[發明專利]高分辨率航空遙感數據自動道路提取方法

有效

• 申請號: 201510003132.4
• 申請日: 2015-01-06
• 公開（公告）號: CN104504718B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 李艷;吳劍亮;劉元亮
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T7/10
• 分類號: G06T7/10
• 代理公司: 南京同澤專利事務所(特殊普通合伙)32245
• 代理人: 蔡晶晶

技術領域

本發明涉及一種道路提取方法，尤其涉及一種基于道路元素交叉驗證的道路提取方法，屬于計算機模式識別技術領域。

背景技術

從遙感數據當中自動提取道路和建模是個全新且開放的問題。解決這類問題的思想方法很大程度上依賴于遙感數據的分辨率和來源。在中分辨率的衛星圖上，道路只有一個像素寬，呈現出來的形狀近似一條線。因此我們的原理和方法應該集中于線要素的特征，例如基于一定技術的邊緣檢測等。而在高分辨率的衛星圖或者DSM上，道路要顯得寬很多，呈現出來的不僅僅是線特征，還有沿方向的面特征。因此我們的研究方法應該同時考慮邊緣特征和面特征。

道路提取的方法選取還依賴與目標道路的不同，農村道路、郊區道路和城市道路應當有所區別。不同地區的路網很大程度上伴隨著其他地面要素的分布，比如建筑物和綠化帶。因此道路提取的方法相應地也有很大區別。我們在此只專注于我們的研究案例即城市道路網的提取。

總體上數據源可以分為兩種：光譜數據和深度數據（DSM或者LiDAR）。由此帶來的方法就會被分為三種：基于光譜影像的、基于深度數據的和基于混合數據源的。就高分辨率數據來說，這些方法都有各自的優勢與不足。一方面，許多特征道路的細節提高了道路辨識度。另一方面，這些細節也是多種多樣的：道路邊緣的對比度可能不同；可能出現各種大小的車輛；路面的材質和路寬等等同樣也會有不同。因此大量細節的呈現增加了道路提取算法的復雜度。

DSM數據衍生自航拍影像，其分辨率為0.5米，具有較高分辨率。對于城市而言，尤其像東京這樣的的國際化大都市，居民住宅區相當稠密，周邊還布局著許多公寓和商場，主干道位于住宅區和其他功能區之間，公路則位于各個街區之間。在DSM中公路通常是14到30個像素寬，而大多數主干道有26到47個像素寬，有些甚至能達到70個像素寬，在這些區域中同樣還會存在高架和高速路。因為單邊緣檢測不涉及檢測公路的中心線，也不檢測公路的路寬，可能只會獲得一些破碎的街道邊緣。如果考慮到還同時會檢測出房屋邊緣等等，這就不是一個理想的方案。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：克服上述現有技術中存在的不足，提出一種高分辨率航空遙感數據自動道路提取方法，能夠準確且高效的提取城市道路。

為了解決以上技術問題，本發明提供的高分辨率航空遙感數據自動道路提取方法，包括以下步驟：

步驟1、產生NDSM數據——對DSM數據（數字表面模型數據）進行形態學濾波得到NDSM數據(歸一化數字表面模型數據)；

步驟2、提取水平地面——從NDSM數據中提取高度在地表平均高度的平坦地面區域數據；

步驟3、產生街區的外殼——對步驟2獲得的平坦地面集合求補集得到地上對象區域；接著進行平滑處理獲得包含房屋的各個連通街區區域，并獲取各街區的光滑外殼；

步驟4、提取道路中心線——對平坦地面區域數據進行距離變換獲得距離變換圖像，提取距離變換圖像的分水嶺線，從而獲得由若干連貫的待驗證道路中心線構成的道路中心線網絡；

步驟5、提取道路邊界線及交叉路口——使用像素尺寸為5*5的移動窗口從待驗證的道路中心線上滑動，移動窗口的中心置于待驗證道路中心線上，如果移動窗口內部的待驗證道路中心線像素數大于7，則認為此時的移動窗口中心點為一個交叉路口點，將道路中心線網絡在該交叉路口點處進行斷開；估計最大道路寬度為K，待驗證道路中心線向兩側各膨脹K/2作為掩膜，與街區的外殼求交集，所得結果即為待驗證道路邊界；

步驟6、道路要素的交叉驗證——道路中心線一次驗證：待驗證道路邊界線向兩側各膨脹K/2作為掩膜，與待驗證道路中心線求交集，剔除交集以外的待驗證道路中心線；驗證交叉路口點：如果交叉路口點的K/2范圍內沒有待驗證道路中心線，則該交叉路口點為虛假路口，進行剔除，至此獲得真實的交叉路口點；道路中心線二次驗證：對待驗證道路中心線的端點處開窗，窗口的像素尺寸為7*7，如果窗內沒有真實的交叉路口點，則剔除該待驗證道路中心線及伴隨的待驗證道路邊界，至此獲得真實的道路中心線；

步驟7、道路中心線生長——真實的道路中心線檢測端點，沿其對應的待驗證道路中心線逐點生長，直至接觸真實的交叉路口點,15個像素內未接觸到交叉路口的中心線取消生長。