[發(fā)明專利]一種直線型耕作田埂的無(wú)人機(jī)遙感提取方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110280199.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-16
• 公開（公告）號(hào): CN113063375B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張建勇;劉今朝;趙艷玲;臧英斐;肖武;胡月明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都理工大學(xué);重慶市國(guó)土整治中心;廣州市華南自然資源科學(xué)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01B11/30
• 分類號(hào): G01B11/30;G01B11/25
• 代理公司: 北京盛凡佳華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11947
• 代理人: 王翠

1.一種直線型耕作田埂的無(wú)人機(jī)遙感提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)在采集單時(shí)相耕地的無(wú)人機(jī)序列圖像，并三維重建獲取正射影像和數(shù)字表面模型基礎(chǔ)上，利用數(shù)字表面模型計(jì)算地表粗糙度，進(jìn)行閾值分割將其二值化為田埂、非田埂兩類對(duì)象；再實(shí)施形狀指數(shù)濾波，得到更純凈的田埂二值圖；然后以正射影像進(jìn)行植被分割的二值化圖為掩膜剔除植被的影響，修正因植被覆蓋影響的邊緣突出的田埂二值圖；接著通過(guò)形態(tài)學(xué)運(yùn)算，獲取圖像邊緣更加平滑的田埂二值圖；

2)對(duì)步驟1)所提取的經(jīng)平滑處理后的耕地田埂二值圖利用霍夫變換檢測(cè)其上的點(diǎn)，對(duì)這些點(diǎn)標(biāo)記、排序，并根據(jù)幾何關(guān)系去冗余和修繕，將點(diǎn)按照所述田埂連接為多段線，該多段線即為耕作田埂線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直線型耕作田埂的無(wú)人機(jī)遙感提取方法，其特征在于，所述步驟1)的具體過(guò)程如下：

11)采集耕地區(qū)域的無(wú)人機(jī)序列圖像，地面同時(shí)布設(shè)和量測(cè)控制點(diǎn)，通過(guò)攝影測(cè)量軟件處理得到數(shù)字表面模型和正射影像，再將目標(biāo)耕地區(qū)域的影像按照典型區(qū)域的邊界剪裁，然后將正射影像的色差空間從RGB模式變換為HSV模式，對(duì)數(shù)字表面模型計(jì)算得到地表粗糙度f(wàn)；

式中，地表粗糙度f(wàn)的值在0～1之間，H為滑動(dòng)分析窗口的中心像素值，為滑動(dòng)分析窗口內(nèi)的像素均值，n為滑動(dòng)分析窗口內(nèi)的像素個(gè)數(shù)；

12)利用以下公式進(jìn)行閾值分割，從步驟11)計(jì)算的地表粗糙度圖像提取耕地田埂二值圖f₁：

f(x,y)≥T₁ (2)

其中，地表粗糙度圖像中滿足公式(2)的像素為耕地田埂，不滿足公式(2)的為非耕地田埂，f(x,y)是像素(x,y)處的二進(jìn)制值，T₁是所采用的分割閾值；

13)利用以下公式進(jìn)行4個(gè)形狀指數(shù)濾波，對(duì)步驟12)所得的候選田埂線進(jìn)行提純：

其中，S₀代表地表粗糙度閾值分割后的二值圖像，S₁代表第一次過(guò)濾后的二值圖，S₂代表第二次過(guò)濾后的二值圖，S₃代表第三次過(guò)濾后的二值圖，S₄代表第四次過(guò)濾后的二值圖，shape area代表像素斑塊面積、MER perimeter代表最小外接矩形周長(zhǎng)、major axislength代表主軸長(zhǎng)度、erea of MER threshold代表最小外接矩形面積；

其中，f₂是經(jīng)過(guò)四個(gè)形狀指數(shù)過(guò)濾后的候選田埂線圖像；

14)將步驟11)所得的HSV模式下正射影像選用色調(diào)圖像，再對(duì)經(jīng)高斯曲線擬合的色調(diào)直方圖進(jìn)行閾值檢測(cè)，并利用以下公式進(jìn)行二值化分割，即可得到植被掩膜f₃：

f(x,y)≥T₂ (5)

其中，f(x,y)是像素(x,y)處的色調(diào)值，T₂為所檢測(cè)到的閾值；

15)根據(jù)步驟14)所得的植被掩膜，利用以下公式對(duì)步驟13)濾波結(jié)果的候選田埂線進(jìn)行圖像點(diǎn)乘運(yùn)算，得到剔除植被影響的候選田埂線f₄：

f₄＝f₂·f₃ (6)

其中，f₂是步驟13)形狀指數(shù)濾波的結(jié)果，f₃是步驟14)植被掩膜的結(jié)果，f₄是本步驟剔除植被影響的候選田埂線結(jié)果；

16)依次利用基于多方向結(jié)構(gòu)元素的圖像開運(yùn)算、小像素斑塊移除、基于線性結(jié)構(gòu)元素的圖像閉運(yùn)算和圖像細(xì)化對(duì)步驟15)所得的候選田埂線進(jìn)行平滑，得到候選田埂線f₅：

利用以下公式構(gòu)造多方向性結(jié)構(gòu)元素(g₁)：

其中，g₁(x_i,y_i)是像素(x_i,y_i)在g₁處的像素值，α_i是第i個(gè)方向的角度值，間隔長(zhǎng)度i的取值范圍從-90°至90°，L代表結(jié)構(gòu)元素分析窗口的長(zhǎng)度；

利用以下公式進(jìn)行圖像開運(yùn)算：

其中，g₁代表多方向結(jié)構(gòu)元素，f₄是步驟15)剔除植被影響的結(jié)果，f₅是本步驟圖像開運(yùn)算的候選田埂線；

利用以下公式對(duì)小像素斑塊通過(guò)像素對(duì)象的面積實(shí)現(xiàn)過(guò)濾：

其中，T₃是像素斑塊面積的過(guò)濾閾值，f₅是前一公式剔除植被影響的結(jié)果，f₆是本公式小像素斑塊過(guò)濾的候選田埂線；

利用以下公式進(jìn)行圖像閉運(yùn)算：

其中，g₂代表線性結(jié)構(gòu)元素，f₆是前一公式小像素斑塊過(guò)濾后的結(jié)果，f₇是本公式圖像閉運(yùn)算的候選田埂線；

然后利用圖像細(xì)化算法，生成田埂線的骨架，即為經(jīng)過(guò)形態(tài)學(xué)運(yùn)算平滑的耕地田埂線圖像(f₈)。