结合非监督分类和几何—纹理—光谱特征的高分影像道路提取

目的 目前针对复杂场景高分辨率遥感影像道路提取多采用监督分类方法,但需要人工选择样本,自动化程度低且具有不稳定性。基于像元级的方法,提取完整度低且易产生椒盐噪声;面向对象的方法易产生粘连问题。为了提高道路提取的完整度、准确度和自动化程度,提出一种基于非监督分类和几何—纹理—光谱特征的道路提取方法。方法 首先考虑光谱特征利用非监督分类进行初步分割,结合基于纹理特征分类的结果得到初始道路区域。然后根据道路特征建立一套完整的非道路区域滤除体系：边缘滤波断开道路和非道路的连接、纹理滤波滤除大面积非道路区域、形状滤波去除剩余小面积非道路区域。最后利用张量投票算法得到连贯、平滑的道路中心线。结果 选择复杂场景下的高分辨率IKONOS影像和QuickBird影像进行实验,与国内外基于像素和面向对象的两种有代表性的道路提取方法进行对比,采用完整率、正确率、检测质量3个评价指标进行定量评价。实验结果表明该方法相比于其他算法在完整率、正确率和检测质量上平均提高26.61%、5.57%和26.77%。定性分析结果表明,本文方法可以有效改善椒盐噪声和粘连现象。此外本文方法的自动化程度更高。结论 提出了一种基于非监督分类和几何—纹理—光谱特征的高分辨遥感影像道路提取方法,非监督相对于监督分类的方法有更高的自动化程度,复杂场景下的道路提取融合几何—纹理—光谱特征有效避免了基于像元级道路提取易产生的椒盐噪声现象和面向对象道路提取易产生的粘连现象。该方法适用于高分辨率遥感影像城市道路提取,能够得到较高的完整度、准确度以及自动化程度。非监督分类和多特征结合的道路提取方法有广阔的应用前景。     

园林景观设计中融合SVM的高分辨率遥感影像道路提取研究

为提高园林景观设计中高分辨率遥感影像道路提取的精度及效果,提出一种融合SVM的高分辨率遥感影像道路提取方法。该方法首先结合Mean Shift算法与数学形态学运算(简称MS-MMO)进行影像阴影提取;再根据阴影提取结果对原始影像阴影区域进行亮度补偿后输入SVM,得到初步提取的道路图像;然后利用高斯滤波算法进行图像平滑处理,利用边缘滤波、纹理滤波等算法去除图像中的非道路区域,得到道路区域提取图;最后基于张量投票提取道路中心线,基于“交点”搜索方法去除道路中心线上的毛刺,完成道路提取。实验结果表明,MS-MMO的具有较好的阴影提取精度及效果;根据MS-MMO输出的阴影提取结果对原始影像阴影区域进行亮度补偿后,道路提取的整体性能更高;融合SVM的高分辨率遥感影像道路提取方法提取的道路完整性、正确性、质量分别达到92.4%、92.7%、89.0%,道路提取性能较好,且道路具有连通属性,在该方法提取的道路图像上进行园林景观设计,可有效提升道路植物配置效果。     

多特征融合的高分辨率遥感影像建筑物分级提取

目的 针对高分辨率遥感影像普遍存在的同谱异物和同物异谱问题,提出一种综合利用光谱、形状、空间上下文和纹理特征的建筑物分级提取方法。方法 该方法基于单幅高分辨率遥感影像,首先利用多尺度多方向梯度算子构造的建筑物指数和形状特征提取部分分割完整的矩形建筑物目标;然后由多方向线性结构元素和形态学膨胀运算确定投票矩阵,从而获取光照方向,并利用光照方向和阴影特征对已提取建筑物进行筛选,剔除非建筑物对象,完成建筑物初提取;最后借助初提取建筑物对象的纹理特征向量建立概率模型,取得像素级建筑物提取结果,将该结果与影像分割相结合实现建筑物提取。结果 选取两幅高分辨率遥感影像进行实验,在建筑物初提取实验中,将本文方法与邻域总变分法和Sobel算子进行对比,实验结果表明,本文方法适用性强,为后提取提供的建筑物样本可靠性更高。在建筑物提取实验中,采用查准率、查全率和F₁分数3个指标进行定量分析,与形态学建筑物指数结合形态学阴影指数算法、邻域总变分结合混合高斯模型和贝叶斯判决算法相比,各项精度指标均得到显著提升,其中查准率提高了2.90个百分点,查全率提高了12.49个百分点,F₁分数则提升了8.84。结论 本文提出的建筑物分级提取方法具备一定抗干扰能力,且提取准确性高,适用性强。     

利用格式塔的高分辨率遥感影像建筑物提取

目的 格式塔心理学的理论基础为通过对事物的部分感知,实现对事物整体的认识。本文将该思想应用到建筑物提取中,提出一种兼顾目标细节及整体几何特征的高分辨率遥感影像建筑物提取方法。方法 首先,利用SIFT算法提取特征点作为候选边缘点;然后定义格式塔序列连续性原则判别边缘点,从而得到边缘点点集;并由边缘点点集拟合边缘,实现遥感影像建筑物提取。结果 利用提出算法,对WorldView-2遥感影像进行建筑物提取实验。通过与基于多尺度分割和区域合并的建筑物提取算法对比可以看出,提出算法能够更加准确、完整地提取出建筑物。采用分支因子、遗漏因子、检测率和完整性4个定量化指标对实验结果的定量评价,本文算法的检测率和完整性均大于对比算法,且本文算法的检测率均在95%以上,验证了提出基于格式塔理论的高分辨率遥感影像建筑物提取算法的有效性和准确性。结论 基于格式塔的高分辨率遥感影像建筑物提取算法能够准确刻画建筑物细节特征,同时兼顾建筑物整体几何轮廓,准确提取高分辨率遥感影像中的建筑物。本文算法针对高分辨率遥感影像,适用于提取边缘具有直线特征的建筑物。使用本文算法进行遥感影像建筑物提取时,提取精度会随分辨率降低而降低,建议实验影像分辨率在5 m以上。     

融合边界信息的高分辨率遥感影像分割优化算法

目的 针对目前区域分割算法获取的区域边界与真实地物边界不一致问题,利用高分辨率遥感影像地物内具有均质性和地物间边缘信息突出的特点,提出一种融合边界信息的高分辨率遥感影像分割优化算法。方法 首先采用Canny算法对遥感影像进行边缘提取并进行边缘连接处理,产生闭合边界;然后将边界与初始分割结果进行融合处理,获得新的分割结果;最后在闭合边界约束下,基于灰度相似性准则对新的分割结果进行区域合并,获得优化后的最终分割结果。结果 采用本文提出的分割优化算法对Mean Shift算法和eCognition软件获得的分割结果进行优化处理,优化后的分割结果与初始分割结果相比正确分割率（RR）平均提高了4%,验证了本文算法的有效性。结论 该优化算法适用性广,可优化基于区域、基于边界和基于聚类等多种分割方法,同时该算法既能保持高分辨率遥感影像分割的区域完整性,又能保持地物边缘细节特征,提高了分割精度。     

激光点云的稀疏体素金字塔邻域构建与分类

目的 在点云分类处理的各环节中,关键是准确描述点云的局部邻域结构并提取表达能力强的点云特征集合。为了改进传统邻域结构单尺度特征表达能力的有限性和多尺度特征的计算复杂性,本文提出了用于激光点云分类的稀疏体素金字塔邻域结构及对应的分类方法。方法 通过对原始数据进行不同尺度下采样构建稀疏体素金字塔,并根据稀疏体素金字塔提取多尺度特征,利用随机森林分类器进行初始分类;构建无向图,利用直方图交集核计算邻域点之间连接边的权重,通过多标签图割算法优化分类结果。当体素金字塔的接收域增大时,邻域点密度随其距离中心点距离的增加而减小,有效减少了计算量。结果 在地基Semantic3D数据集、车载点云数据和机载点云数据上进行实验,结果表明,在降低计算复杂性的前提下,本文方法的分类精度、准确性和鲁棒性达到了同类算法前列,验证了该框架作为点云分类基础框架的有效性。结论 与类似方法相比,本文方法提取的多尺度特征既保持了点的局部结构信息,也更好地兼顾了较大尺度的点云结构特征,因而提升了点云分类的精度。     

面向线阵列CCD道路影像的裂缝识别

目的 道路裂缝的等级评定是公路养护的基本任务之一,目前国内相关部门主要通过线阵列相机采集道路影像,由于道路影像裂缝的识别会受到多种因素干扰（树木及车辆的投影、光照变化、油渍、树枝与稻草等条状物、各类垃圾）,降低了基于道路影像自动识别裂缝算法的准确率,导致对于路面等级评价依旧采用人工的方式进行,为此提出一种道路影像裂缝鲁棒识别方法。方法 由于采集的图像尺寸较大,同时为了避免光照不均匀带来的问题,首先对图像进行分块,采用改进的CV模型对分块影像进行预处理,获得初步的分割结果。其次,通过以下4个特点识别线阵列CCD道路影像的裂缝：1）裂缝在分块区域中占据较小的面积比;2）裂缝在影像中呈现的连续性较差;3）裂缝的宽度与长度比值较小;4）同一段裂缝的走向基本一致。为了利用裂缝的后两项特点,采用椭圆拟合的方法计算初步分割区域的方向,并以此为基础将这些区域分为4类。在每个分类中,分别计算各区域内的质心位置,建立质心间的矢量表,设计递归算法计算其共线性,获得裂缝检测结果,并以此为基础构造活动模型的初始距离矩阵,通过在原图中迭代求解更为精确的裂缝区域。结果 从2 000幅道路影像中挑选包含道路裂缝的影像100幅,并按序号等间隔分别取出5组未含有裂缝的影像100幅,每组200幅组成数据集进行测试,采用分类指标统计的方法评测本文算法性能,在正确率、灵敏度、特效度、精度上均达到95%以上,道路裂缝的检测与提取时间约为1 min。结论 该方法不仅可以有效地识别裂缝,同时可以克服了环境中多种因素的干扰,误识别率较低,具有较高的实际应用价值。     

结合张量投票和Snakes模型的SAR图像道路提取

目的 Snakes模型对曲线轮廓具有良好的拟合能力,被广泛应用于遥感图像的道路提取。但SAR图像受乘性斑点噪声影响严重,因此利用Snakes模型从SAR图像提取道路时,传统的以图像灰度负梯度为外部能量的方法难以取得理想结果。针对这一问题,利用计算机视觉中的张量投票算法可以从噪声掩盖的图像中提取显著结构特征的特点,将张量投票与Snakes模型结合从SAR图像提取道路。方法 首先利用模糊C均值分割法从SAR图像中分割出道路类,然后对道路类进行张量投票获得每点的曲线显著性值,最后以该曲线显著性值的负值作为Snakes模型外部能量从SAR图像提取道路。在Snakes模型能量最小化阶段,提出了一种优化的拟合策略,一边内插节点一边最小化Snakes模型能量。结果 利用机载和星载不同场景的SAR图像进行实验,与同类的基于Snakes模型的半自动方法相比,本文方法对曲率较大的道路仅需较少控制点即可取得较好的拟合效果;与基于MRF模型的自动方法相比,本文方法对道路提取的完整率、正确率、检测质量都优于基于MRF模型的方法,并且提取的时间远远快于基于MRF模型的方法,对于大范围的道路网提取将更为实用。结论 本文方法充分考虑到道路的几何形态特征,利用张量投票算法对该特征进行量化,并利用优化的拟合策略来最小化Snakes模型能量来提取道路。基于机载和星载SAR图像的实验表明本文方法可以较好地提取不同场景中的主要道路目标和道路网。     

利用角度纹理特征提取高分辨率遥感影像中城市主干道路

目的 路网密度是一个地区交通可达性的重要指标,获取影像中的道路像元是计算路网密度的首要环节。本文利用高分遥感影像中城市主干道路光谱特征沿道路方向趋向一致的特性,提取城市主干道路。方法 通过分析像元点的角度纹理图,根据最小灰度方差所在方向设计2维Gabor滤波器。用滤波值数组作为每个像元的表征,借助k均值聚类分割策略将道路像元提取出来,并细化为主干道路网。结果 以完全率、正确率和提取质量作为精度评价指标,以k均值聚类作为分割策略,当分割对象分别为灰度值、灰度共生矩阵、多通道2维Gabor滤波值及本文采用的特征向量时,评价结果分别为0.45、0.51、0.37,0.62、0.70、0.54,0.58、0.66、0.52及0.72、0.78、0.65;以Hough变换法作为提取策略时,评价结果分别为0.41、0.56和0.34;以多尺度分割法作为提取策略时,评价结果分别为0.41、0.56和0.34。由此可知,采用相同分割策略,本文采用的分割对象相较其他对象可以获得更好的分类精度。相较传统的基于线状或面状特征的分类手段,本文方法在精度方面亦具有一定的优势。结论 本文提出了一种全新的道路像元提取方法,通过构造特定方向的2维Gabor滤波值数组进行影像分割。实验表明该方法具有较好的抗噪性和普适性,广泛适用于GF-1、GF-2、IKONS、QuickBird及其他传感器获取的高分辨率遥感影像。     

青铜器纹饰特征增强及自动提取

目的 青铜器是我国的文化瑰宝,然而出土青铜器大多破损、变形,需要修复以进行保护。随着3维激光扫描技术及数字几何处理研究的发展,文物数字化修复技术得到了广泛的重视。在青铜器修复过程中需要将相邻碎片的纹饰对准,以保证纹饰的连续性,从而保证修复质量。因此,青铜器纹饰特征的有效提取是青铜器修复过程中的一项重要工作,鉴于青铜器纹饰特征一般具有比较明显的尖锐边,本文提出并实现了一种青铜器尖锐特征增强及自动提取算法。方法 首先,为了减少网格均匀度对特征提取的不利影响,提出一种加权法向距离;其次,为了增强尖锐特征提取效果,提出一种逆双边滤波算法,并利用该算法获得反锐化掩膜,增强法向距离间的差异性,使得大的更大,小的更小;最后,采用Otsu算法自动确定分割阈值,依据该阈值把网格顶点分为特征点集和非特征点集,实现青铜器纹饰特征的提取。结果 对实际3维激光扫描获得的青铜器模型,分别采用本文算法和Tran等人提出的尖锐特征自动提取算法进行了纹饰特征提取,包括采用两种算法进行了纹饰特征增强前后纹饰特征提取实验,本文使用的3个模型点数在6 000至80万之间,这些模型都可以在1 s到10 s之间得到最终的提取结果,具有较高的效率。同时,本文算法可以更为准确地提取尖锐特征点,且得到的特征点更为连续,有利于进一步的处理。结论 采用本文提出的青铜器纹饰提取算法,能够自动、高效地提取青铜器纹饰特征。     

利用张量投票的机载LiDAR点云道路骨架线提取

针对机载LiDAR数据中道路骨架线检测存在的噪声干扰问题,结合道路多层特征显著性,提出了一种基于道路最大宽度快速确定最小尺度因子的张量投票道路骨架线提取方法。将预处理后三维道路点云转化成二维强度图像,最小尺度因子参与图像球张量投票,利用极性特征分割道路边缘点;为了进一步增强道路线状特征,利用新的最小尺度因子再次进行球张量投票和棒张量投票,填补道路空洞,顺滑道路边界;细化处理获取道路骨架线。与数学形态学方法相比,该方法在噪声背景的道路数据中提取的道路线精度更高。     

基于GA的SAR图像中主干道路提取

从高分辨率合成孔径雷达(SAR)图像中提取道路及其他线性特征已成为目前遥感图像信息提取研究的热点。由于高分辨率SAR图像中，目标背景复杂，同时由于受相干斑噪声的影响，因此很难直接从原始图像数据中提取道路特征。为了能够从背景复杂，受斑点噪声干扰的高分辨率SAR图像中准确提取道路，提出了一种利用遗传算法提取主干道路的方法。该方法利用模糊C均值聚类法对滤波后的SAR图像进行无监督聚类，首先将图像分为林地、建筑物、道路等基本类，并将道路类像素从图像中分离出来，使问题得到简化；然后根据道路类像素的隶属度和道路像素灰度值的均匀特性来建立具体的道路模型；最后利用遗传算法搜索全局最优道路。实验结果表明，该方法可以很好地从SAR图像中提取各种主干道路。     

SAR图象中道路网络提取算法研究

提出了一种利用遗传算法从高分辨率SAR图象中提取道路网络的方法。高分辨率SAR图象中目标背景复杂,同时由于受相干斑噪声的影响,很难直接从原始图象数据中提取道路特征。首先利用模糊C均值对滤波后的图象进行聚类,将道路类象素从图象中分离出来;根据聚类结果及道路特征建立数学模型,利用遗传算法搜索全局最优道路。实验结果表明该方法可以很好地从SAR图象中提取道路网络。     

彩色公路交通地图图像道路提取

根据彩色公路交通地图的图像特征,提出一种新颖的道路识别与提取方法。这种方法包括三个关键步骤。首先,根据区域的特征,提取出区域的灰度值;其次,根据道路的颜色和形状特征以及数字图像处理的一些方法（如对象的连通成分等）,识别并提取出道路的颜色;最后,为了获得完整的道路网络,一些道路连接方法被提出。这种算法已经被应用于许多彩色公路地图图像中去提取道路网络。大量成功的实例表明这个算法是非常有效的。     

从高分辨率遥感影像中提取城市道路的新方法

在综合几种现有算法优点的基础上,提出一种新的道路提取策略。首先以角度纹理特性法分割原始影像;接着利用直线匹配原理剔除初始分割结果中的非道路地物,得到更为规则的道路条带;然后通过形态学手段获得道路中心线,并将每条中心线拆分为多段直线;结合上下文知识的马尔可夫模型被用于组织道路段的中心线,从而恢复完整道路网。实验结果表明：新方法具有良好的性能,可以从高分辨IKONOS遥感影像中提取出复杂的城市道路。     

A two-stage framework for road extraction from high-resolution satellite images by using prominent features of impervious surfaces

The segmentation and classification of high-resolution satellite images (HRSI) are useful approaches to extract information. In recent times, roads and buildings have been classified for analysis of urban areas in a better manner. Apart from these, healthy trees are also an important factor in HRSI, i.e. adjacent to roads, and vegetation. They reflect the area in an image as land cover. Other important information, shadow, is extracted from satellite images, which indicates the presence of trees and built-up areas such as buildings, flyovers, etc. In this article, a weighted membership-function-based fuzzy c-means with spatial constraints (WMFCSC) approach for automated satellite image classification is proposed. Initially, spatially fuzzy clustering is used to classify the satellite images in healthy trees with vegetation, roads, and shadows, which includes the information of spatial constraints. The road results of the classified image are still having non-road segments. Therefore, the proposed four intermediate stages (IS) are used to extract the road information, followed by the results of road areas of the WMFCSC approach. The framework of IS helps to remove the false road segments which are adjacent to roads and renovates the segmented roads due to the shadow effect. A final step of a hybrid WMFCSC-IS approach is used to extract the road network. The results of classified images confirm the effectiveness of the WMFCSC-IS approach for satellite image classification.     

基于步行GPS轨迹的路网提取方法

准确提取和及时更新路网信息,对于道路规划和车辆导航等方面至关重要。目前,基于GPS轨迹的路网提取方法一般是从浮动车或出租车的GPS轨迹中挖掘城市主干路网。然而,现有方法忽略了小路的自动提取,它对于抗震救灾、小区导航或乡村游览等场合非常重要。因此,本文提出基于步行GPS轨迹的路网提取方法,分为数据预处理、道路中心线生成和路网精度评价3个部分。其中,先后采用轨迹点聚类、聚类点分割和中心线拟合等方法生成道路中心线。通过自行采集的步行GPS数据进行实验,结果表明,本文方法能够准确提取路网,覆盖率可达96.21%,而误检率仅3.26%;并且能够提取小路和更新路网。     

一种新的高分辨率SAR图像道路提取算法

针对高分辨率SAR图像中道路目标难以有效提取的问题,提出一种新的高分辨率SAR图像道路提取算法,它结合了参数化内核图割和数学形态学算法。利用参数化内核图割对高分辨率SAR图像中的道路目标进行初级分割,用数学形态学填充空洞,平滑道路边缘;基于道路的几何特征,使用矩阵度、改进的长宽比、复杂度等因子去除虚警;针对处理过程中出现的道路断裂情况,利用数学形态学提取道路目标的中心线,同时根据线段邻近性、方向一致性准则对其断裂部分进行连接,用数学形态学还原道路宽度,得到道路提取结果。实验结果表明该算法不用进行SAR图像预处理,也可以有效抑制相干斑噪声,并且能准确、较为完整地提取道路目标。