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《武汉大学》 2010年
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粒度理论下的多尺度遥感影像分割

张桂峰  
【摘要】: 高空间分辨率遥感技术的发展在给遥感应用带来机遇的同时也带来了挑战,传统基于像素的影像分析方法局限性日益凸显。面向对象遥感影像分析技术在消除椒盐噪声、处理空间关系方面具有极大的优势,已成为当前发展趋势。在面向对象的遥感影像分析技术中,一个非常关键的技术就是影像分割。高分辨率遥感影像上,地物种类众多,且呈现层次性、结构化特征。为从多角度、多层次分析与理解地学现象,需要利用不同尺度的分割结果进行分析。但是,目前已有的大部分多尺度分割算法对高分辨率遥感影像的针对性不够,并且各层信息难以传递。鉴于此,论文将粒度理论里的粒度合成及粒度分层技术引入到高分辨率遥感影像分割过程中来,力图探索一条高分辨率遥感影像多尺度分割的有效途径。 论文从遥感影像所反映地物的多尺度特性出发,结合粒度合成及粒度分层技术,对粒度概念下的高空间分辨率遥感影像多尺度分割做出了一些理论探讨、算法设计和实验分析工作,主要内容如下: (1)提出了一种嵌入边缘信息区域自适应的标记分水岭高分辨率遥感影像分割方法。该方法通过阈值分割方法从梯度影像上提取标记影像,且阈值通过区域自适应方法进行确定。对于每一像素,阈值由局部区域梯度分布及影像直方图的分位数共同决定。区域自适应的阈值生成方法保证了纹理丰富区域阈值高,而光谱变化平缓的区域阈值低。此方法生成的标记影像更符合实际情况。嵌入置信度的边缘提取方法一定程度上可提取弱边缘,且边缘定位精度高。利用其修改梯度影像,使得边缘上点最后被浸没到,成为对象边界。 (2)提出了两种标记分水岭多尺度影像分割方法:基于尺度空间和基于Mumford-Shah模型的多尺度影像分割方法。基于尺度空间的方法利用标记分水岭方法分割尺度空间中多个尺度的影像,从而获得多尺度的分割结果。同时以尺度空间为基础,建立多尺度分割与多尺度边缘提取间的尺度联系,将同一尺度影像上提取的边缘引入到标记分水岭分割过程中。基于Mumford-Shah模型的标记分水岭尺度化方法以标记分水岭方法所得同质斑块为基元,通过不断合并合并代价最低的相邻斑块来实现Mumford-Shah函数的最小化。以区域拟合误差与相邻斑块公共边长度的比值来定义合并代价,其间边缘信息的引入,使得公共边与边缘重叠度高的相邻斑块被合并概率降低。 (3)提出了基于分割结果评价的尺度选择方法。以分类样本为参考数据,利用分割结果评价方法评价各尺度分割结果的吻合程度,以选择各类地物的最佳分割尺度。分类样本反映了分类目的,因此,由此方法选择的尺度更能符合分类目。另外,遥感影像地物种类众多且固有尺度不尽相同,这也决定了需要选择出多个最合适分割尺度。考虑到同一地表覆盖类型内地物尺度相似,因此可以为每一种地表覆盖类型选择出一个最合适的分割尺度。对于某一地表覆盖类型,尺度选择时以该地表覆盖类型的样本数据为参考数据。 (4)提出了两种尺度综合理论与方法:基于粒度分层技术和基于粒度合成技术。基于粒度分层技术的尺度综合方法将影像分割过程分为两个层次:粗分割与细分割。粗分割将影像按地表覆盖类型划分为多个大的影像斑块,细分割则将每个大的斑块细分,细分所用尺度依据斑块所属地表覆盖类型确定。基于粒度合成的尺度综合方法利用尺度选择技术为每一地表覆盖类型选择一个最佳尺度的分割结果,形成中间粒度空间,并利用拓扑结构合成技术完成粒度空间的合成,最终实现尺度综合。 论文的主要创新点在于: (1)提出了两种标记分水岭多尺度分割方法:基于尺度空间的以及基于Mumford-Shah式的。基于尺度空间的标记分水岭多尺度分割方法以尺度空间为基础,建立了多尺度边缘提取与多尺度影像分割间的尺度联系,每个尺度影像分割时引入对应尺度的边缘信息。基于Mumford-Shah式的标记分水岭多尺度分割方法,以标记分水岭方法所得同质斑块为基元并引入边缘信息,可消除大量小面积斑块及提高边界定位精度。 (2)提出了基于分割结果评价的尺度选择技术。以分割评价结果为标准进行尺度选择,而分割质量体现了分割结果与样本数据的符合程度,因此该尺度选择方法所得尺度能更好的符合应用目的。 (3)提出了两种尺度综合理论和方法:基于粒度分层理论及基于粒度合成理论。基于粒度分层的尺度综合方法利用分层方法来分割遥感影像,利用上一层获得的信息指导下一层分割尺度的选择,实现了信息在不同层之间的传递,同时实现了多个尺度分割结果的综合。基于粒度合成的尺度综合方法将不同尺度的分割结果综合,最终分割结果中综合了多个尺度的影像斑块。该方法将多维任务分解为多个一维任务然后进行综合,提高分割效率和减小分割难度。 本文将粒度概念引入到高空间分辨率遥感影像分割过程中,实验与分析表明,本文所提方法能自适应的为包含不同类型地物的影像、不同分类目的提供满足分类要求的分割结果,具有良好的可行性与有效性。 尚需进一步研究的问题: (1)研究能依据地表覆盖类型自动确定尺度选择中的分割结果度量标准与方法,增强尺度选择技术的自适应性。 (2)研究不同地物类型对应分割尺度之间的差异,将地物划分为更多地表覆盖类型,使得同一地表覆盖类型中的地物分割尺度更为接近。 (3)在基于粒度分层技术的尺度综合里,充分利用上一层分割中获得信息(如斑块的破碎度)进行尺度选择,提高分割效率。 (4)研究每种地表覆盖类型最佳分割特征与分割方法,并利用不同特征与方法来获取每种地表覆盖类型的最适合的分割结果。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP751

【引证文献】
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1 李珀任;潘懋;杜世宏;;一种基于标记分水岭的高分辨率遥感影像分割方法[J];地理与地理信息科学;2012年05期
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1 易俐娜;面向对象遥感影像分类不确定性分析[D];武汉大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 黄亮;一种融合边缘与对象异质性的影像分割算法[D];昆明理工大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 张燕平;基于商空间的构造性数据挖掘方法及应用[D];安徽大学;2003年
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中国硕士学位论文全文数据库 前1条
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【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 蔡薇;郭洪海;隋学艳;杨丽萍;;基于混合像元分解提取小麦种植面积的技术与方法研究[J];山东农业科学;2009年05期
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10 陈会明;;浅谈遥感技术在农业生产中的应用[J];安徽农学通报(上半月刊);2009年19期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谭守标;霍剑青;郝建;王晓蒲;赵永飞;谢行恕;;高分辨率软X射线显微成像下细胞的自动提取?[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
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7 周佳男;;一种拓扑纹理图像的相位场模型分割算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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9 邱雪娜;刘士荣;刘斐;朱伟涛;杜方芳;;一种基于序贯检测机制的运动目标跟踪算法[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
10 郭朝辉;龚亚丽;;利用环境减灾卫星进行干旱灾害监测研究[A];全国旱情监测技术与抗旱减灾措施论文集[C];2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周兴东;徐州市城区景观格局时空变化遥感监测与分析[D];山东科技大学;2010年
2 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 沈郑燕;声纳图像去噪与分割技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 汤春瑞;水下目标声图像多分辨率分析及识别研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 林颖;基于水平集方法的图像分割关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王红;基础地理信息地形数据库信息量度量方法研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
7 程军娜;基于形态学多尺度图像分析的海藻细胞图像分割及特征提取[D];中国海洋大学;2010年
8 孟涛;农村环境管理权均衡配置研究[D];中国海洋大学;2010年
9 时长江;豆科类杂草种子图像识别系统研究[D];中国海洋大学;2009年
10 任广波;基于半监督学习的遥感影像分类技术研究[D];中国海洋大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李硕;基于Vis/NIR光谱不同粒径下土壤碳氮的预测研究[D];华中农业大学;2010年
2 宋天斌;油浸式变压器绝缘在线监测系统研究[D];华中农业大学;2010年
3 韩筱婕;基于城市热岛减缓的湖泊湿地景观功能连通性研究[D];华中农业大学;2010年
4 易兴翠;基于景观生态学的土地整理项目规划设计研究[D];华中农业大学;2010年
5 孙涛;基于DR骨密度分析系统的研究[D];南京医科大学;2010年
6 陈国强;准双曲面齿轮接触图像齿形轮廓和接触斑点的二维重构[D];河南理工大学;2010年
7 赵永刚;图像检索中形状描述和匹配算法研究[D];南昌航空大学;2010年
8 吕媛媛;基于本体的物流信息集成系统的研究[D];山东科技大学;2010年
9 胡红;矿区植物胁迫作用与遥感信息提取[D];山东科技大学;2010年
10 张明军;基于小波包最优树的图像融合技术研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 谭衢霖;刘正军;沈伟;;一种面向对象的遥感影像多尺度分割方法[J];北京交通大学学报;2007年04期
2 谭衢霖;沈伟;高姣姣;;高分辨率遥感影像分割提取构筑物评估[J];北京交通大学学报;2010年01期
3 张俊;王宝山;吕宝庆;;面向对象高分辨率影像信息提取中的尺度效应研究[J];北京测绘;2010年01期
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6 庞新华;朱文泉;潘耀忠;贾斌;;基于高分辨率遥感影像的耕地地块提取方法研究[J];测绘科学;2009年01期
7 张景雄,杜道生;位置不确定性与属性不确定性的场模型[J];测绘学报;1999年03期
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9 谭玉敏;槐建柱;唐中实;;基于邻接图的面向对象遥感图像分割算法[J];大连海事大学学报;2009年02期
10 高伟;刘修国;彭攀;陈启浩;;一种改进的高分辨率遥感影像分割方法[J];地球科学(中国地质大学学报);2010年03期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 覃茂运;何一明;;基于粒度理论的高空间分辨率遥感影像分割方法[A];全国测绘科技信息网中南分网第二十四次学术信息交流会论文集[C];2010年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 刁智华;大田小麦叶部病害智能诊断系统研究与应用[D];中国科学技术大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 徐岩;基于多分辨率分析的分水岭分割技术研究[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2006年
2 孟亚宾;高分辨率卫星影像建筑物轮廓提取方法研究[D];辽宁工程技术大学;2007年
3 张玲艳;基于Canny理论的自适应边缘检测方法研究[D];西北大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 马振;吴纪桃;罗中华;;基于水平集方法的遥感图像道路提取算法[A];第十三届全国图象图形学学术会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 崔林丽;遥感影像解译特征的综合分析与评价[D];中国科学院研究生院(遥感应用研究所);2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 高贵;高分辨率SAR图像目标特征提取研究[D];国防科学技术大学;2003年
2 陈金男;基于水平集方法的图像分割研究[D];燕山大学;2007年
3 施海亮;基于Snakes模型的高分辨率遥感影像道路提取方法研究[D];河海大学;2007年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈白帆,蔡自兴;基于尺度空间理论的Harris角点检测[J];中南大学学报(自然科学版);2005年05期
2 贾静平;张飞舟;柴艳妹;;基于核密度估计尺度空间的目标跟踪算法[J];清华大学学报(自然科学版);2009年04期
3 邓传斌;郭雷;李维;;基于尺度空间理论的角点检测[J];火力与指挥控制;2010年11期
4 曾庆业;唐娉;;使用仿射不变特征的遥感图像自动配准[J];计算机工程;2009年01期
5 贾静平;张飞舟;柴艳妹;;基于核密度估计尺度空间的目标跟踪算法[J];清华大学学报(自然科学版)网络.预览;2009年04期
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
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中国重要报纸全文数据库 前4条
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2 张晓清;怎样做个DV影视制片人[N];中国电脑教育报;2002年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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5 杨淑媛;自适应多尺度几何网络理论与应用[D];西安电子科技大学;2005年
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7 张萌萌;基于演化方法的多尺度图像处理技术研究[D];北京科技大学;2012年
8 龚;基于HDA和MRF的高光谱影像同质区分析[D];武汉大学;2007年
9 张洁玉;图像局部不变特征提取与匹配及应用研究[D];南京理工大学;2010年
10 汪永红;多尺度道路网路径规划关键技术及应用研究[D];解放军信息工程大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 闫卫杰;基于结构张量的B-样条多尺度表示的角点检测[D];重庆大学;2010年
2 马雪琴;多尺度信息融合算法研究[D];南京理工大学;2012年
3 王鹏;器官模型重建的关键技术研究[D];西北大学;2004年
4 李夏;尺度理论框架下的水平集方法研究及其应用[D];北方工业大学;2011年
5 刘周周;遥感影像分割最优参数选择研究[D];兰州大学;2012年
6 申晋利;吉林省莫莫格地区面向对象湿地遥感分类方法研究[D];中国地质大学(北京);2006年
7 马文;高分辨率遥感影像道路分割算法研究[D];河海大学;2006年
8 陈灿;基于尺度空间理论的抗几何攻击水印算法[D];湖南大学;2007年
9 唐剑波;遥感影像中的道路半自动提取技术研究[D];同济大学;2008年
10 胡芳;多尺度下二维图像轮廓的表示法研究[D];北方工业大学;2010年
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