颜色主波长的对应关系中，558nm对应的是 5.51度。559nm对应的是7.01度，而6度离5.51度更近，因此确定与所确定夹角对应的颜色主 波长是558nm。
[0160] 第二确定子单元93用于依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所 确定的颜色主波长对应的色度坐标。
[0161] 本领域普通技术人员可W意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单 元及算法步骤，能够W电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。运些功能究竟 W硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员 可W对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是运种实现不应认为超出 本发明的范围。
[0162] 所属领域的技术人员可W清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统 (若存在）、装置和单元的具体工作过程，可W参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再 寶述。
[0163] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所掲露的系统(若存在）、装置和方 法，可W通过其它的方式实现。例如，W上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述 单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可W有另外的划分方式，例如多个单元 或组件可W结合或者可W集成到另一个系统，或一些特征可W忽略，或不执行。另一点，所 显示或讨论的相互之间的禪合或直接禪合或通信连接可W是通过一些接口，装置或单元的 间接禪合或通信连接，可W是电性，机械或其它的形式。
[0164] 所述作为分离部件说明的单元可W是或者也可W不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可W是或者也可W不是物理单元，即可W位于一个地方，或者也可W分布到多个 网络单元上。可W根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目 的。
[0165] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可W集成在一个处理单元中，也可W 是各个单元单独物理存在，也可W两个或两个W上单元集成在一个单元中。
[0166] 所述功能如果W软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可W 存储在一个计算机可读取存储介质中。基于运样的理解，本发明的技术方案本质上或者说 对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可软件产品的形式体现出来，该计 算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用W使得一台计算机设备(可W是个 人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。 而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memo巧）、随机存取存 储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可W存储程序代码的介质。
[0167] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对运些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可W在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的运些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种城市黑臭水体遥感识别方法，其特征在于，包括： 获取水面待识别点的遥感数据； 基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱三刺激值； 基于所述光谱三刺激值计算所述水面待识别点的饱和度； 若所述饱和度小于预设阈值，确定所述水面待识别点为黑臭水体。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水面待识别点的遥感数据包括:水面 遥感图像中与所述水面待识别点对应的像元的三原色值； 所述基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱三刺激值包括： 依据三原色值与三刺激值的转换关系将所述三原色值转换为光谱三刺激值。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水面待识别点的遥感数据包括:所述 水面待识别点的各个波段的实测遥感反射率； 所述基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱三刺激值包括： 将所述各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率； 依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的与三原色的波段对应的 三原色值； 依据三原色值与三刺激值的转换关系将所述三原色值转换为光谱三刺激值。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述光谱三刺激值计算所述水面 待识别点的饱和度包括： 将所述光谱三刺激值转换为所述水面待识别点的第一色度坐标； 计算所述第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标； 确定所述第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距离，以及所述第二色度坐 标与色度图中的等能白点之间的第二距离； 将所述第一距离与所述第二距离的比值确定为所述水面待识别点的饱和度。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算所述第一色度坐标所表征颜色的 主波长对应的第二色度坐标包括： 计算以色度图中的等能白点为起点，以所述第一色度坐标为终点的向量与所述色度图 中预设坐标轴的夹角； 依据预置的角度与颜色主波长的对应关系，确定与所述夹角对应的颜色主波长； 依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所确定的颜色主波长对应的色 度坐标。6. -种城市黑臭水体遥感识别装置，其特征在于，包括： 获取模块，用于获取水面待识别点的遥感数据； 第一计算模块，用于基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱三刺激值； 第二计算模块，用于基于所述光谱三刺激值计算所述水面待识别点的饱和度； 确定模块，用于若所述饱和度小于预设阈值，确定所述水面待识别点为黑臭水体。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述水面待识别点的遥感数据包括:水面 遥感图像中与所述水面待识别点对应的像元的三原色值； 所述第一计算模块包括： 第一转换单元，用于依据三原色值与三刺激值的转换关系，将所述三原色值转换为光 谱三刺激值。8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述水面待识别点的遥感数据包括:所述 水面待识别点的各个波段的实测遥感反射率； 所述第一计算模块包括： 第二转换单元，用于将所述各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率； 获取单元，用于依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的与三原 色的波段对应的三原色值； 第三转换单元，用于依据三原色值与三刺激值的转换关系将所述三原色值转换为光谱 三刺激值。9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块包括： 第四转换单元，用于将所述光谱三刺激值转换为所述水面待识别点的第一色度坐标； 计算单元，用于计算所述第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标； 第一确定单元，用于确定所述第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距离， 以及所述第二色度坐标与色度图中的等能白点之间的第二距离； 第二确定单元，用于将所述第一距离与所述第二距离的比值确定为所述水面待识别点 的饱和度。10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述计算单元包括： 计算子单元，用于计算以色度图中的等能白点为起点，以所述第一色度坐标为终点的 向量与所述色度图中预设坐标轴的夹角； 第一确定子单元，用于依据预置的角度与颜色主波长的对应关系，确定与所述夹角对 应的颜色主波长； 第二确定子单元，用于依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所确定 的颜色主波长对应的色度坐标。
【专利摘要】本发明实施例公开了一种城市黑臭水体遥感识别方法及装置，获取水面待识别点的遥感数据；基于所获取的遥感数据计算水面待识别点的光谱三刺激值；基于光谱三刺激值计算水面待识别点的饱和度；若饱和度小于预设阈值，确定水面待识别点为黑臭水体。可见，本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法及装置，基于遥感数据计算饱和度，基于饱和度对水体是否是黑臭水体进行识别，从本质上揭示了城市内黑臭水体与其它水体的不同，实现了城市黑臭水体的识别，填补了城市黑臭水体遥感识别方法的空白。
【IPC分类】G06T7/40, G06K9/00
【公开号】CN105488488
【申请号】CN201510917811
【发明人】张兵, 申茜, 朱利, 李俊生, 张方方, 曹红业
【申请人】中国科学院遥感与数字地球研究所, 环境保护部卫星环境应用中心
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月10日
【技术领域】
[0001] 本发明设及遥感技术领域，更具体地说，设及一种城市黑臭水体遥感识别方法及 装置。
【背景技术】
[0002] 在城市繁荣的进程中，工业、农业和生活废水使得城市建成区内的河水不再清澈， 甚至颜色发黑，并散发恶臭，成为城市黑臭水体。传统的针对黑臭水体的研究主要是环境、 生态相关的研究，侧重于生化成因分析及判别，关于遥感手段监测城市黑臭水体的研究十 分少见。
[0003] 在利用遥感影像识别黑臭水体方面，目前有利用遥感图像识别"湖泛"，湖泛可W 认为是一种特殊的黑臭水体，但不属于典型的城市黑臭水体。
[0004] 发明人在实现本发明的过程中发现，目前识别湖泛的方法的通用性差，只能识别 出湖泛类黑臭水体，而不能识别城市黑臭水体。因此，如何识别城市黑臭水体成为亟待解决 的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种城市黑臭水体遥感识别方法及装置，W对城市黑臭水体 进行识别。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
[0007] -种城市黑臭水体遥感识别方法，包括：
[000引获取水面待识别点的遥感数据；
[0009] 基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱Ξ刺激值；
[0010] 基于所述光谱Ξ刺激值计算所述水面待识别点的饱和度；
[0011] 若所述饱和度小于预设阔值，确定所述水面待识别点为黑臭水体。
[0012] 上述方法，优选的，所述水面待识别点的遥感数据包括:水面遥感图像中与所述水 面待识别点对应的像元的Ξ原色值；
[0013] 所述基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱Ξ刺激值包括：
[0014] 依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将所述Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0015] 上述方法，优选的，所述水面待识别点的遥感数据包括:所述水面待识别点的各个 波段的实测遥感反射率；
[0016] 所述基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱Ξ刺激值包括：
[0017] 将所述各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率；
[0018] 依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的与Ξ原色的波段对 应的Ξ原色值；
[0019] 依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将所述Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0020] 上述方法，优选的，所述基于所述光谱Ξ刺激值计算所述水面待识别点的饱和度 包括：
[0021 ]将所述光谱Ξ刺激值转换为所述水面待识别点的第一色度坐标；
[0022] 计算所述第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标；
[0023] 确定所述第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距离，W及所述第二色 度坐标与色度图中的等能白点之间的第二距离；
[0024] 将所述第一距离与所述第二距离的比值确定为所述水面待识别点的饱和度。
[0025] 上述方法，优选的，所述计算所述第一色度坐标所表征颜色的主波长对应的第二 色度坐标包括：
[0026] 计算W色度图中的等能白点为起点，W所述第一色度坐标为终点的向量与所述色 度图中预设坐标轴的夹角；
[0027] 依据预置的角度与颜色主波长的对应关系，确定与所述夹角对应的颜色主波长；
[0028] 依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所确定的颜色主波长对应 的色度坐标。
[0029] -种城市黑臭水体遥感识别装置，包括：
[0030] 获取模块，用于获取水面待识别点的遥感数据；
[0031] 第一计算模块，用于基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱Ξ刺激值；
[0032] 第二计算模块，用于基于所述光谱Ξ刺激值计算所述水面待识别点的饱和度；
[0033] 确定模块，用于若所述饱和度小于预设阔值，确定所述水面待识别点为黑臭水体。
[0034] 上述装置，优选的，所述水面待识别点的遥感数据包括:水面遥感图像中与所述水 面待识别点对应的像元的Ξ原色值；
[0035] 所述第一计算模块包括：
[0036] 第一转换单元，用于依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系，将所述Ξ原色值转换 为光谱Ξ刺激值。
[0037] 上述装置，优选的，所述水面待识别点的遥感数据包括:所述水面待识别点的各个 波段的实测遥感反射率；
[0038] 所述第一计算模块包括：
[0039] 第二转换单元，用于将所述各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射 率.
[0040] 获取单元，用于依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的与 Ξ原色的波段对应的Ξ原色值；
[0041] 第Ξ转换单元，用于依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将所述Ξ原色值转换为 光谱Ξ刺激值。
[0042] 上述装置，优选的，所述第二计算模块包括：
[0043] 第四转换单元，用于将所述光谱Ξ刺激值转换为所述水面待识别点的第一色度坐 标；
[0044] 计算单元，用于计算所述第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标；
[0045] 第一确定单元，用于确定所述第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距 离，W及所述第二色度坐标与色度图中的等能白点之间的第二距离；
[0046] 第二确定单元，用于将所述第一距离与所述第二距离的比值确定为所述水面待识 别点的饱和度。
[0047] 上述装置，优选的，所述计算单元包括：
[0048] 计算子单元，用于计算W色度图中的等能白点为起点，W所述第一色度坐标为终 点的向量与所述色度图中预设坐标轴的夹角；
[0049] 第一确定子单元，用于依据预置的角度与颜色主波长的对应关系，确定与所述夹 角对应的颜色主波长；
[0050] 第二确定子单元，用于依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所 确定的颜色主波长对应的色度坐标。
[0051] 通过W上方案可知，本申请提供的一种城市黑臭水体遥感识别方法及装置，获取 水面待识别点的遥感数据;基于所获取的遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值;基 于光谱Ξ刺激值计算水面待识别点的饱和度;若饱和度小于预设阔值，确定水面待识别点 为黑臭水体。可见，本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法及装置，基于遥感数据 计算饱和度，基于饱和度对水体是否是黑臭水体进行识别，从本质上掲示了城市内黑臭水 体与其它水体的不同，实现了城市黑臭水体的识别，填补了城市黑臭水体遥感识别方法的 空白。
【附图说明】
[0052] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W 根据运些附图获得其他的附图。
[0053] 图1为本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法的一种实现流程图；
[0054] 图2为本发明实施例提供的基于光谱Ξ刺激值计算水面待识别点的饱和度的一种 实现流程图；
[0055] 图3为国际照明委员会制定的CIE1931色度图的示意图；
[0056] 图4为本发明实施例提供的计算第一色度坐标所表征颜色的主波长对应的第二色 度坐标的一种实现流程图.
[0057] 图5为本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别装置的一种结构示意图；
[0058] 图6为本发明实施例提供的第一计算模块的一种结构示意图；
[0059] 图7为本发明实施例提供的第一计算模块的另一种结构示意图；
[0060] 图8为本发明实施例提供的第二计算模块的一种结构示意图；
[0061 ]图9为本发明实施例提供的计算单元的一种结构示意图。
[0062] 说明书和权利要求书及上述附图中的术语"第一"、"第二"、"第"第四"等(如果 存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解运样使用 的数据在适当情况下可W互换，W便运里描述的本申请的实施例能够W除了在运里图示的 W外的顺序实施。
【具体实施方式】
[0063] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0064] 请参阅图1，图1为本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法的一种实现流 程图，可W包括：
[0065] 步骤S11:获取水面待识别点的遥感数据；
[0066] 水面待识别点是指城市建成区内待识别水域的任意一点，水面待识别点的遥感数 据可W是待识别水域的遥感图像中与该待识别点对应的像元的Ξ原色（即红色、绿色和蓝 色)值(如，Ξ原色的反射率），也可W是该待识别点的各个波段的实测遥感反射率。
[0067] 步骤S12:基于所获取的遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值；
[006引为了对颜色进行准确的数字化表示，国际照明委员会（The Commi SS ion Internationale de L'E~clairage，CIE)发展了一套标准颜色系统CIE-XYZ颜色系统。CIE-XYZ系统中选择了 Ξ个理想的原色[X]、[門、[Z]代替了 CIE-RGB系统中的Ξ个原色红[R]、绿 [G]、蓝[B]，使得色度系统中光谱的Ξ刺激值XYZ全为正值，并且X、Z两原色只代表色度，没 有亮度，光亮度只与Ξ刺激值Y成比。
[0069] 步骤S13:基于光谱Ξ刺激值计算水面待识别点的饱和度；
[0070] 步骤S14:若饱和度小于预设阔值，确定水面待识别点为黑臭水体。
[0071] 其中，预设阔值可W根据实测数据的经验来确定。例如，通过在沈阳某黑臭水体实 地测量，确定与该区域对应的预设阔值为0.1。当然，在换了新的研究区域后，运个阔值可能 会有所变化。
[0072] 本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法，获取水面待识别点的遥感数 据;基于所获取的遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值;基于光谱Ξ刺激值计算水 面待识别点的饱和度;若饱和度小于预设阔值，确定水面待识别点为黑臭水体。可见，本发 明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法，基于遥感数据计算饱和度，基于饱和度对水 体是否是黑臭水体进行识别，从本质上掲示了城市黑臭水体与其它水体的不同，实现了城 市黑臭水体的识别，填补了城市黑臭水体遥感识别方法的空白。
[0073] 可选的，若水面待识别点的遥感数据为水面遥感图像中与水面待识别点对应的像 元的Ξ原色值，则基于遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值的实现方式可W为：
[0074] 依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[00巧]CIE定义的CIE-RGB与CIE-XYZ的关系公式如下所示：
[0076] X = 2.7689R+1.7517G+1.1302B
[0077] Υ= 1. OOOOR+4.5907G+0.0601B (1)
[007引 Z = 0.0000R+0.0565G+5.59：MB
[0079] 本发明实施例中，可W依据公式(1)将Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0080] 可选的，若水面待识别点的遥感数据为水面待识别点的各个波段的实测遥感反射 率;则基于遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值的实现方式可W为：
[0081 ]将各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率；
[0082]可选的，可W通过如下公式对实测遥感反射率进行转换：
[008；3]
(2)
[0084] 其中，Req为卫星波段等效测量反射率，RrsW为实测遥感反射率，fsRF(A)为卫星波 段光谱响应函数。
[0085] 依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的与Ξ原色的波段对 应的Ξ原色值;与Ξ原色的波段对应的Ξ原色值即为与Ξ原色的波段对应的等效反射率。
[0086] 不同的波段对应不同的反射率。因此，根据Ξ原色的波长，W及波长与反射率的对 应关系，可W确定Ξ原色的反射率，本发明实施例中，将Ξ原色的反射率作为Ξ原色值。
[0087] 依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将Ξ原色的灰度值转换为光谱Ξ刺激值。
[0088] 本发明实施例中，可W依据公式(1)将Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0089] 可选的，本发明实施例提供的基于光谱Ξ刺激值计算水面待识别点的饱和度的一 种实现流程图如图2所示，可W包括：
[0090] 步骤S21:将光谱Ξ刺激值转换为水面待识别点的第一色度坐标；
[0091] CIE-XYZ系统中的Ξ刺激值对定义颜色十分有用，却不易目视其结果。为此，CIE于 1931年规定了二维色度图，用来在二维图上描绘出颜色，但其中的颜色与亮度无关，色度图 上二维坐标X和y是从Ξ刺激值XYZ计算得来的色度坐标，计算公式如下所示：
[OOW]
(3)
[0093] 由于x+y+z = l，用x，y两个值就可W确定一个颜色，因此可W用CIE-xy色度图（图 3)表示可见光范围内的所有颜色，每种颜色都对应一个色度坐标(x，y)，均落在马蹄形的光 谱轨迹包围的范围内。图中S称作等能白光点，其色度坐标为(0.3333，0.3333)，表示Ξ种原 色等量混合;C点是一个颜色色度坐标点，坐标为(x，y)，SC的延长线交光谱轨迹（即单色轨 迹)于D点，D点光谱色的波长就是C点颜色的主波长。颜色主波长是颜色量化的重要指标，它 将可见光颜色从38化m到70化mWl纳米间隔来表示，能够W具体的波长形式表示一种颜色 的色调。
[0094] 步骤S22:计算第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标；
[00M]若第一色度坐标为图3中C点坐标，则第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色 度坐标即为D点坐标。
[0096] 步骤S23:确定第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距离，W及第二色 度坐标与色度图中的等能白点之间的第二距离；
[0097] 步骤S24:将第一距离与第二距离的比值确定为水面待识别点的饱和度。
[009引 W图3所示为例，C点的饱和度为C点到S点的距离SC与D点到S点的距离SD的比值 SC/SDo
[0099]可选的，本发明实施例提供的计算第一色度坐标所表征颜色的主波长对应的第二 色度坐标的一种实现流程图如图4所示，可W包括：
[0100] 步骤S41:计算w色度图中的等能白点为起点，w第一色度坐标为终点的向量与色 度图中预设坐标轴的夹角；
[0101] 为便于描述，如图3所示，在色度图中建立一个新的直角坐标系o'x'y'，其中，坐标 系原点0'位于色度图中的等能白点S，x'轴与色度图y轴平行且方向一致，y'轴与色度图中X 轴平行且方向一致，X'轴与y'轴垂直交于0'点将色度图分成四个象限。
[0102] 将色度图外围线（即光谱轨迹)的每一个纳米波长的色度坐标(x，y)转换成新坐标 系下的坐标(X '，y '），转换公式为：
[0103] x'=y-0.3333
[0104] y'=x-0.3333
[0105] (4)
[0106] 在o'x'y'坐标系中，假设向量(x'，y'）与X'正轴夹角为α，则夹角α计算公式为:α = ARCTAN2(y',X')=ARCTAN2(χ-〇.3333,y-〇.3333) (4)
[0107] 其中，ARCTAN2函数表示双变量反正切函数，双变量正切函数的值域为（-180°， 180°)，即向量^'，7'）从义'负轴逆时针旋转经过义'正轴再到义'负轴的过程，反正切函数从-180° 变化到-180°。
[010引由于o'x'y'坐标系中的X'轴与色度图中的y轴平行，因此，向量(x'，y'）与X'正轴 夹角等于向量(X'，y'）与色度图中的y轴的夹角。
[0109] 经过坐标转换后，ARCTAN2函数可W使α角随着颜色主波长递增，即从380nm到 700nm对应的α角逐渐增大，运样，可W建立一个从380nm到700nm对应的递增顺序的α角度查 找表，即角度与颜色主波长的对应关系表。
[0110] 本发明实施例中，还将CIE-xy色度图的光谱轨迹中各波长光谱色度坐标建立一个 从380nm到700nm波长对应光谱色度坐标的查找表，即颜色主波长与色度坐标的对应关系 表。
[0111] 步骤S42:依据预置的角度与颜色主波长的对应关系，确定与所确定夹角对应的颜 色主波长；
[0112] 具体的，若预置的角度与颜色主波长的对应关系中不存在所确定的夹角值，则选 择与所确定的夹角最近的角度对应的颜色主波长为 与所确定的夹角对应的颜色主波长。例 如，假设所确定的夹角α为6度，而预置的角度与颜色主波长的对应关系中，558nm对应的是 5.51度。559nm对应的是7.01度，而6度离5.51度更近，因此确定与所确定夹角对应的颜色主 波长是558nm。
[0113] 步骤S43:依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所确定的颜色主 波长对应的色度坐标。
[0114] 与方法实施例相对应，本发明实施例还提供一种城市黑臭水体遥感识别装置，本 发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别装置的一种结构示意图如图5所示，可W包括：
[0115] 获取模块51，第一计算模块52，第二计算模块53和确定模块54;其中，
[0116] 获取模块51用于获取水面待识别点的遥感数据；
[0117] 水面待识别点是指待识别水域的任意一点，水面待识别点的遥感数据可W是待识 别水域的遥感图像中与该待识别点对应的像元的Ξ原色（即红色、绿色和蓝色)值，也可W 是该待识别点的各个波段的实测遥感反射率。
[0118] 第一计算模块52用于基于遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值；
[0119] 为了对颜色进行准确的数字化表示，国际照明委员会（The Commission Internationale de L'E~clairage，CIE)发展了一套标准颜色系统CIE-XYZ颜色系统。CIE-XYZ系统中选择了 Ξ个理想的原色[X]、[門、[Z]代替了 CIE-RGB系统中的Ξ个原色红[R]、绿 [G]、蓝[B]，使得色度系统中光谱的Ξ刺激值XYZ全为正值，并且X、Z两原色只代表色度，没 有亮度，光亮度只与Ξ刺激值Y成比。
[0120] 第二计算模块53用于基于光谱Ξ刺激值计算水面待识别点的饱和度；
[0121] 确定模块54用于若饱和度小于预设阔值，确定水面待识别点为黑臭水体。
[0122] 其中，预设阔值可W根据实测数据的经验来确定。例如，通过在沈阳某黑臭水体实 地测量，确定与该区域对应的预设阔值为0.1。当然，在换了新的研究区域后，运个阔值可能 会有所变化。
[0123] 本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别装置，获取水面待识别点的遥感数 据;基于所获取的遥感数据计算水面待识别点的光谱Ξ刺激值;基于光谱Ξ刺激值计算水 面待识别点的饱和度;若饱和度小于预设阔值，确定水面待识别点为黑臭水体。可见，本发 明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别装置，基于遥感数据计算饱和度，基于饱和度对水 体是否是黑臭水体进行识别，从本质上掲示了城市内黑臭水体与其它水体的不同，实现了 城市黑臭水体的识别，填补了城市黑臭水体遥感识别方法的空白。
[0124] 可选的，本发明实施例提供的第一计算模块52的一种结构示意图如图6所示，可W 包括：
[0125] 第一转换单元61，用于若水面待识别点的遥感数据为水面遥感图像中与水面待识 别点对应的像元的Ξ原色值，依据Ξ原色值(具体为灰度值）与Ξ刺激值的转换关系，将Ξ 原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[01%]可W依据公式（1)将Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0127] 可选的，本发明实施例提供的第一计算模块52的另一种结构示意图如图7所示，可 W包括：
[0128] 第二转换模块71，用于若水面待识别点的遥感数据为水面待识别点的各个波段的 实测遥感反射率，将各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率；
[0129] 可W依据公式(2)将各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率。
[0130] 获取模块72,用于依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的 与Ξ原色的波段对应的Ξ原色值;与Ξ原色的波段对应的Ξ原色值即为与Ξ原色的波段对 应的等效反射率。
[0131] 不同的波段对应不同的反射率。因此，根据Ξ原色的波长，W及波长与反射率的对 应关系，可W确定Ξ原色的反射率，本发明实施例中，将Ξ原色的反射率作为Ξ原色值。
[0132] 第Ξ转换模块73,用于依据Ξ原色值与Ξ刺激值的转换关系将Ξ原色的灰度值转 换为光谱Ξ刺激值。
[0133] 可W依据公式（1)将Ξ原色值转换为光谱Ξ刺激值。
[0134] 可选的，本发明实施例提供的第二计算模块53的一种结构示意图如图8所示，可W 包括：
[0135] 第四转换单元81，计算单元82,第一确定单元83和第二确定单元84;其中，
[0136] 第四转换单元81用于将光谱Ξ刺激值转换为水面待识别点的第一色度坐标；
[0137] CIE-XYZ系统中的Ξ刺激值对定义颜色十分有用，却不易目视其结果。为此，CIE于 1931年规定了二维色度图，用来在二维图上描绘出颜色，但其中的颜色与亮度无关，色度图 上二维坐标X和y是从S刺激值ΧΥΖ计算得来的色度坐标，计算公式如下所示：
[0138]
(3)
[0139] 由于x+y+z = l，用x，y两个值就可W确定一个颜色，因此可W用CIE-xy色度图（图 3)表示可见光范围内的所有颜色，每种颜色都对应一个色度坐标(x，y)，均落在马蹄形的光 谱轨迹包围的范围内。图中S称作等能白光点，其色度坐标为(0.3333,0.3333)，表示Ξ种原 色等量混合;C点是一个颜色色度坐标点，坐标为(x，y)，SC的延长线交光谱轨迹（即单色轨 迹)于D点，D点光谱色的波长就是C点颜色的主波长。颜色主波长是颜色量化的重要指标，它 将可见光颜色从38化m到70化mWl纳米间隔来表示，能够W具体的波长形式表示一种颜色 的色调。
[0140] 计算单元82用于计算第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标；
[0141] 若第一色度坐标为图3中C点坐标，则第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色 度坐标即为D点坐标。
[0142] 第一确定单元83用于确定第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距离， W及第二色度坐标与色度图中的等能白点之间的第二距离；
[0143] 第二确定单元84用于将第一距离与第二距离的比值确定为水面待识别点的饱和 度。
[0144] W图3所示为例，C点的饱和度为C点到S点的距离SC与D点到S点的距离SD的比值 SC/SDo
[0145] 可选的，本发明实施例提供的计算单元82的一种结构示意图如图9所示，可W包 括：
[0146] 计算子单元91，第一确定子单元92和第二确定子单元93;其中，
[0147] 计算子单元91用于计算W色度图中的等能白点为起点，W第一色度坐标为终点的 向量与色度图中预设坐标轴的夹角；
[0148] 为便于描述，如图3所示，在色度图中建立一个新的直角坐标系o'x'y'，其中，坐标 系原点0'位于色度图中的等能白点S，x'轴与色度图y轴平行且方向一致，y'轴与色度图中X 轴平行且方向一致，X'轴与y'轴垂直交于0'点将色度图分成四个象限。
[0149] 将色度图外围线（即光谱轨迹)的每一个纳米波长的色度坐标(x，y)转换成新坐标 系下的坐标(X '，y '），转换公式为：
[0150] x'=7-0.3333
[0151] y'=x-0.3333
[0152] (4)
[0153] 在o'x'y'坐标系中，假设向量(x'，y'）与X'正轴夹角为α，则夹角α计算公式为:α = ARCTAN2(y',X')=ARCTAN2(χ-〇.3333,y-〇.3333) (4)
[0154] 其中，ARCTAN2函数表示双变量反正切函数，双变量正切函数的值域为（-180°， 180°)，即向量^'，7'）从义'负轴逆时针旋转经过义'正轴再到义'负轴的过程，反正切函数从-180° 变化到-180°。
[01W]由于o'x'y'坐标系中的X'轴与色度图中的y轴平行，因此，向量(x'，y'）与X'正轴 夹角等于向量(X'，y'）与色度图中的y轴的夹角。
[0156] 经过坐标转换后，ARCTAN2函数可W使α角随着颜色主波长递增，即从380nm到 700nm对应的α角逐渐增大，运样，可W建立一个从380nm到700nm对应的递增顺序的α角度查 找表，即角度与颜色主波长的对应关系表。
[0157] 本发明实施例中，还将CIE-xy色度图的光谱轨迹中各波长光谱色度坐标建立一个 从380nm到700nm波长对应光谱色度坐标的查找表，即颜色主波长与色度坐标的对应关系 表。
[0158] 第一确定子单元92用于依据预置的角度与颜色主波长的对应 关系，确定与夹角对 应的颜色主波长；
[0159] 具体的，若预置的角度与颜色主波长的对应关系中不存在所确定的夹角值，则选 择与所确定的夹角最近的角度对应的颜色主波长为与所确定的夹角对应的颜色主波长。例 如，假设所确定的夹角α为6度，而预置的角度与颜色主波长的对应关系中，558nm对应的是 5.51度。559nm对应的是7.01度，而6度离5.51度更近，因此确定与所确定夹角对应的颜色主 波长是558nm。
[0160] 第二确定子单元93用于依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所 确定的颜色主波长对应的色度坐标。
[0161] 本领域普通技术人员可W意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单 元及算法步骤，能够W电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。运些功能究竟 W硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员 可W对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是运种实现不应认为超出 本发明的范围。
[0162] 所属领域的技术人员可W清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统 (若存在）、装置和单元的具体工作过程，可W参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再 寶述。
[0163] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所掲露的系统(若存在）、装置和方 法，可W通过其它的方式实现。例如，W上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述 单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可W有另外的划分方式，例如多个单元 或组件可W结合或者可W集成到另一个系统，或一些特征可W忽略，或不执行。另一点，所 显示或讨论的相互之间的禪合或直接禪合或通信连接可W是通过一些接口，装置或单元的 间接禪合或通信连接，可W是电性，机械或其它的形式。
[0164] 所述作为分离部件说明的单元可W是或者也可W不是物理上分开的，作为单元显 示的部件可W是或者也可W不是物理单元，即可W位于一个地方，或者也可W分布到多个 网络单元上。可W根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目 的。
[0165] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可W集成在一个处理单元中，也可W 是各个单元单独物理存在，也可W两个或两个W上单元集成在一个单元中。
[0166] 所述功能如果W软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可W 存储在一个计算机可读取存储介质中。基于运样的理解，本发明的技术方案本质上或者说 对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可软件产品的形式体现出来，该计 算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用W使得一台计算机设备(可W是个 人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。 而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memo巧）、随机存取存 储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可W存储程序代码的介质。
[0167] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对运些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的 一般原理可W在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明 将不会被限制于本文所示的运些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。
【主权项】
1. 一种城市黑臭水体遥感识别方法，其特征在于，包括： 获取水面待识别点的遥感数据； 基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱三刺激值； 基于所述光谱三刺激值计算所述水面待识别点的饱和度； 若所述饱和度小于预设阈值，确定所述水面待识别点为黑臭水体。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水面待识别点的遥感数据包括:水面 遥感图像中与所述水面待识别点对应的像元的三原色值； 所述基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱三刺激值包括： 依据三原色值与三刺激值的转换关系将所述三原色值转换为光谱三刺激值。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水面待识别点的遥感数据包括:所述 水面待识别点的各个波段的实测遥感反射率； 所述基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱三刺激值包括： 将所述各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率； 依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的与三原色的波段对应的 三原色值； 依据三原色值与三刺激值的转换关系将所述三原色值转换为光谱三刺激值。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述光谱三刺激值计算所述水面 待识别点的饱和度包括： 将所述光谱三刺激值转换为所述水面待识别点的第一色度坐标； 计算所述第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标； 确定所述第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距离，以及所述第二色度坐 标与色度图中的等能白点之间的第二距离； 将所述第一距离与所述第二距离的比值确定为所述水面待识别点的饱和度。5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算所述第一色度坐标所表征颜色的 主波长对应的第二色度坐标包括： 计算以色度图中的等能白点为起点，以所述第一色度坐标为终点的向量与所述色度图 中预设坐标轴的夹角； 依据预置的角度与颜色主波长的对应关系，确定与所述夹角对应的颜色主波长； 依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所确定的颜色主波长对应的色 度坐标。6. -种城市黑臭水体遥感识别装置，其特征在于，包括： 获取模块，用于获取水面待识别点的遥感数据； 第一计算模块，用于基于所述遥感数据计算所述水面待识别点的光谱三刺激值； 第二计算模块，用于基于所述光谱三刺激值计算所述水面待识别点的饱和度； 确定模块，用于若所述饱和度小于预设阈值，确定所述水面待识别点为黑臭水体。7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述水面待识别点的遥感数据包括:水面 遥感图像中与所述水面待识别点对应的像元的三原色值； 所述第一计算模块包括： 第一转换单元，用于依据三原色值与三刺激值的转换关系，将所述三原色值转换为光 谱三刺激值。8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述水面待识别点的遥感数据包括:所述 水面待识别点的各个波段的实测遥感反射率； 所述第一计算模块包括： 第二转换单元，用于将所述各个波段的实测遥感反射率转换为卫星波段等效反射率； 获取单元，用于依据等效反射率与波段的对应关系，获取所述水面待识别点的与三原 色的波段对应的三原色值； 第三转换单元，用于依据三原色值与三刺激值的转换关系将所述三原色值转换为光谱 三刺激值。9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块包括： 第四转换单元，用于将所述光谱三刺激值转换为所述水面待识别点的第一色度坐标； 计算单元，用于计算所述第一色度坐标所表征颜色的主波长的第二色度坐标； 第一确定单元，用于确定所述第一色度坐标与色度图中的等能白点之间的第一距离， 以及所述第二色度坐标与色度图中的等能白点之间的第二距离； 第二确定单元，用于将所述第一距离与所述第二距离的比值确定为所述水面待识别点 的饱和度。10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述计算单元包括： 计算子单元，用于计算以色度图中的等能白点为起点，以所述第一色度坐标为终点的 向量与所述色度图中预设坐标轴的夹角； 第一确定子单元，用于依据预置的角度与颜色主波长的对应关系，确定与所述夹角对 应的颜色主波长； 第二确定子单元，用于依据预置的颜色主波长与色度坐标的对应关系，确定与所确定 的颜色主波长对应的色度坐标。
【专利摘要】本发明实施例公开了一种城市黑臭水体遥感识别方法及装置，获取水面待识别点的遥感数据；基于所获取的遥感数据计算水面待识别点的光谱三刺激值；基于光谱三刺激值计算水面待识别点的饱和度；若饱和度小于预设阈值，确定水面待识别点为黑臭水体。可见，本发明实施例提供的城市黑臭水体遥感识别方法及装置，基于遥感数据计算饱和度，基于饱和度对水体是否是黑臭水体进行识别，从本质上揭示了城市内黑臭水体与其它水体的不同，实现了城市黑臭水体的识别，填补了城市黑臭水体遥感识别方法的空白。
【IPC分类】G06T7/40, G06K9/00
【公开号】CN105488488
【申请号】CN201510917811
【发明人】张兵, 申茜, 朱利, 李俊生, 张方方, 曹红业
【申请人】中国科学院遥感与数字地球研究所, 环境保护部卫星环境应用中心
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年12月10日
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