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1、2008.1理论研究遥感信息遥感图像分形特征提取与分割郑桂香,蔺启忠(中国科学院遥感应用研究所,北京100101)摘要:分形理论由B.B.Mandelbrot于20世纪70年代中期创立,现已被广泛地应用于自然科学和社会科学的几乎所有领域。本文在前人研究的基础上,利用双毯法(DoubleBlanketMethod)提取出图像的分形特征并用于图像分割,进一步证实了分形在此领域的可行性和有效性。首先,通过比较局部分形维数偏移全局分形维数的标准差来确定适合该方法的最优滑动窗口。其次,考虑到单尺度
2、分维特征的局限性,提取出多尺度的特征值并建立分形维数谱。然后,以模拟图像为例,分析图像中各区域的分维谱,选择适当尺度的分形特征,利用最大似然法对图像进行分割。最后,将分形理论应用于遥感图像中,与传统的基于灰度值特征的图像分割方法相比,加入图像的空间分形纹理特征后分割精度明显提高。研究结果表明:分维值的大小和变化趋势可以表示不同地物的空间复杂度,结合地物的光谱以及灰度信息能有效地识别目标地物。关键词:遥感;多尺度分形;双毯法;图像分割中图分类号:TP751文献标识码:A文章编号:1000-3177(2008)95-0009-07割的精度。分形理论应用于遥感图像,
3、为遥感信息1引言科学提供了崭新的理论指导和技术方法,随着研究自B.B.Mandelbrot创立分形以来,分形理论的不断深入一定会涌现出更多的新成果,从而有力被广泛的应用于山脉、河流、云等地表真实景观的模地推动遥感信息科学的进程。拟。Pentland观察到自然过程产生了分形曲面,通2分形与分形维数过对曲面数据的分析可以得出其分形特征。他提出[1]用分形维数去描述自然表面的粗糙度。自然表面Mandebrot指出分形具有三要素:形状、机遇和[8]的分形性决定了图像的分形性,Peleg等人提出双维数。分形的形状是指事物支离破碎、参差不齐毯法,根据图像的灰度曲面面积,计算
4、不同尺度下的等不规则性特征。机遇用来描述对象的差异性;维[2~3]分形维数,应用于图像中目标与背景的识别。数则是用分数的形式来定量描述客观事物的非规近年来,分形理论被引入到遥感领域,主要应用在遥则程度。分形具有自相似性和自仿射性,并且在某[4][9]感影像的特征信息提取、信息融合、辅助遥感图像种意义下分形维数严格地大于其拓扑维数。常见[5]分类和以及模拟遥感图像等方面。孙家柄利用分的维数有相似维、Hausdorff维、盒维数、信息维数、形与小波方法进行航片与TM的特征融合,提高了关联维数等。本文根据图像数据的特点应用双毯法[6]影像的信息量和清晰度;舒宁则采用分形方
5、法进计算图像的分维值。行单波段影像的分维估计与多波段影像纹理分Peleg在分形布朗随机模型的基础上,基于图[7]析,这些研究均促进了分形理论与遥感科学的交像表面的灰度信息创立了双毯法。该方法将图像叉发展。视为一座山丘,高度为图像的灰度值,在距该表面为基于双毯法进行遥感图像分形特征的提取,目r的两侧形成厚度为2r的毯子。对于不同的r,毯[2]的在于通过对提取特征的分析识别不同的地物类子的面积可以重复如下计算:型,同时将图像的空间结构分形纹理特征加入到图设f(i,j)代表灰度值函数,ur,br分别代表上像分割,结合图像的光谱以及灰度信息,提高图像分表面和下表面。先令收稿
6、日期:2007-06-13基金项目:国家自然科学基金项目(40371085)作者简介:郑桂香(1983~),女,湖南宁乡人,中科院遥感所在读硕士研究生,主要从事资源环境遥感研究。Email:zhenggui913@163.com9遥感信息理论研究2008.1u0(i,j)=b0(i,j)=f(i,j)(1)该方法对模拟图像进行实验。参照T.Parrinello生[12]则上下两张毯子分别沿如下的方法生长:成的模拟图像,本实验中的第一个图像由一个随ur(i,j)=max{ur1(i
7、,j)+1,机函数和一个确定的函数生成,第二个图像则由两maxur1(m,n)},r=1,2,3!个不同的随机函数产生。d(i,j,m,n)1模拟图像见(图1(a))的大小为256#256像(2)元,由两个同心矩形组成,像素值范围0~255。外br(i,j)=max{br1(i,j)+1,部环形区域是在matlab软件中根据randn函数生maxbr1(m,n)},r=1,2,3!成的服从(0,1)分布的图像,内部矩形区域则根据如d(i,j,m,n)1(3)下函数式产生:Iinner(x,y)=100cos(0.03x3)+127。模拟图像(b)
