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《武汉大学》 2011年
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基于整体优先性的遥感影像道路信息提取研究

马力  
【摘要】:从遥感影像中提取道路信息是地理数据库更新、变化检测等应用中的一个关键技术问题。多年来人们一直致力于研究发展基于遥感影像的道路自动提取方法,但这些方法多是根据道路的局部影像特征,通过边缘跟踪、模板匹配等方法提取道路的局部特征,通过局部特征组合成中级特征以获取道路信息。这种从局部特征出发自底向上的道路提取方法没有考虑道路的整体特征,难以修正道路提取过程中产生的误差,影响了道路提取的自动化程度及其提取结果的可靠性。如何提高道路信息提取的自动化水平及其可靠性,依然是一个国际难题。 针对这一问题,作者分析了道路影像的整体特征及其对视觉认知的影响,参照人类视觉从整体特征出发的规律,试图将整体特征用于道路信息的自动提取,模拟人的道路认知过程,建立符合人类视觉认知规律的自动/半自动提取方法。作者考虑从遥感影像上道路的整体特征出发自顶向下的提取道路信息,研究了在数据库更新背景下高分辨率遥感影像道路信息提取方法,发展了一种顾及整体特征的道路自动化提取方法,主要完成的工作包括以下几个方面: (1)参照人类视觉从整体特征出发的规律,引入基于整体优先性的高水平视觉加工理论,提出了基于整体优先的自上而下的从整体到局部的道路提取思路。研究了影像空间下道路整体特征的描述与表达,影像空间道路整体特征的建立以及整体控制下的道路信息提取。 (2)利用拓扑连通骨架表达影像空间道路的整体特征。发展了基于形状特征从影像上提取道路骨架的方法。设计了根据灰度的相似性对高分辨率遥感影像进行区域增长法分割的方法,利用面积、椭圆长轴和最大内切圆半径三种形状特征参数选取符合道路影像特征的区域,将道路的形态学骨架作为道路整体结构特征的表达,通过拓扑连通映射建立连通骨架。 (3)利用曲线移动逼近建立影像道路的整体特征。为了解决矢量空间道路与影像空间道路在几何位置上的不一致性,作者提出了基于曲线移动逼近的骨架连通化方法,通过曲线的移动逼近建立影像空间道路的整体拓扑关系。作者讨论了建立不同数据集对应关系的三种模型,利用从矢量数据获取的道路先验拓扑信息作为计算机处理的起点,利曲线移动逼近建立矢量空间道路拓扑特征与影像空问道路骨架特征之间的对应关系。 (4)基于整体特征约束提取道路局部特征。针对道路局部特征的提取,作者基于隔离带信息表达道路的中心线,建立了道路隔离带模型,发展了整体约束下从遥感影像中提取隔离带的Burns改进算法。 (5)对文中所提出的基于整体优先性的道路信息提取方法进行了检验和实例分析。实现了基于区域增长的影像分割,基于形状特征的道路区域选取和道路形态学骨架提取,基于曲线移动逼近的影像道路整体拓扑关系建立,以及基于Burns改进算法的道路隔离带提取。作者的实验验证了文中所提方法的可行性,基于整体优先性的道路信息提取方法顾及了道路的整体特征,在理论上符合人类视觉的认知规律,一定程度上修正了道路提取过程中产生的误差,作者提出的基于曲线移动逼近的数据对应关系建立方法已应用于影像地图生产中矢量数据与影像数据的配准及山区道路的提取中。
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