利索能及
我要发布
收藏
专利号: 2019102123244
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-12-30
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种城镇纹理特征密度自动提取城镇建成区的方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)获取10m分辨率可见光波段的遥感影像,并进行裁剪、拼接、去云操作,得到待提取区域;

2)对预处理后的遥感影像构建灰度影像,对灰度影像基于傅里叶变换滤除低频纹理,获得高频分量的灰度影像;

3)针对步骤2)中得到的高频分量的灰度影像,计算若干个方向的灰度共生矩阵差异性特征,并提取旋转不变性纹理特征;

4)将步骤3)得到的旋转不变性纹理特征组成的图像,映射为0到255的灰度图像,使用大津阈值法OTSU提取特征区域;

5)使用简单线性迭代聚类SLIC算法对步骤1)中得到的待提取区域图像进行多尺度分割,获得多层超像素分布图像,以超像素为单位,计算每个尺度下的特征密度图像,叠加所有特征密度图像,构建精细化的特征密度图像。

2.根据权利要求1所述的一种城镇纹理特征密度自动提取城镇建成区的方法,其特征在于,所述步骤1)对获得的影像进行裁剪、拼接、去云处理,具体包括:一景遥感图像通常不能完整覆盖待提取区域,需要下载多景相邻的图像,使用ENVI软件的Map Based Mosaic功能拼接图像得到完整覆盖的图像,然后使用ENVI软件的Subset Data from ROIs功能,根据待提取区域的范围(矢量文件.shp),裁剪掉提取区域外的部分;遥感图像中地面物体被云遮挡的情况十分普遍,待处理图像中被云覆盖的部分不能得到良好的提取效果,需要进行云去除处理,去云方法为:人工识别云区域,寻找该区域无云的其他时段图像,裁剪出该区域图像,并拼接到待处理图像中,得到无云覆盖的干净图像;预处理工作使用ENVI软件完成。

3.根据权利要求1所述的一种城镇纹理特征密度自动提取城镇建成区的方法,其特征在于,所述步骤2)对灰度影像基于傅里叶变换滤除低频纹理,获得高频分量的灰度影像,具体包括:使用二维快速傅里叶变换FFT将空间域图像转换到频率域,用高斯低通滤波器对频率域影像滤波,将滤波结果用逆快速傅里叶变换转换到空间域,得到背景影像,将原灰度影像与背景影像做相减运算,得到抑制低频分量的灰度影像。

4.根据权利要求3所述的一种城镇纹理特征密度自动提取城镇建成区的方法,其特征在于,所述使用二维快速傅里叶变换FFT将空间域图像转换到频率域,公式为:M、N分别表示影像的宽度和高度,(x,y)

表示影像的空间坐标,(u,v)表示频率图像的坐标,f(x,y)为输入图像,F(u,v)为转化得到的傅里叶频率域图像,用高斯低通滤波器对频率域影像滤波:F′(u,v)=F(u,v)·H(u,v)其中H(x,y)是高斯滤波权函数,D表示高斯滤波窗口中点(u,v)到高斯窗口中心的欧式距离,σ表示高斯权函数扩展的程度,F(x,y)是频域图像,F′(x,y)是滤波后的频域图像,将滤波结果用逆快速傅里叶变换转换到空间域,得到背景影像f′(x,y),将原灰度影像f(x,y)与背景影像f′(x,y)做相减运算,得到抑制低频分量的灰度影像:G(x,y)=f(x,y)-f′(x,y),G(x,y)为最终

获得的高频分量影像。

5.根据权利要求1所述的一种城镇纹理特征密度自动提取城镇建成区的方法,其特征在于,所述步骤3)使用上一步骤中得到的高频分量灰度影像,构建若干个方向的灰度共生矩阵差异性特征,并提取旋转不变性纹理特征,过程如下;

所述灰度共生矩阵是一个大小为n×n的矩阵,n为图像的灰度级,灰度共生矩阵定义如下:M(i,j)=[m(i,j,Δx,Δy);i,j∈(1,2,...n)]灰度共生矩阵M为n×n的矩阵,第i行,第j列的元素值为:在图像某个大小为w×w的窗口范围内满足位置偏移为(Δx,Δy),且灰度值分别为i和j的像素对出现的次数,差异性公式为其中 m(i,j)为灰度共生矩阵M的第i行,第j列元素的值,以n1个方向构建

n1种灰度共生矩阵,从而计算得到n1种方向的差异性特征,选取n1个方向上的最小值构建旋转不变性纹理特征。n1个方向分别为(Δx,Δy)∈{(1,0),(2,0),(2,1),(1,1),(1,2),(-

2,1),(-1,1),(1,2),(0,2),(0,1)}。

6.根据权利要求1所述的一种城镇纹理特征密度自动提取城镇建成区的方法,其特征在于,所述步骤4)使用大津阈值法OTSU提取特征区域,具体包括:

1)将特征图像线性映射为0-255的灰度图像,统计灰度直方图,即每个灰度级的像素个数;

2)归一化直方图。即每个灰度级的像素个数除以像素总数;

3)计算最大类间方差。设t为灰度阈值,统计0到t灰度级的像素占整副图像的比例w0,统计0到t灰度级的平均灰度值u0,统计t到255灰度级的像素占整副图像的比例w1,统计t到255灰度级的平均灰度值u1,计算g=w0×w1×(u0-u1)2,依次将t设置为0-255,使g最大的t值即为阈值,大于t的部分为特征区域,小于t的部分为其他区域。

7.根据权利要求1所述的一种城镇纹理特征密度自动提取城镇建成区的方法,其特征在于,所述步骤5)通过线性迭代聚类算法SLIC得到的超像素成细胞状均匀排列,具体包括:基于SLIC算法对影像的可见光波段进行n次不同尺度的分割,尺度分别为{Ni,i∈1,2,

3...n},Ni代表第i次分割超像素的平均像元数量,其中N1为最小分割尺度,Nn为最大分割尺度,从N1到Nn依次以相同的步长S增加,分割得到的n个超像素层表示为{Li,i∈1,2,3...n},用{Pij,j∈1,2,3...}表示Li的第j个超像素,Numij表示Pij的像元数量;

步骤3)中基于窗口大小为23的差异性特征图像,用OSTU方法得到特征图记为,基于Lf计算所有Pij的特征密度Dij: 式中Numf代表Pij范围内,在Lf中对应范围的特征点的数量,得到每个Li的特征密度L′i,最后累加L′i得到最终的特征密度分布Ld:

表示将每个特征密度图像相对应的像素相加,得到总的特征密度Ld,通过上

述方法得到特征密度,最后叠加各层得到特征密度图像Ld,对密度图像Ld设置合适的阈值,密度较大的部分即为城镇提取的结果,所设置的阈值在0-1之间,设置的阈值将乘以分割的层数,大于阈值的部分将被提取为城镇。