基于標記分水嶺算法的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建筑物檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種合成孔徑雷達圖像建筑物檢測方法，具體設及一種基于標記分水 嶺算法的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建筑物檢測方法，可用于高分辨率合成孔徑雷達 圖像線性建筑物的檢測。
【背景技術】
[0002] 建筑物的檢測是指從圖像中檢測出建筑物，并將其從場景中分離開來。而從合成 孔徑雷達圖像中檢測建筑物等人造目標是合成孔徑雷達圖像解譯的一項重要內容。近年 來，有關合成孔徑雷達圖像建筑物檢測的研究已經逐漸引起研究人員的關注。目前常用的 方法多為基于多種圖像信息的融合檢測，如兩幅或者兩幅W上的合成孔徑雷達圖像，合成 孔徑雷達圖像與光學圖像W及干設高度與相干數據的信息融合。隨著合成孔徑雷達技術的 發展，特別是高分辨率合成孔徑雷達圖像的獲得，單幅合成孔徑雷達圖像中可W獲得的有 效信息越來越多。WX波段高分辨率機載合成孔徑雷達圖像為例，二面角反射、疊掩效應和 屋頂（特別是斜頂）及其子結構所造成的散射使得城區常見的長條形、多層建筑物的信息 更為豐富，表現為具有一定寬度的直線型的高亮目標。該使得基于單幅合成孔徑雷達圖像 的建筑物檢測成為可能。基于單幅合成孔徑雷達圖像建筑物檢測，往往是W建筑物高亮線 條和黑色陰影作為檢測的依據。而基于亮條和黑色陰影的建筑物的檢測，往往是采用圖像 分割的方法對建筑物進行檢測。
[0003] 分水嶺算法是一種基于拓撲理論的數學形態學的分割方法，也是一種常用的圖像 分割的方法，其基本思想是把圖像看作是測地學上的拓撲地貌，圖像中每一點像素的灰度 值表示該點的海拔高度，圖像中的凹陷地點就是圖像中的局部極小值。而匯水盆就是地形 中凹陷地點影響的區域，也是圖像中包圍局部極小值的區域。通過注水，在水面上漲的過程 中，該些凹陷的地點被浸沒，每一個匯水盆被水面浸沒，最終在其周圍形成堤巧，該些堤巧 用來阻擋其他匯水盆里的水混到自己的盆中。當地形中所有的匯水盆都被水巧包圍后，停 止注水，此時該些堤巧即是分水嶺。對應于合成孔徑雷達二值圖像，局部極小值為建筑物連 通區域的每個像素點。匯水盆為建筑物連通區域整體，通過距離變換，靠近建筑物中屯、的位 置距離較小，遠離建筑物中屯、的位置距離較大，經過分水嶺轉換后，相鄰建筑物之間的界限 即是分水嶺。由于圖像容易受到噪聲和暗紋理細節的影響，在圖像中會存在大量的偽局部 極小值，它們在圖像中產生相應的匯水盆。該些偽局部極小值和那些真正的局部極小值一 起會被作為一個獨立的區域，通過分水嶺算法將其分割出來，在進行合成孔徑雷達圖像建 筑物檢測時會造成嚴重的過分割現象。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于針對W上所述技術的不足之處，提出一種基于標記分水嶺算法 的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建筑物檢測的方法，是將二維最小Tsallis交叉滴法、 形態學運算w及分水嶺算法相結合，用分水嶺算法和形態學運算處理后的圖像作為標記分 水嶺算法標記的來源，對高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建筑物進行檢測。
[0005] 為了方便描述本發明的內容，首先定義：
[0006] 定義一、標記分水嶺算法
[0007] 標記分水嶺算法是為了解決分水嶺算法中存在的過分割現象而被提出來的。該算 法是在使用分水嶺算法之前，利用給圖像設置前景標記和背景標記的方法來減少局部極小 值區域。該算法的主要思想是；首先對圖像進行標記，標記提取出感興趣的目標，一個標記 就可W標記圖像中一個有意義的區域。利用W上標記強制性的修改原始邊緣增強圖像的極 小值區域，把原始邊緣增強圖像中無關的極小值屏蔽掉，最后用分水嶺算法對修改后的邊 緣增強圖像進行分割。
[000引定義二、形態學操作
[0009] 形態學操作是一個廣泛的圖像處理操作過程，它處理圖像是基于形狀的。形態學 操作在輸入圖像中使用一個結構化的參數，建立一個同樣大小的輸出函數。在形態學操作 中，輸出圖像中的每個像素的值是基于輸入圖像中相應像素及其鄰域像素間的對比。通過 選擇鄰域的大小和形狀，可W構造一個在輸入圖像中對特殊形狀敏感的形態學操作。形態 學操作包括腐蝕操作、膨脹操作和細化操作等。腐蝕操作是一種消除邊界點，使邊界點向內 收縮的過程，用來消除相連區域或相鄰區域在圖像中W像素連接造成的邊緣干擾。膨脹操 作是將與物體接觸的所有背景點合并到該物體中，使邊界向外擴張的過程。該操作可W對 邊界進行填充，對目標斷裂處進行連接。細化操作一種圖像處理運算，就是將占有多個柵格 寬的圖像要素縮減為只有單個柵格寬的圖像要素的過程。它可W把二值圖像區域縮成線 條，W減少區域的中屯、線，也稱為骨架。它的主要目的是減少圖像的成分，直到只留下區域 的基本信息，W便進一步分析和識別。
[0010] 定義=、形態學重構
[0011] 形態學重構，就是根據一幅圖像（稱之為掩膜圖像）的特征對另一幅圖像（稱之 為標記圖像）進行重復膨脹操作，直到該圖像的像素值不再變化為止。形態學重構可W分 為形態學膨脹重構和形態學腐蝕重構。而形態學腐蝕重構運算是建立在測地腐蝕的基礎上 的。
[0012] 本發明提供的高分辨率合成孔徑雷達圖像建筑物檢測方法既可W保證標記的準 確性，消除噪聲、斑點等無效信息，還可W精確檢測出線性建筑物。
[0013] 本發明提供的基于標記分水嶺算法的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建筑物檢 測方法，包括W下步驟：
[0014] (1)利用canny邊緣檢測算法，對原始高分辨率合成孔徑雷達圖像I進行處理，得 到邊緣檢測結果圖▽I，作為標記分水嶺算法的原始邊緣增強圖像；
[0015] (2)對原始高分辨率合成孔徑雷達圖像I進行二階己特沃斯低通濾波，得到濾波 圖像Id;
[0016] (3)對濾波圖像Id進行分水嶺算法處理，得到的邊界圖le，作為標記分水嶺算法的 背景標記圖像；
[0017] (4)利用二維最小Tsallis交叉滴法，對濾波圖像Id處理，得到二值化圖像IE;
[001引 妨利用形態學運算方法，對二值化圖像I進行處理，得到處理后的圖像IP，作為 標記分水嶺算法的前景標記圖像；
[0019] 做利用公式
[0020]
【主權項】
1. 一種基于標記分水嶺算法的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建筑物檢測方法，其特 征在于：所述方法包括： (1) 利用canny邊緣檢測算法，對原始高分辨率合成孔徑雷達圖像I進行處理，得到邊 緣檢測結果圖▽I，作為標記分水嶺算法的原始邊緣增強圖像； (2) 對原始高分辨率合成孔徑雷達圖像I進行二階巴特沃斯低通濾波，得到濾波圖像 Id; (3) 對濾波圖像Id進行分水嶺算法處理，得到的邊界圖Ib，作為標記分水嶺算法的背景 標記圖像； ⑷利用二維最小Tsallis交叉熵法，對濾波圖像Id處理，得到二值化圖像IE; (5) 利用形態學運算方法，對二值化圖像1識行處理，得到處理后的圖像IF，作為標記 分水嶺算法的前景標記圖像； (6) 利用公式
對背景標記圖像IjP前景標記圖像I 行計算，得到標記分水嶺算法的標記圖像fm。 其中，max(.)表示求最大值，▽I為標記分水嶺算法的原始邊緣增強圖像。 (7) 利用H-minima技術和形態學重構對原始邊緣增強圖像▽I進行強制修改，得到修 改后的邊緣增強圖像▽I' ； (8) 采用分水嶺算法對修改后的邊緣增強圖像▽I'進行檢測，得到線性建筑物檢測結 果圖像。
2. 根據權利要求1所述的基于標記分水嶺算法的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建 筑物檢測方法，其特征在于：步驟（3)中所述的分水嶺算法是采用像素點的歐幾里得距離 作為分割標準。
3. 根據權利要求1所述的基于標記分水嶺算法的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建 筑物檢測方法，其特征在于：步驟（5)具體包括： (51) 統計二值化圖像Ie中每個連通區域的像素面積。刪除二值化圖像Ie內部連通區 域的像素面積小于100的連通區域，得到結果f; (52) 對f進行形態學腐蝕操作，得到腐蝕圖像f1; (53) 對腐蝕圖像進行形態學膨脹操作，獲得膨脹圖像f2; (54) 對膨脹圖像f2進行形態學細化操作，得到圖像IF，作為標記分水嶺算法的前景標 記圖像。
4. 根據權利要求3所述的基于標記分水嶺算法的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建 筑物檢測方法，其特征在于：步驟（52)中的腐蝕操作的結構元素為線性算子。
5. 根據權利要求3所述的基于標記分水嶺算法的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建 筑物檢測方法，其特征在于：所述結構元素直線長度為1，角度為0。
6. 根據權利要求2所述的基于標記分水嶺算法的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建 筑物檢測方法，其特征在于：步驟（53)中的膨脹操作，使用的結構元素與步驟（52)中腐蝕 操作的結構元素相同。
7.根據權利要求1所述的基于標記分水嶺算法的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建 筑物檢測方法，其特征在于：步驟（8)中分水嶺變換采用的分割標準與步驟（3)中的分割標 準一致。
【專利摘要】本發明提供的基于標記分水嶺算法的高分辨率合成孔徑雷達圖像線性建筑物檢測方法，利用canny邊緣檢測算法得到原始邊緣增強圖像；利用二維最小Tsallis交叉熵法和二階巴特沃斯低通濾波，對圖像的雜質和噪聲點進行過濾，有效的消除了噪聲的干擾；采用形態學運算方法，在保證不喪失有效區域信息的同時，能夠將某些模糊區域或者相連區域分離開來，保證建筑物檢測的完整性和一致性；結合連通區域的計算，可以排除非噪聲點的無效目標和信息，精確定位標記分水嶺算法的前景標記；對濾波后的圖像使用分水嶺算法，得到的邊界圖作為標記分水嶺算法的背景標記，保證了建筑物邊界信息的完整性；利用H-minima技術和形態學重構對原始邊緣增強圖像進行修改，使局部極小值僅出現在前景標記和背景標記的位置，消除了建筑物過分割的現象，能精確檢測出高分辨率合成孔徑雷達圖像中的線性建筑物。
【IPC分類】G06T7-00
【公開號】CN104715474
【申請號】CN201510027479
【發明人】王勇, 楊圓圓, 張胤, 沈煬, 杜熬, 呂海濤
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2015年1月20日