[發明專利]一種從航空正射影像中提取養殖水塘邊界的方法和系統

有效

• 申請號: 202110347497.4
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113129320B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 程曉光;嚴明;喬華毅;周文濤;潘瑤
• 申請（專利權）人: 飛燕航空遙感技術有限公司
• 主分類號: G06T7/12
• 分類號: G06T7/12;G06T7/13;G06T7/62
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 常虹

1.一種從航空正射影像中提取養殖水塘邊界的方法，其特征在于，包括：

S1、對包含養殖水塘的航空DOM影像進行柵格化，每個柵格中心點所在的像素點為候選檢測點；如果所述候選檢測點對應的像素是有效像素，則將該像素加入候選檢測點集合S_c-dtc中；

S2、從候選檢測點集合S_c-dtc中篩選檢測點，具體包括：

S21、計算S_c-dtc中每個像素點各波段灰度值之和，第k個候選檢測點的各波段灰度值之和DN_k為：其中B為航空DOM影像波段總數，k＝1,2,…,K，K為候選檢測點總數；

S22、如果DN_min≤DN_k≤DN_max，則將第k個候選檢測點作為檢測點；所有檢測點構成檢測點集合S_dtc；DN_min和DN_max為水塘像素各波段灰度值之和的最小值和最大值；

S3、根據檢測點集合S_dtc提取航空DOM影像中的水塘像素，具體包括S31-S35：

S31、將航空DOM中所有像素點的狀態設置為未使用；遍歷S_dtc中的每個檢測點，對于S_dtc中的第w個檢測點p_w，進行如下步驟：

S32、建立種子像素集合S_seed,w和水塘像素集合S_pond,w，并均初始化為空；將p_w加入S_seed,w和S_pond,w，將p_w標記為已使用，建立擴張像素集合S_expand并初始化為空；

S33、計算當前水塘像素集合S_pond,w中像素點各波段灰度值下限dn_b,low,w和上限dn_b,high,w：

如果S_pond,w內像素數目N_pond,w為1，則第b波段灰度值下限dn_b,low,w為影像數據類型可表示的最小值V_min，第b波段灰度值上限dn_b,high,w為影像數據類型可表示的最大值V_max；

如果S_pond,w內像素數目N_pond,w大于1，先對S_pond,w內的像素計算各波段灰度值的平均值和標準差σ_b,w；

如果σ_b,w大于預設的灰度標準差閾值σ_thre，則進入步驟S32處理S_dtc中的下一個檢測點；否則，計算第b波段灰度值下限dn_b,low,w：

計算第b波段灰度值上限dn_b,high,w：

其中C_coef為灰度值偏離均值的最大標準差倍數，且C_coef0；

如果dn_b,low,w小于V_min，則令dn_b,low,w＝V_min；如果dn_b,high,w大于V_max，則令dn_b,high,w＝V_max；

S34、對S_seed,w內的像素進行八鄰域水塘擴張：

遍歷S_seed,w中的像素點，設當前待擴張像素點為p_r,c，位于航空DOM影像的第r行第c列，其八鄰域像素為p_m,n，|m-r|≤1，|n-c|≤1；如果p_m,n狀態為已使用，則跳過p_m,n，處理p_r,c的下一個八鄰域像素；否則，將p_m,n狀態設置為已使用，如果p_m,n滿足第一擴張條件，將p_m,n加入擴張像素集合S_expand；

所述第一擴張條件為：對任意波段b，b∈{1,2,…,B}，p_m,n在第b波段的值dn_m,n,b均滿足dn_b,low,w≤dn_m,n,b≤dn_b,high,w，B為航空DOM影像波段數目；

S35、遍歷S_seed,w中的像素點結束后，如果S_expand內的像素點數大于0，則將S_expand內的點全部加入S_pond,w，將S_seed,w更新為S_expand，并清空S_expand，重新執行步驟S33和S34，以更新后的S_seed,w進行下一次水塘擴張；

如果S_expand內的點數為0，則對S_dtc中的第w個檢測點p_w的擴張結束，跳轉至步驟S32進行下一個檢測點的水塘擴張，直到S_dtc中所有檢測點均擴張結束；

S4、提取水塘像素的邊界，具體包括：

對每個水塘像素集合S_pond,w生成其對應的二值圖像I_bin,w，I_bin,w的大小與航空DOM影像相同，如果S_pond,w包含第r行第c列的像素點，則將二值圖像I_bin,w第r行第c列的灰度值置為1，否則置為0；對二值圖像I_bin,w先進行形態學閉運算，再進行開運算；之后對二值圖像I_bin,w進行邊界追蹤，獲得位于邊界處的像素，構成邊界像素集合S_bound,w；

S5、提取水塘陰影，具體包括：

S51、對每個水塘像素集合S_pond,w，計算陰影各波段灰度值上限，第b波段陰影灰度值上限dn_b,shad,w：

C_shad為陰影第b波段灰度值低于無陰影部分均值的最小標準差倍數，為非負數；

S52、對每個水塘像素集合S_pond,w建立陰影種子像素集合S_seed,shad,w并初始化為空，將S_bound,w內的像素全部加入S_seed,shad,w；建立陰影像素集合S_shadow并初始化為空；

S53、對S_seed,shad,w內的像素逐個進行八鄰域陰影擴張：

遍歷S_seed,shad,w中的像素點，設當前待擴張像素點為p_r,c，位于航空DOM影像的第r行第c列；其八鄰域像素為p_m,n，|m-r|≤1，|n-c|≤1；如果p_m,n狀態為已使用，則跳過p_m,n，處理p_r,c的下一個八鄰域像素；否則，將p_m,n狀態設置為已使用，如果p_m,n滿足第二擴張條件，將p_m,n加入陰影像素集合S_shadow；所述第二擴張條件為：p_m,n的所有波段中，灰度值dn_m,n,b滿足dn_m,n,b≤dn_b,shad,w的波段數目N_lowband大于等于預設的波段數目閾值N_th；

S54、遍歷S_seed,shad,w中的像素點結束后，如果S_shadow內的點數大于0，則將S_shadow內的點全部加入S_pond,w，將S_seed,shad,w更新為S_shadow，并清空S_shadow，重新執行步驟S53，以更新后的S_seed,shad,w進行下一次陰影擴張；

如果S_shadow內的點數為0，則水塘陰影擴張結束；

S55、計算S_pond,w對應的面積A_pond,w：A_pond,w＝N_pond,w|d_xd_y|；其中N_pond,w為S_pond,w中像素點的數量；d_x和d_y分別為每個像素在投影坐標系下橫坐標和縱坐標方向的長度；

如果A_pond,w滿足A_min≤A_pond,w≤A_max，則稱S_pond,w對應有效的水塘，將S_pond,w內的全部像素加入S_allpond，其中A_min和A_max分別為水塘面積的下限和上限；

S6、對整幅影像計算水塘邊界并簡化，具體包括：

S61、對S_allpond內的像素生成對應的二值圖像I_allbin，二值圖像I_allbin的大小和DOM影像相同，如果S_allpond包含第r行第c列的元素，則將二值圖像I_allbin第r行第c列的值置為1，否則置為0；

S62、對二值圖像I_allbin進行邊界追蹤，獲得水塘邊界；

S63、對水塘邊界進行簡化，得到提取出的養殖水塘邊界。