结合统计和形状特征的高分辨率SAR影像道路网提取.pdf

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1、第38卷第11期武汉大学学报·信息科学版Vo1．38No．112013年11月GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversityNOV．2O13文章编号：1671—8860(2013)11-1308—05文献标志码：A结合统计和形状特征的高分辨率SAR影像道路网提取余洁刘振宇燕琴杨杰(1武汉大学遥感信息工程学院，武汉市珞喻路129号，430079)(2首都师范大学资源环境与旅游学院，北京市西三环北路105号，100048)(3首都师范大学资源环境与地理信息系统

2、北京市重点实验室，北京市西三环北路105号，100048)(4中国测绘科学研究院，北京市莲花池西路28号，100039)(5武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室，武汉市珞喻路129号，430O79)摘要：结合高分辨率SAR影像统计特性和道路形状特征，提出一种新的道路网提取方法。首先引入窗口均值改进二值分割，以降低SAR影像固有斑点的噪声影响，针对高分辨率影像中道路呈现为面特征并存在宽度变化的情况，引入VC系数自适应调整窗口大小，从而有效提取可能的道路区域；然后利用道路的形状特征约束，去除非道路区域；最

3、后通过空洞填充、腐蚀和膨胀等数学形态学运算，以及骨骼化和去除多余分支等处理，提取道路网络。实验证实了本文方法的有效性。关键词：高分辨率SAR影像；道路网提取；VC系数；形状特征中图法分类号：P208；P237．9道路网提取作为合成孔径雷达(synthetic言，高分辨率道路提取更加复杂m。针对此，本文apertureradar，SAR)影像解译的重要研究内容，提出一种高分辨率SAR影像道路网提取方法。以往的研究主要集中于低分辨率影像]。在SAR影像道路网提取研究中，当影像分辨率低时1理论和方法通常将道路

4、作“线特征”提取¨2]：首先提取局部线性特征，然后利用马尔可夫随机场或其他优化算1．1极化散射特征法识别并连接道路_3]。高分辨率道路网提取研全极化SAR测量目标得到数据可用Sinclair究方面，文献[5]将光学影像中圆形模板匹配应用散射矩阵表示：到高分辨率SAR影像道路提取中，但需人工干sS一—『lsMS1l(1)预。文献I-1-1提出了一种结合影像分类与线特征LSS删提取的道路网提取方法，但仍将道路视作线特征，式中，h表示水平极化；表示垂直极化；S是以没有充分考虑道路在高分辨率SAR影像中的特水平

5、极化发射、垂直极化接收的回波。散射矩阵征。文献[6]结合道路在高分辨率光学和SAR影也用Pauli分解矢量形式表达，介质满足互易条像中分布特征来提取和更新城区域道路信息，但件时：精度较差。K一=(S+SS一s2S)(2)总体而言，随着影像分辨率的提高，道路不再√2是简单的线特征，而是呈现面特征(区域)，而且面式中，K矢量中三个元素的模，分别对应RGB彩特征道路的宽度存在变化；道路中细节信息增加色合成中B、R、G通道，得到对应Pauli分解RGB了提取的复杂度，例如车辆、树木、建筑物及阴影。影像。利用K可

6、定义极化相干矩阵：此外还需考虑SAR影像斑点噪声影响。相对而收稿日期：2013-05—03。项目来源：国家863计划资助项目(2011AA120404)；武汉大学研究生自主科研资助项目(2011213O2O20006)。第38卷第11期余洁等：结合统计和形状特征的高分辨率SAR影像道路网提取为简化计算，采用Chi分布给出一个近似值一5_2KjK*(3)丁：==flnr+inf11(9)式中，*表示矩阵共轭；M称视数，值取1称单一＼＼i／／视，否则称多视。该矩阵是厄米共轭、半正定阵，r—p／(1一)，P是

7、影像中目标出现的概率。其特征值(1≤≤3)非负，可定义：1．3结合形状特征约束的道路提取SPAN—1+2+。]SAR影像中阴影、水体等弱后向散射信号常A一一,／SPANl(4)被误分为道路，考虑到道路具有形状特征，因此引入形状特征，去除非道路区域。常用道路形状特式中，SPAN为极化总功率；A为振幅也称幅度。征包括：①面积s，道路区域通常面积较大，可滤1．2基于VC系数的道路分割除小面积干扰目标；②形状复杂度E===L／s，其全极化SAR数据提供大量的极化散射特中L表征区域周长，S为面积，描述图形的单位面

8、征]，其中强度和幅度影像包含丰富的细节信息，积对应周长，道路可分为直线面特征道路和曲面后者受噪声影响相对小，因此本文选用幅度影像特征道路(见图1中椭圆区域)，形状复杂度能有开展道路提取研究。文献E9]通过二值分割区分效提取这两种面特征。因此，文中首先利用道路道路和非道路。然而并非所有SAR影像都可利面积去除小目标干扰，然后利用形状复杂度提取用二值分割区分目标和背景。只有当目标背景比道路区域。上述特征能保证道路区域有效提取，值大于4时，才能提