[發(fā)明專利]一種基于DEM的月表撞擊坑自動識別和邊界提取方法

有效

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• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103927543A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李勃;凌宗成;張江;武中臣;倪宇恒;孫靈芝;陳劍
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(威海)
• 主分類號: G06K9/54
• 分類號: G06K9/54
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計算機圖形學和數(shù)字地形分析領(lǐng)域，具體涉及一種基于DEM的月表撞擊坑自動識別和邊界提取方法。?

背景技術(shù)

環(huán)形構(gòu)造，特別是撞擊坑，是月球表面最顯著的地形特征。對撞擊坑的分布特征、形態(tài)結(jié)構(gòu)和數(shù)量的分析研究有著非常重要科學意義和應(yīng)用價值。?

早期撞擊坑矢量化主要采取人工識別的方法，現(xiàn)今多采用自動或半自動識別方法，主要包括基于形態(tài)擬合、基于機器學習以及基于地學信息的方法：一，撞擊坑外形多為圓形和橢圓型，基于形態(tài)擬合主要使用霍夫變換、二次曲線擬合以及模板匹配等方法來識別撞擊坑形態(tài)。二，機器學習是研究計算機模擬或?qū)崿F(xiàn)人類的學習活動，該方法被引入到撞擊坑的自動識別過程中。比如，利用支持向量機構(gòu)建模式分類器的方法，利用面向?qū)ο蠓椒ê突谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法對月球影像數(shù)據(jù)進行撞擊坑識別研究。三，基于地學信息的方法主要通過計算地形曲率和梯度來識別撞擊坑。比如，坡度變化值高的地區(qū)是撞擊坑的邊緣，通過構(gòu)建撞擊坑3D模型，模擬地形剖面分析識別撞擊坑。?

以上方法雖然能夠根據(jù)月表影像和地形數(shù)據(jù)自動識別出撞擊坑并獲得其形狀參數(shù)，但是其實現(xiàn)過程和結(jié)果仍然存在以下幾個問題：?

(1)不能提取撞擊坑真實邊界，而是用圓或橢圓近似替代。由于空間風化影響和后續(xù)撞擊事件的作用，撞擊坑保留下來的邊界是不完整、不對稱的，其形狀與圓和橢圓相比有較大偏差。?

(2)很少考慮撞擊坑之間的重疊關(guān)系，對復(fù)雜月表區(qū)域識別效果不好。?

(3)大部分使用遙感影像數(shù)據(jù)來識別和提取撞擊坑。相比于影像數(shù)據(jù)，DEM是月表地形地貌的直接反應(yīng)，能夠真實再現(xiàn)撞擊坑的三維空間結(jié)構(gòu)，因此更加適合撞擊坑識別和參數(shù)定量分析。?

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明公開了一種基于DEM的月表撞擊坑自動識別和邊界提取方法，該方法以月表DEM數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，對于月表撞擊坑重疊區(qū)域，能夠依次識別出不?同尺度的撞擊坑，保證識別結(jié)果的完整性；對撞擊坑區(qū)域進行邊界擬合，能夠提取出撞擊坑的真實形狀參數(shù)，保證提取結(jié)果的準確性。月表的數(shù)字高程模型簡稱DEM。?

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的具體方案如下：?

一種基于DEM的月表撞擊坑自動識別和邊界提取方法，包括以下步驟：?

步驟一：對月表高程域Z的數(shù)據(jù)進行處理，生成流域F；?

步驟二：對高程域Z進行空間變換，即使用空間變換理論將處理后的月表高程域Z變?yōu)榭臻g尺度為λ的人工地形域L_λ，依此來識別不同尺度的凹陷區(qū)域；?

步驟三：使用鄰域擴充算法對凹陷區(qū)域進行邊緣擴展，得到完整的撞擊坑區(qū)域；?

步驟四：使用傅里葉級數(shù)擬合撞擊坑區(qū)域的邊界，提取準確的撞擊坑形態(tài)。?

所述步驟一的具體過程為：?

(1-1)，使用高斯濾波對高程域Z進行誤差去除，消除DEM噪音點，生成平滑的高程域G；?

(1-2)，遍歷G中每一點p₁的八鄰域，計算其對應(yīng)八個方向的梯度，最大梯度正方向為水流方向，如果該點是其鄰域的最低點，那么水流方向為其本身；?

(1-3)，歸屬提取，遍歷G中的每一點p₁，根據(jù)其水流方向追蹤其流向的下一點，循環(huán)追蹤直到流向終點即最低點，獲取其終點位置；?

(1-4)，劃分流域，根據(jù)G中的每一點p₁對應(yīng)的終點位置，進行流域劃分，具有相同終點的點劃分為同一個流域，生成流域F。?

所述p₁的八鄰域為p₁點的上、下、左、右、左上、左下、右上和右下八個相鄰點。?

所述步驟二具體過程為：?

(2-1)計算高程域G中每一點的λ尺度鄰域的梯度卷積并賦值給當前點，并保存為空間尺度為λ的地形域圖層L_λ公式為：?