一种基于标记分水岭的高分辨率遥感影像分割方法.pdf

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1、第28卷第5期地理与地理信息科学V01．28No．52012年9月GeographyandGeo-lnformationScienceSeptember2012一种基于标记分水岭的高分辨率遥感影像分割方法李珀任，潘懋，杜世宏(北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室，北京大学地球与空间科学学院，北京100871)摘要：为避免分水岭分割高分影像的过分割现象并充分利用高分影像的特点，该文提出一种基于标记的分水岭分割方法，即基于影像先验知识指导分割的原则，对遥感影像进行各向异性扩散平滑滤波后，计算生成融合了光谱和纹理特征的梯

2、度图像；从梯度图像中提取标记重建对象的边缘特征，并执行基于标记的分水岭变换，得到最终的分割结果。实验表明，该方法能够充分利用高分影像的特征信息，并能有效地抑制分水岭过分割现象。关键词：图像分割；标记分水岭分割；纹理梯度中图分类号：TP750文献标识码：A文章编号：1672-0504(2012)05-0010-06直接用于高分辨率遥感影像分割，并不能产生一般0引言图像的分割效果[7引，其原因在于高分辨率遥感影随着遥感技术的发展和卫星图像空间分辨率的像具有多光谱和多尺度特性，使得影像数据的复杂提高，高分辨率遥感影像已成为经

3、济建设、国防安全性和冗余度增加，如地类复杂、细节清晰，且地物细等应用领域最重要的空间信息来源。基于像元的传微差异反映显著。因此，对于高分辨率遥感影像分统影像分析技术已不能满足当前遥感信息提取的要割，仅仅考虑灰度和连通度特性是不够的，还应考虑求，成为制约高分辨率遥感影像广泛应用的瓶颈。纹理、形状、光谱特性等高分辨率遥感影像的特有因注重结构、形态、分布等空间特征信息的面向对象的素。虽然很多学者[7,14-19]针对高分辨率遥感影像改影像分析技术在高分辨率影像信息提取、目标识别进了分水岭分割算法，但仍有一些问题没有解决，如的

4、精度与效率、结果的可解释性等方面显示出优文献[7]对细小纹理显著的遥感影像所分割的地物势_1]，其基本过程包括对象生成和信息提取，即分割边界并不准确。本文结合高分辨率遥感影像的纹理、光谱等多种特征信息，在分割前和分割过程中加获得影像对象，利用影像对象分类完成信息提取，其入先验知识以改善分水岭的分割结果。中影像分割的效果成为影响面向对象影像分析质量与效率的关键因素。分水岭分割算法作为影像分割1改进的遥感影像分割方法的一种经典方法，本质上是一种区域增长算法，所不本文改进的分水岭分割算法流程如图1所示。同的是从图像中被检测的

5、局部极小值开始增长[2]，高分辨率遥感影像它具有边缘定位准确、运算简单等优点，在遥感影像分割算法中日益受到重视[3]。最初的基于数学形态学的分水岭变换计算量大、耗时较长，加之受到图像形态学梯度ll纹理梯度I二]==二工二=梯度和噪声、量化误差及物体内部细密纹理的影响，高斯滤波lI形态学滤波I容易导致过分割现象r4]。针对这一问题的改进方法————：：：：：：：：[：：：：：：：■二：：奉：：：：：：：⋯⋯⋯主要有：1)对图像进行预处理，如可借助先验知识，限定允许分割的区域数目[引，预处理滤波[；2)分．匝室蔓。l：口。

6、_—1—：i’rl●L-·----------r---------一!割时添加约束，如在分割过程中去除伪极小区域[8；l—修改后的梯度图IL—————j：————一：标记自动提取{3)分割后对图像再进行处理，如针对分水岭分割后1分水岭变换J⋯⋯⋯⋯⋯⋯一的结果，根据某种准则进行区域合并[9¨。最终分割的影像针对现有分水岭分割方法的不足，常利用标记图1改进的分水岭分割算法流程控制过分割现象。若将一般的标记约束分水岭算法Fig．1Theimprovedalgorithmofwatershedsegmentationproc

7、ess收稿日期：2O121o11；修订日期：2O12__o3—19基金项目：国家自然科学基金项目(40742015)作者简介：李珀任(1976一)，男，博士研究生，研究方向为信息地质和空间数据库。E—mail：borenli@pku．edu．ca第5期李珀任等：一种基于标记分水岭的高分辨率遥感影像分割方法第11页1．1图像预处理态学运算的结果产生不同的影响。而对于多光谱影分水岭的计算是在梯度图像上进行的。为提高像的梯度计算，一般先计算出每个波段的梯度，然后梯度图像的质量，需对原始图像进行保持边缘的滤利用求均值以及取最大

8、、最小值的方法实现向一维波预处理，常用的方法有均值滤波、中值滤波、维纳梯度转化[引，即：平均梯度G一(gl+g+⋯+g)／滤波等，其中中值滤波能在很好地消除随机噪声的，g(=1，2，⋯，)表示各个波段的梯度；最大梯度同时保护图像的边缘_7]。为保留纹理信息，本文采G=m3x~-1．(，最小梯度G=min1．．。用各向异性扩散技术滤