[發明專利]基于多點同時快速行進的遙感影像道路提取方法

無效

• 申請號: 201010224760.2
• 申請日: 2010-07-13
• 公開（公告）號: CN101887522A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 劉永學;李飛雪;程亮;李滿春;楊康
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06K9/46
• 分類號: G06K9/46;G06K9/54
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種遙感影像道路提取方法，特別是涉及一種半自動遙感影像道路提取方法。

背景技術

道路是重要的基礎地理信息，道路信息的提取對于國家各級基礎地理信息數據庫的維護與更新意義重大，可直接服務于城市規劃、國土資源、交通、測繪等相關部門。道路是遙感影像中重要的人工目標，從遙感影像中提取道路是獲取道路信息的重要手段。通過人工數字化方式提取道路效率低，成本高，已很難滿足基礎地理信息數據庫的數據更新要求，伴隨著數字圖像處理、計算機圖形學、模式識別、人工智能等學科的發展，各類遙感影像道路提取方法不斷涌現，這些方法能夠根據道路在遙感影像中呈現的特征，自動或半自動的提取道路信息，相比于人工數字化方式，提取效率大大提高。現已提出了基于平行線對、基于二值化和知識、基于窗口模型特征等算法為代表的自動提取方法以及基于像素與背景的算子模型、基于樹結構的特征判別模型、基于最小二乘B樣條曲線等為代表的半自動提取方法。其中，自動提取方法大多運用人工智能、計算機視覺、模式識別、數學模型等對某一類型道路實現自動提取，完全自動識別各類道路還不現實。半自動提取方法通過人機交互獲取遙感影像中道路的先驗知識，在邊緣檢測、區域生長等影像處理方法的基礎上，由計算機依據遙感影像中道路的形狀、拓撲、功能以及上下文等特征進行提取與識別，其算法適用性較好，應用較為廣泛。但目前提出的半自動道路提取方法，通常需要較多的道路先驗知識或事先定義好的道路匹配模板，并且提取的線狀道路并不連續，需要進行斷線連接等后續處理，方法較為繁瑣，提取效率較低。例如，胡翔云等在2002年第2期《中國圖象圖形學報(A版)》撰文“航空影象上線狀地物的半自動提取”，提出使用拋物線作為道路的匹配模板，用二值模板相關法在兩個道路特征種子點之間提取候選道路點，再使用整體最小二乘模板匹配得到道路拋物線參數的精確解，最后用所得拋物線參數進行道路擬合，該方法以拋物線作為道路的幾何特征約束，但影像中道路并不一定呈現拋物線幾何特征，用拋物線作為道路先驗知識與匹配模板不能概括各類道路的特征，同時，該方法每次只能提取給定兩點間的道路，提取效率較低。再如，C.Heipke等在1994年第4期《International?Archives?ofPhotogrammetry?and?Remote?Sensing》撰文“Semi-Automatic?Extraction?ofRoads?from?Aerial?Images”，文中提出的半自動道路提取方法需要操作者給出一個道路特征起始點和初始方向，方法首先計算窗口中的梯度，根據閾值提取單個像素寬的邊緣，用預定義的邊緣方向矩陣跟蹤提取道路，該方法提取的道路不連續，存在斷裂，作者提出在斷裂處使用更大的搜索矩陣進行處理，斷線連接等后續處理較為繁瑣，同時，該方法每次只能提取從一個給定特征點出發的道路，提取效率較低。綜上，如何依據更少的道路先驗知識，通過更為簡單的后處理，高效便捷地提取出遙感影像中連續的道路信息，生成連續矢量線狀道路，直接應用于基礎地理信息數據庫的道路更新，是半自動道路提取方法的研究熱點。

快速行進(Fast?Marching)方法由Cohen與Kimmel提出，能夠實現圖像分割及特征提取，被廣泛應用于圖像分割、路徑規劃、計算機視覺等領域。該方法應用于線狀特征提取的基本原理是利用線狀特征與圖像背景具有的差異構建速度項圖像，使得待提取特征處具有較大的速度項，給定待提取特征上的一個圖像單元點作為起始種子點，通過在速度項圖像上利用快速行進方法求解Eikonal方程獲取該點對應的最小能量圖(Minimum?Energy?Image)，再以位于待提取特征上的另一單元點作為終止種子點，從該點出發，逆向搜索至起始點獲取最小能量圖上兩種子點間的最短路徑，該路徑即是兩點間待提取的線狀特征。目前，利用快速行進方法進行線狀特征提取主要出現在醫學數字圖像處理領域。應用快速行進方法提取兩點間最短路徑存在的主要問題是效率較低，提取每條路徑均要給出路徑的起始點和終止點。對于遙感影像中道路數量多、分布密集的情況，利用快速行進方法提取道路效率較低，難以滿足大量數據的更新要求。楊康等在2009年中國測繪學會第九次全國會員代表大會暨學會成立50周年紀念大會上撰文“基于多點快速行進與最短路徑的遙感影像道路提取方法”，將快速行進方法引入到遙感影像道路提取研究中，利用多點行進提高道路提取效率，但文中并未給出逆向搜索提取多個點對間最短路徑的實現方法，未給出通過最短路徑提取結果生成連續矢量線狀道路的實現方法，提取結果很難直接應用于基礎地理信息數據庫的道路更新。

發明內容