第33卷，第11期 2013年11月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
图
刘德连，韩亮，张建奇
西安电子科技大学技术物理学院，陕西西安
710071
Vol. 33,No. 11 -pp3116-3119
November;2013
摘要海面溢油对海洋环境会生成许多有害物质，导致位于食物链底端的浮游生物大量死亡，进而危害整个海洋生态系统。高光谱遥感可以获取溢油和海水的空间分布信息和光谱分布信息，利用高光谱图像进行溢油检测具有更好的检测性能。针对高光谱图像的海面溢油检测过程中需要人工辅助的缺点，提出一种基于自适应匹配滤波的高光谱图像海面溢油自动检测方法。首先，利用场景中溢油的C一H键光谱特性，设计一种溢油参考光谱特征提取模型，获取溢油检测过程中的参考光谱。其次，依据海水、云以及溢油光谱反射特性的差异，选取海水、云和溢油差异最大的波段，分割海水像系，计算澄油检测过程中的背景参数。最后，将目标检测中经典的自适应匹配滤波方法进行适当的改进应用于溢油的检测。将该方法应用于实际墨西哥湾airhornevisibleinfrared imaging spectrometer（AVIRIS）高光谱遥感影像的海面滏油的检测，结果表明
该方法具有计算速度快，不需要人工辅助等方面的特点，可用于海面溢油的自动检测，关键词高光谱；海面；溢油检测；反射特性
中图分类号：TP751.1文献标识码：A
引言
DOI : 10. 3964/j. issn. 1000-0593 (2013)11-3116-04
理方法需要人工测试溢油参考光谱，还需对溢油、漂浮物、云以及海水等进行聚类处理，耗时较长。大连海事大学的季颖额教授在这方面取得了可喜的成果。高光谱图像的溢油检测
近年来，海面澄油污染目益严重，给海洋生态环境造成极大的威胁口。因此，如何快速检测海上溢油的发生并采取相应的处理措施成为一项呕待解决的间题。现阶段，海面溢油的检测手段主要有可见光，合成孔径雷达，高光谱和激光雷达等"」，其中高光谱具有更高的光谱分辨率，能够区分不司的溢油种类（轻油或重油），可获取溢油发生的时间等多方面的优点，受到高度关注。本世纪初，波兰格丁尼亚海事大学的Otremba等人研究了海面油膜的光谱反射特性[3.] 2005年，美国乔治梅森大学的Slam等提出一种基于手动的溢油检测方法，通过手动选取兴趣区，检测溢油。近来，美国南佛罗里达大学的Hu等提出一种利用中分辨率成像光谱影像结合合成孔径雷达图像的溢油检测方法，但仍然是种人工辅助检测的方法。2010年英国石油公司位于美国墨西哥湾的钻井平台发生溢油事故7，美国国家航空航天局下属的 airborne visible infrared imaging spectrometer (A VIRIS ) 课题组，拍摄了大量的高光谱图像，提出一种利用光谱特征生成伪彩图像的溢油检测方法"]。最近，Rand等提出一种基于自适应余弦估计的溢油检测方法，将高光谱图像目标检测方法应用于溢油检测，取得广较好的效果，但是他们的处
收稿日期：2013-05-14，修订日期：2013-07-29
只是近年来开展了一些基础性的研究工作，溢油检测方法还不完善，相应的处理过程中仍然需要人工辅助。鉴于此，本文提出一种基于自适应匹配滤波的海面溢油自动检测方法，利用溢油场景中云层、溢油以及海面的光谱特性，结合高光谱目标检测算法中的自适应匹配检测法实现海面溢油的自动检测。将本方法应用于实际AVIRIS高光谱影像的海面溢油的检测，结果表明本方法具有计算速度快，不需要人工辅助等方面的特点，可用于海面澄油的自动检测，
溢油检测概述
海面溢油的检测问题是在拍摄的高光谱数据中检测是否
存在溢油光谱，即高光谱图像的特定光谱检测间题（目标检测）。高光谱图像的目标检测在过去二十年间得到了长足的发展，取得了一系列的研究成果}。对于溢油光谱的检测可表述为
A(r) = pr(x; a/ H=oil spillpresend)
p (x; α 1 Ho = oil spill absent)
(1)
从上式可以看出，要实现溢油光谱的检测，需要澄油的参考
基金项目：国家自然科学基金项目（61301290，61007014），中央高校基本科研业务费（K5051305009)资助
作者简介：刘德连，1980年生，西安电子科技大学技术物理学院副教授
e-mail ; dlliu@ xidian, edu. cn