[發明專利]一種直線型耕作田埂的無人機遙感提取方法

有效

• 申請號: 202110280199.8
• 申請日: 2021-03-16
• 公開（公告）號: CN113063375B
• 公開（公告）日: 2022-04-08
• 發明（設計）人: 張建勇;劉今朝;趙艷玲;臧英斐;肖武;胡月明
• 申請（專利權）人: 成都理工大學;重慶市國土整治中心;廣州市華南自然資源科學技術研究院
• 主分類號: G01B11/30
• 分類號: G01B11/30;G01B11/25
• 代理公司: 北京盛凡佳華專利代理事務所(普通合伙) 11947
• 代理人: 王翠

本發明提供的一種直線型耕作田埂的無人機遙感提取方法，包括：1)先采集單時相耕地無人機序列圖像，得到其正射影像和數字表面模型后，利用數字表面模型計算地表粗糙度，通過閾值分割將其二值化、形狀指數濾波候選田埂線，再以正射影像進行植被分割的二值化圖為掩膜剔除植被的影響，然后形態學運算獲取耕作田埂線柵格二值圖；2)對所提取的耕作田埂利用霍夫變換檢測其上的點，再對這些點實施標記、排序、去冗余和修繕步驟，然后將點按照所述田埂連接為多段線(即耕地田埂線)。本發明步驟簡潔明了，自動化程度較高，有利于快速提取耕地的耕作田埂。

技術領域

本發明屬于土地信息技術、農業和遙感技術領域，特別涉及一種直線型耕作田埂的無人機遙感提取方法。

背景技術

耕地是人類賴以生存的基本資源，特別是立地條件良好的耕地所生產糧食占有極大比例。農業田間管理以耕作單元為依據，而當前全球以小像素斑塊農田為基本單元的農業景觀普遍存在，如在中國華北平原地區表現為耕地條帶田塊現象；精細的田間管理與決策需要具體田塊信息的支持，耕作田埂是基本耕作單元的管理界線，當前的提取通常以實地測量與人工數字化為主，作業效率較低，而利用高分辨率衛星影像所獲取的精度與預期使用精度存在差距。因此為精細監測與評價以耕地田塊為基本單元，耕作田埂線的快速提取是極其必要的。

近幾年來，輕小型無人機攝影測量技術以響應迅速、操作簡便、重訪周期短、成圖精度高等諸多優勢，得到了農業、林業、城市、礦業等諸多領域的廣泛青睞。我國華北平原地區為黃淮海沖積平原，耕地面積所占比例超80％，小麥和玉米產量分別占我國總產量的75％、32％，具有典型的耕地條帶田塊景觀，是直線型田埂線的典型代表。典型的耕地條帶田塊一般寬3～8米、長50～300米，由兩個相鄰的田埂線作為邊界線；田塊之間的田埂一般寬30～40cm、高10～20cm，是兩個相鄰田塊的分界線，傳統測量技術或高分辨率衛星影像難以實現高效、精確的測圖。然而，輕小型無人機攝影測量技術獲取厘米級的影像，能夠清晰識別細長的田埂線，具有顯著的圖像特征。田埂與相鄰田面存在一定的高差，在數字高程模型的圖像上表現為顯著的灰度值差異；且狹長的形態特征與道路的圖像特征十分相似，因此借鑒道路檢測方法的思路、挖掘厘米級無人機影像信息并實現直線型耕作田埂的快速提取具有挑戰性。

發明內容

本發明的目的是為解決上述難題，提出一種直線型耕作田埂的無人機遙感提取方法，本發明利用單時相厘米級無人機影像的數字表面模型和正射影像，旨在將數字圖像處理技術和地圖制圖學的方法結合，達到快速非人工地提取耕地基本耕作單元，實現較高自動化程度的直線型耕作田埂提取，有利于精細的田間管理與決策。

本發明提出一種直線型耕作田埂的無人機遙感提取方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

1)在采集單時相耕地的無人機序列圖像，并三維重建獲取正射影像和數字表面模型基礎上，利用數字表面模型計算地表粗糙度，進行閾值分割將其二值化為田埂、非田埂兩類對象；再實施形狀指數濾波，得到更純凈的田埂二值圖；然后以正射影像進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；接著通過形態學運算，獲取圖像邊緣更加平滑的田埂二值圖；

2)對步驟1)所提取的經平滑處理后的耕地田埂二值圖利用霍夫變換檢測其上的點，再對這些點標記、排序，并根據幾何關系去冗余和修繕，然后將點按照所述田埂連接為多段線(即為耕地田埂線)。

進一步地，所述步驟1)的具體過程如下：

11)采集耕地區域的無人機序列圖像，地面同時布設和量測控制點，通過攝影測量軟件處理得到數字表面模型和正射影像，再將目標耕地區域的影像按照典型區域的邊界剪裁，然后將正射影像的色差空間從RGB模式變換為HSV(Hue-Saturation-Value)模式，對數字表面模型計算得到地表粗糙度f；

式中，地表粗糙度f的值在0～1之間，H為滑動分析窗口的中心像素值，為滑動分析窗口內的像素均值，n為滑動分析窗口內的像素個數。