基于形態(tài)特征的高分影像地物識別與提取

■韓敬宇 邢立新 李艷秋

（吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院吉林長春130026）

基于形態(tài)特征的高分影像地物識別與提取

■韓敬宇 邢立新 李艷秋

（吉林大學(xué)地球探測科學(xué)與技術(shù)學(xué)院吉林長春130026）

應(yīng)用高分辨率遙感圖像對特定目標(biāo)識別數(shù)據(jù)量大、干擾信息較多，根據(jù)不同目標(biāo)的類型和尺度采用不同的方法。本文提出一個(gè)基于形狀特征的高分辨率遙感圖像目標(biāo)檢測識別方法。通過加權(quán)直線段長度密度分布顯著性模型及決策樹的方法，檢測機(jī)場跑道進(jìn)而確定導(dǎo)彈陣地目標(biāo)區(qū)域，根據(jù)Hough變換邊緣提取方法獲取跑道和發(fā)射場坪，對導(dǎo)彈的空間分布進(jìn)行分析和提取。

遙感圖像Hough變換邊緣信息提取目標(biāo)識別

1 引言

隨著衛(wèi)星遙感影像對地觀測技術(shù)的發(fā)展，在軍事和經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中都需要從遙感影像中得到快速、宏觀、動(dòng)態(tài)的信息源。從遙感圖像處理結(jié)果中可以獲取準(zhǔn)確的目標(biāo)（如導(dǎo)彈陣地）和戰(zhàn)場信息，基于遙感圖像的目標(biāo)識別在現(xiàn)代戰(zhàn)爭情報(bào)搜集中起著重要的作用，然而現(xiàn)有的遙感信息處理技術(shù)及處理的精度仍不能達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的要求。在國內(nèi)，遙感圖像處理方面的技術(shù)應(yīng)用于軍事領(lǐng)域較少，主要滿足民用要求，如圖像產(chǎn)品和分類等。機(jī)場和導(dǎo)彈的識別一般使用的是手工選擇邊界和輪廓，未考慮到機(jī)場與導(dǎo)彈之間的特定關(guān)系，作為識別重要目標(biāo)導(dǎo)彈的方法之一。為了提高遙感圖像數(shù)據(jù)的利用率、提高遙感信息自動(dòng)化處理的效率和可靠性、增強(qiáng)軍事偵察和情報(bào)信息收集能力，應(yīng)用高分辨率遙感圖像中典型目標(biāo)的識別與提取，研究了圖像分割、感興趣區(qū)域（Regions of Interest,ROI）檢測、特征提取等關(guān)鍵技術(shù)。基于以上的遙感影像處理方法，研究了基于形態(tài)特征的高分影像地物識別與提取[1-4]。

在軍事應(yīng)用上，地空導(dǎo)彈陣地目標(biāo)識別與提取有十分重要的作用，導(dǎo)彈在高分辨率影像中提取較為困難，根據(jù)導(dǎo)彈與發(fā)射場坪的對應(yīng)關(guān)系，同時(shí)發(fā)射場坪的形態(tài)特征明顯，因此，基于形態(tài)學(xué)的識別技術(shù)能夠有效地提取發(fā)射場坪的這些特征。

2 數(shù)據(jù)

衛(wèi)星遙感圖像利用遙感器從遠(yuǎn)距離感知目標(biāo)反射或者自身輻射的電磁波、可見光或紅外線來合成的圖像。目前遙感圖像覆蓋范圍較大,圖像中信息量很多,對特定目標(biāo)的識別帶來一定的困難。

當(dāng)前許多國家發(fā)射了一系列資源衛(wèi)星，主要包括美國的Lnadsat系列衛(wèi)星,主要用于陸地資源探測和環(huán)境檢測,應(yīng)用最為廣泛；1986年法國的SPOT系列衛(wèi),以陸地為主應(yīng)用，同時(shí)也用于立體觀測和高程測量,還可以與多種數(shù)據(jù)融合制作高分辨率衛(wèi)星圖像,代替航空像片；日本的MOS衛(wèi)星,印度的RIS系列衛(wèi)星等提供的圖像也用于對地觀測。但上述衛(wèi)星獲取的遙感圖像信息量較多，不能精確的提取。但美國的幾種高分辨率商用遙感衛(wèi)星可以完全滿足要求。地球觀測公司的晨鳥全色波段分辨率最高達(dá)到3米,平面位置精度誤差不超過40米;平面位置精度誤差小于10米;軌道成像公司的軌道觀測衛(wèi)星提供1米分辨率級別的全色圖,平面位置精度誤差小于12米;太空成像公司的商業(yè)遙感系統(tǒng)衛(wèi)星的圖像也達(dá)到米級。我國自行研制的尖兵三號衛(wèi)星所提供的全色波段衛(wèi)星圖片的分辨率也達(dá)到米級,基本可以滿足建筑物識別要求。

3 目標(biāo)識別與提取

3.1 研究區(qū)概況

遙感影像背景復(fù)雜，地空導(dǎo)彈陣地在識別提取的過程中容易受背景中其它地物的干擾，而導(dǎo)彈屬于遙感影像中較小的目標(biāo)，直接從影像中提取的難度較大，但其發(fā)射場坪影像特征十分明顯，導(dǎo)彈與發(fā)射場坪存在對應(yīng)關(guān)系，因此將導(dǎo)彈發(fā)射場坪作為研究的主要目標(biāo)，基于形態(tài)學(xué)的識別技術(shù)能夠有效地利用發(fā)射場坪的這些特征，加上空間關(guān)系信息，能夠在背景復(fù)雜的遙感影像中識別與提取出目標(biāo)信息。發(fā)射場坪主要有三個(gè)特征,（1）幾何特征：發(fā)射場坪一般成矩形，且面積基本相同。（2）輻射特征：發(fā)車場坪為水泥表面，與其相鄰區(qū)域灰度值反差大，一般具有明顯的邊緣，且邊緣梯度較大。（3）空間關(guān)系特征：待識別的發(fā)射場坪在一定范圍內(nèi)聚集出現(xiàn)，而且相互不交疊。通過以上三種特征獲取研究區(qū)發(fā)射場坪。

3.2 基于差值方法目標(biāo)信息提取

差值運(yùn)算是圖像運(yùn)算中一種，通過一系列運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)圖像增強(qiáng)，達(dá)到提取某些信息或去掉不必要信息的目的。

圖1 研究區(qū)發(fā)射場坪

3.3 基于Hough變換的目標(biāo)信息提取

（1）Hough直線檢測。Hough變換是從影像中識別幾何形狀的基本方法之一，基本原理是利用點(diǎn)與線的對偶性，將原始圖像空間的給定的曲線通過曲線表達(dá)形式變?yōu)閰?shù)空間的一個(gè)點(diǎn)。把原始影像中檢測給定曲線轉(zhuǎn)化為尋找參數(shù)空間。也把檢測整體特性轉(zhuǎn)化為檢測局部特性。

（2）Hough變換邊緣提取。Hough變換是一種從圖像空間到參數(shù)空間的映射關(guān)系。其基本原理在于利用圖像空間和Hough參數(shù)空間的點(diǎn)與線的對偶性，把檢測圖像空間轉(zhuǎn)換到參數(shù)空間。通過在參數(shù)空間里進(jìn)行簡單的累加統(tǒng)計(jì)，然后在Hough參數(shù)空間尋找累加器峰值的方法檢測直線。Hough變換的實(shí)質(zhì)是將圖像空間內(nèi)具有一定關(guān)系的像元進(jìn)行聚類，把這些像元用某一種方式聯(lián)系起來的參數(shù)空間累計(jì)對應(yīng)點(diǎn)。

圖2 預(yù)處理結(jié)果圖

Hough變換是一種利用圖像的?全局特征將特定形狀的邊緣連接起來，形成連接平滑邊緣的一種方法，它將源于圖像上的點(diǎn)映射到用于累加的參數(shù)空間，實(shí)現(xiàn)對已知解析式曲線的識別。

這里先對邊緣圖像進(jìn)行二值化處理，然后用Hough變換提取直線，最后用紅色標(biāo)記出來。因?yàn)樘幚磉^程中需要使用灰度圖像，但最后無法給灰度圖像賦顏色，所以最初輸入要求為彩色圖像。

圖3 提取結(jié)果圖

4 結(jié)論分析

機(jī)場與導(dǎo)彈陣地遙感信息目標(biāo)提取是軍事領(lǐng)域中的重要內(nèi)容之一。根據(jù)導(dǎo)彈陣地與機(jī)場目標(biāo)的部署關(guān)系，確定導(dǎo)彈陣地位置。提取導(dǎo)彈陣地中應(yīng)用了不同的提取方法，結(jié)果中可以看出基于Hough變換的方法提取研究區(qū)導(dǎo)彈陣地的結(jié)果較為理想。

[1]李英.影像判讀-理,空軍第二航空大學(xué),1999:1 5

[2]徐忠林,杜春國,楊桄.信息化戰(zhàn)爭條件下目標(biāo)偵察現(xiàn)狀及發(fā)展研究,軍事教學(xué)科學(xué), 2007

[3]空軍作戰(zhàn)指揮學(xué)，中國人民解放軍，2006.

[4]葉斌,彭嘉雄.基于結(jié)構(gòu)特征的機(jī)場識別與理解.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào),2001（3）.

[5]許勝榮 ,李忠興.自然景物中橋梁目標(biāo)的識別方法.浙江大學(xué)學(xué)報(bào),1995（9）.

P237[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-232-2

韓敬宇（），男，碩士研究生，研究方向?yàn)檫b感圖像處理。