基于lidar数据和航空影像的水体自动提取

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1、第35卷第8期武汉大学学报·信息科学版Vo1．35No．82010年8月GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversityAug．2010文章编号：1671—8860(2010)08—0936—05文献标志码：A基于LiDAR数据和航空影像的水体自动提取张永军吴磊林立文赵家平(1武汉大学遥感信息工程学院，武汉市珞喻路129号，430079)摘要：提出将IiDAR数据对水体的敏感性与航空影像的高分辨率特征相结合的水体自动提取方法。利用SIFT算法对IiDAR强度图像和航空影像进行配准，在IiDAR高程图像上提取无回波信号的黑色区域，构建几何约束条件

2、．排除由遮挡产生的无效区域；将水体初始位置映射到航空影像上，结合边缘信息进行区域生长，并对生长区域进行数学形态学运算，最终获取水体区域。实验结果表明，该方法可以获得很好的水体提取效果。关键词：水体提取；IiDAR；航空影像；区域生长；数学形态学中图法分类号：P237．3水体是一类常见的地物，其自动提取在矢量图制作、地理信息系统更新、水资源调查、洪灾预1水体提取方案测和评估等方面具有广泛的应用价值口]。目前，用于水体提取的影像数据源较多_3]，中低分辨激光扫描通常用来测距，可快速地获得地形数据。另外，由于地物对特定波长激光的反射能率遥感影像(如MODIS)可用于洪水灾害监测[4；力有所不同，

3、因此，激光回波信号还记录了地物的高分辨率遥感影像(如LandsatTM)可用于主干反射特性。且由于LiDAR是主动发射能量集中河流的提取；SPOT可用于支流水系和内陆湖的激光脉冲，所以跟被动遥感成像相比，它具有更泊的提取。数字高程模型也可以作为水域提取强的抗干扰性。如理论上，水体对波长为0．70～的数据源L7。1．95m的电磁波具有强吸收性，但遥感影像受小水体是农业生产、水土保持工作中不可忽大气、周围地物的影n向以及光谱分辨率的限制，水视的水源，对于小水体提取方法的研究具有重要体在近红外的某一个波段上仍有信号。而Li—的实用性l。用于陆地测量的机载IiDAR的工DAR的点云数据上，大部分水

4、体区域是完全没有作波长一般为1f]4O～1060nm{】，刚好位于水体回波信号的，因此，可从LiDAR数据中自动寻找的强吸收带。由于水体不反射激光脉冲，所以在数水体区域的初始位置，再结合航空影像进行水体据后处理中．这区域常常赋予特定的黑色用于边缘的精确确定。水体探测。但I．iDAR数据受点云密度的限制，本文所采取的水体提取方案如图1所示，首不能获得连续的地物信息，也就无法得到精确的先利用LiDAR数据产生灰度高程图像，由Li—水体边缘。航空影像分辨率高，纹理丰富，能提供DAR数据中没有回波信号的区域N对应灰度值精确的边缘信息，然而，不同水质、不同污染程度0，其余255级灰阶则表示不同的高程

5、，由点云正以及不同光照条件下的水体在可见光成像的航空射投影生成的高程图像提供了方便的2．5维信影像上一般具有不同的颜色，即水体在可见光成息，可将点云检索的三维操作转化为高度图像上像影像上的多义性给检测带来了困难。因此，本的二维操作，同时可以检索黑色区域边界各像素文提出结合机载IiDAR数据与航空影像进行精的高度信息，减少了运算量；然后从高程图像中提细水体提取的方法。取无回波信号的黑色区域，并利用高程方向上的收稿日期：2O1O0615。项目来源：国家自然科学基金资助项目(40671157)。第35卷第8期张永军等：基于LiDAR数据和航空影像的水体自动提取937几何约束条件易0除由于地物遮挡

6、所引起的黑色区出了适合该方案提取的水体形状下限。域，筛选出真正的水体区域；利用扫描线方法找出每一块区域中最优的水体种子点，使其经过配准3LiDAR高程图像中水体种子点的映射后，以最大的可能落在航空影像上的目标水提取域内部；通过配准参数确定高程图像上的水体种子点在航空影像上的对应点；最后结合航空影像为了确定高程图像上的水体种子点，首先需的边缘信息进行质心区域生长，确定水体的精确要进行高程图像的边界跟踪，确定无回波的黑色边界，并进行腐蚀一膨胀的形态学处理，消除水体区域，每一块区域用封闭的边界曲线表示。然后区域的孤立噪声，从而完成水体边缘的准确提取。根据水体和遮挡阴影在高程图像上的不同几何约束，

7、排除由信号遮挡造成的黑色区域。最后采用扫描线方法确定水体区域种子点的最佳位置。3．1高程图像几何约束的构建经过边界跟踪，可得到高程图像上所有的无回波区域N(i一1，2，⋯，)，这些区域中包含以下四类情况：①水体，集合Water；②被建筑物、植被等遮挡形成的无回波区(如图2(b)中的S段)，集合Shade；③同时包含遮挡和水体的混合区域(如图2(a)所示)，集合Mix；④对近红外波段具有强吸收作用的其他地物或由镜面反射导致