本發(fā)明涉及一種遙感影像處理領(lǐng)域，具體說(shuō)是一種高分辨率遙感影像人工地物輪廓檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

遙感影像是地面目標(biāo)和現(xiàn)象在圖像上的光譜和幾何特征的綜合反映，不僅僅是體現(xiàn)亮度特征和色度特征的象素單元集合，而且具有復(fù)雜的光譜特征和結(jié)構(gòu)特征。高分辨率遙感影像是一種非常特殊的數(shù)字圖像，其復(fù)雜程度遠(yuǎn)高于普通圖像。高分辨率遙感影像的輪廓檢測(cè)是遙感信息分析與理解的基礎(chǔ)，是數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的一個(gè)挑戰(zhàn)。目前，許多學(xué)者不斷提出相關(guān)輪廓檢測(cè)理論和方法，但就己發(fā)表的成果來(lái)看，這些方法還存在以下問題：

(1)由于遙感影像在成像過程中受傳感器、太陽(yáng)位置等多因素的影響，影像中所表現(xiàn)的目標(biāo)地物信息不僅不完全，而且含有大量噪聲。邊緣和噪聲在空間域都表現(xiàn)為灰度的較大突變，在頻率域則反映為同是高頻分量，在其上執(zhí)行輪廓檢測(cè)的結(jié)果常常把噪聲當(dāng)作邊緣點(diǎn)而檢測(cè)出來(lái)，使真正的輪廓由于受噪聲干擾而沒被檢測(cè)出來(lái)。

(2)遙感影像信息量豐富，與一般圖像相比，其包含的內(nèi)容遠(yuǎn)比普通的圖像多，不同地物間信息的相互影響與干擾，不顯著或模糊的邊界使得要提取出感興趣的目標(biāo)輪廓變得非常困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種高分辨率遙感影像人工地物輪廓檢測(cè)方法，以高分辨率遙感影像作為數(shù)據(jù)源，在尺度空間上做差異圖像，可以減少噪聲對(duì)提取輪廓的干擾，最大限度地保留影像的邊緣信息，方法的計(jì)算量小，自適應(yīng)能力強(qiáng)，輸出結(jié)果可靠。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目標(biāo)所采用的技術(shù)方案是：方法包括以下步驟：

步驟1：先對(duì)輸入遙感影像I進(jìn)行下采樣，得到I_s，將I_s與高斯核函數(shù)進(jìn)行卷積，得到影像I_sc，將I_s減去I_sc，得到差異圖像D；

步驟2：用灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC對(duì)步驟1的差異圖像D進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到候選曲線集合S_cont；

步驟3：考慮到步驟2的灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC服從正態(tài)分布的規(guī)律，采用基于標(biāo)準(zhǔn)誤差函數(shù)的驗(yàn)證方法對(duì)步驟2的候選曲線集合S_cont中的所有曲線進(jìn)行驗(yàn)證并篩選，得到精選曲線集合F_cont；

步驟4：對(duì)步驟3的精選曲線集合F_cont中的所有曲線分別進(jìn)行平滑處理，輸出高分辨率遙感影像人工地物輪廓檢測(cè)結(jié)果。

所述的高斯核函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差其中k為權(quán)衡系數(shù)，用于平衡輪廓的鋸齒和模糊程度，s為尺度空間中相鄰尺度的比值。

所述的灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC是可移動(dòng)的，移動(dòng)方式采用逐行掃描的形式。

所述的灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC是由亮模板M_L和暗模板M_D鄰接而成的窗口，由側(cè)面寬度w確定窗口包含的區(qū)域大小，并按照以下公式計(jì)算灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC中候選曲線的取值v：

式(1)中，M和N分別為亮模板M_L和暗模板M_D中包含的像素點(diǎn)數(shù)，L_m和D_n分別為亮模板M_L中的第m個(gè)像素和暗模板M_D中的第n個(gè)像素，當(dāng)灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC不含邊界信息，覆蓋勻質(zhì)區(qū)域，L_n恒等于D_n，即δ(L_m,D_n)＝0.5時(shí)，當(dāng)灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC包含顯著的邊界信息，L_n恒小于D_n，即δ(L_m,D_n)＝1時(shí)，v＝M×N；當(dāng)候選曲線的取值v大于閾值T₁時(shí)，將候選曲線作為提煉曲線。

所述的側(cè)面寬度w是指亮模板M_L和暗模板M_D的最小外接矩形的短邊，采用兩個(gè)取值其中，保證亮模板M_L和暗模板M_D至少覆蓋一行的像素，用于檢測(cè)對(duì)比度高的輪廓。保證亮模板M_L和暗模板M_D至少覆蓋三行的像素，用于檢測(cè)含有噪聲、邊緣模糊的輪廓。

所述的基于標(biāo)準(zhǔn)誤差函數(shù)的驗(yàn)證方法為利用以下公式計(jì)算曲線的標(biāo)準(zhǔn)誤差取值SER：

式(2)中，積分上限h表達(dá)式中的當(dāng)提煉曲線的標(biāo)準(zhǔn)誤差取值SER小于閾值T₂時(shí)，將其作為精選曲線。

所述的平滑處理方法采用貝塞爾曲線平滑法。

所述的候選曲線是指直接用邊緣檢測(cè)算法檢測(cè)得到的結(jié)果，其中包含過短或無(wú)效的邊緣，需要后續(xù)步驟進(jìn)一步驗(yàn)證和篩選。

本發(fā)明的有益效果是：最大限度地挖掘遙感影像中的人工地物的輪廓信息，可以應(yīng)用于建筑物、道路等人工地物的準(zhǔn)確提取。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的總體處理流程圖。

圖2是本發(fā)明的灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

圖1是本發(fā)明的總體處理流程圖：

在步驟101，輸入待處理的高分辨率遙感影像I為Quickbird全色影像，空間分辨率為0.81米。

在步驟102，對(duì)高分辨率遙感影像I進(jìn)行下采樣得到I_s，其中，采樣間隔為2個(gè)像素。

在步驟103，將I_s與高斯核函數(shù)進(jìn)行卷積，得到影像I_sc，將I_s減去I_sc，得到差異圖像D，其中，高斯核函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差其中k為權(quán)衡系數(shù)，用于平衡輪廓的鋸齒和模糊程度，s為尺度空間中相鄰尺度的比值。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，將k設(shè)定為1.5，將s設(shè)定為0.8。

在步驟104，用灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC對(duì)步驟103中的差異圖像D進(jìn)行邊緣檢測(cè)，得到候選曲線集合S_cont，其中，GSC是可移動(dòng)的，移動(dòng)方式采用逐行掃描的形式，基于高分辨率遙感影像的人工地物遵循規(guī)則分布的特征并考慮后續(xù)步驟的計(jì)算量和輪廓相關(guān)信息保留程度之間的權(quán)衡問題，用不同傳感器和不同尺寸的遙感影像進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)將移動(dòng)步距P設(shè)置5的效果最佳，灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC是由亮模板M_L和暗模板M_D鄰接而成的窗口，由側(cè)面寬度w確定窗口包含的區(qū)域大小，并按照以下公式計(jì)算灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC中候選曲線的取值v：

其中，M和N分別為亮模板M_L和暗模板M_D中包含的像素點(diǎn)數(shù)，L_m和D_n分別為亮模板M_L中的第m個(gè)像素和暗模板M_D中的第n個(gè)像素，當(dāng)灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC不含邊界信息，覆蓋勻質(zhì)區(qū)域，不含邊界信息，L_n恒等于D_n，即δ(L_m,D_n)＝0.5)時(shí)，當(dāng)灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC包含顯著的的邊界信息，L_n恒小于D_n，即δ(L_m,D_n)＝1)時(shí)，v＝M×N；當(dāng)候選曲線的取值v大于閾值T₁時(shí)，將候選曲線作為提煉曲線。側(cè)面寬度w采用兩個(gè)取值其中，保證亮模板M_L和暗模板M_D至少覆蓋一行的像素，用于檢測(cè)對(duì)比度高的輪廓；保證亮模板M_L和暗模板M_D至少覆蓋三行的像素，用于檢測(cè)含有噪聲、邊緣模糊的輪廓。

在步驟105，考慮到步驟104的灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口GSC服從正態(tài)分布的規(guī)律，采用基于標(biāo)準(zhǔn)誤差函數(shù)的驗(yàn)證方法對(duì)步驟4的候選曲線集合S_cont中的所有曲線進(jìn)行驗(yàn)證并篩選，得到精選曲線集合F_cont，其中，基于標(biāo)準(zhǔn)誤差函數(shù)的驗(yàn)證方法為利用以下公式計(jì)算曲線的標(biāo)準(zhǔn)誤差取值SER：

其中，積分上限h表達(dá)式中的當(dāng)提煉曲線的標(biāo)準(zhǔn)誤差取值SER小于閾值T₂時(shí)，將其作為精選曲線。

在步驟106，對(duì)步驟105的精選曲線集合F_cont中的所有曲線利用貝塞爾曲線平滑法分別進(jìn)行平滑處理。

在步驟107，輸出輪廓。

經(jīng)試驗(yàn)，步驟104中的閾值T₁和步驟106中閾值T₂分別設(shè)置為0.75和0.6。

圖2是本發(fā)明的灰度統(tǒng)計(jì)比較窗口示意圖。

200為差異圖像D的局部，201為一段輪廓曲線，202為亮模板M_L，203為暗模板M_D，204為側(cè)面寬度w。