基于形態特征的高分影像地物識別與提取

■韓敬宇 邢立新 李艷秋

（吉林大學地球探測科學與技術學院吉林長春130026）

基于形態特征的高分影像地物識別與提取

■韓敬宇 邢立新 李艷秋

（吉林大學地球探測科學與技術學院吉林長春130026）

應用高分辨率遙感圖像對特定目標識別數據量大、干擾信息較多，根據不同目標的類型和尺度采用不同的方法。本文提出一個基于形狀特征的高分辨率遙感圖像目標檢測識別方法。通過加權直線段長度密度分布顯著性模型及決策樹的方法，檢測機場跑道進而確定導彈陣地目標區域，根據Hough變換邊緣提取方法獲取跑道和發射場坪，對導彈的空間分布進行分析和提取。

遙感圖像Hough變換邊緣信息提取目標識別

1 引言

隨著衛星遙感影像對地觀測技術的發展，在軍事和經濟領域中都需要從遙感影像中得到快速、宏觀、動態的信息源。從遙感圖像處理結果中可以獲取準確的目標（如導彈陣地）和戰場信息，基于遙感圖像的目標識別在現代戰爭情報搜集中起著重要的作用，然而現有的遙感信息處理技術及處理的精度仍不能達到實際應用的要求。在國內，遙感圖像處理方面的技術應用于軍事領域較少，主要滿足民用要求，如圖像產品和分類等。機場和導彈的識別一般使用的是手工選擇邊界和輪廓，未考慮到機場與導彈之間的特定關系，作為識別重要目標導彈的方法之一。為了提高遙感圖像數據的利用率、提高遙感信息自動化處理的效率和可靠性、增強軍事偵察和情報信息收集能力，應用高分辨率遙感圖像中典型目標的識別與提取，研究了圖像分割、感興趣區域（Regions of Interest,ROI）檢測、特征提取等關鍵技術。基于以上的遙感影像處理方法，研究了基于形態特征的高分影像地物識別與提取[1-4]。

在軍事應用上，地空導彈陣地目標識別與提取有十分重要的作用，導彈在高分辨率影像中提取較為困難，根據導彈與發射場坪的對應關系，同時發射場坪的形態特征明顯，因此，基于形態學的識別技術能夠有效地提取發射場坪的這些特征。

2 數據

衛星遙感圖像利用遙感器從遠距離感知目標反射或者自身輻射的電磁波、可見光或紅外線來合成的圖像。目前遙感圖像覆蓋范圍較大,圖像中信息量很多,對特定目標的識別帶來一定的困難。

當前許多國家發射了一系列資源衛星，主要包括美國的Lnadsat系列衛星,主要用于陸地資源探測和環境檢測,應用最為廣泛；1986年法國的SPOT系列衛,以陸地為主應用，同時也用于立體觀測和高程測量,還可以與多種數據融合制作高分辨率衛星圖像,代替航空像片；日本的MOS衛星,印度的RIS系列衛星等提供的圖像也用于對地觀測。但上述衛星獲取的遙感圖像信息量較多，不能精確的提取。但美國的幾種高分辨率商用遙感衛星可以完全滿足要求。地球觀測公司的晨鳥全色波段分辨率最高達到3米,平面位置精度誤差不超過40米;平面位置精度誤差小于10米;軌道成像公司的軌道觀測衛星提供1米分辨率級別的全色圖,平面位置精度誤差小于12米;太空成像公司的商業遙感系統衛星的圖像也達到米級。我國自行研制的尖兵三號衛星所提供的全色波段衛星圖片的分辨率也達到米級,基本可以滿足建筑物識別要求。

3 目標識別與提取

3.1 研究區概況

遙感影像背景復雜，地空導彈陣地在識別提取的過程中容易受背景中其它地物的干擾，而導彈屬于遙感影像中較小的目標，直接從影像中提取的難度較大，但其發射場坪影像特征十分明顯，導彈與發射場坪存在對應關系，因此將導彈發射場坪作為研究的主要目標，基于形態學的識別技術能夠有效地利用發射場坪的這些特征，加上空間關系信息，能夠在背景復雜的遙感影像中識別與提取出目標信息。發射場坪主要有三個特征,（1）幾何特征：發射場坪一般成矩形，且面積基本相同。（2）輻射特征：發車場坪為水泥表面，與其相鄰區域灰度值反差大，一般具有明顯的邊緣，且邊緣梯度較大。（3）空間關系特征：待識別的發射場坪在一定范圍內聚集出現，而且相互不交疊。通過以上三種特征獲取研究區發射場坪。

3.2 基于差值方法目標信息提取

差值運算是圖像運算中一種，通過一系列運算，可以實現圖像增強，達到提取某些信息或去掉不必要信息的目的。

圖1 研究區發射場坪

3.3 基于Hough變換的目標信息提取

（1）Hough直線檢測。Hough變換是從影像中識別幾何形狀的基本方法之一，基本原理是利用點與線的對偶性，將原始圖像空間的給定的曲線通過曲線表達形式變為參數空間的一個點。把原始影像中檢測給定曲線轉化為尋找參數空間。也把檢測整體特性轉化為檢測局部特性。

（2）Hough變換邊緣提取。Hough變換是一種從圖像空間到參數空間的映射關系。其基本原理在于利用圖像空間和Hough參數空間的點與線的對偶性，把檢測圖像空間轉換到參數空間。通過在參數空間里進行簡單的累加統計，然后在Hough參數空間尋找累加器峰值的方法檢測直線。Hough變換的實質是將圖像空間內具有一定關系的像元進行聚類，把這些像元用某一種方式聯系起來的參數空間累計對應點。

圖2 預處理結果圖

Hough變換是一種利用圖像的?全局特征將特定形狀的邊緣連接起來，形成連接平滑邊緣的一種方法，它將源于圖像上的點映射到用于累加的參數空間，實現對已知解析式曲線的識別。

這里先對邊緣圖像進行二值化處理，然后用Hough變換提取直線，最后用紅色標記出來。因為處理過程中需要使用灰度圖像，但最后無法給灰度圖像賦顏色，所以最初輸入要求為彩色圖像。

圖3 提取結果圖

4 結論分析

機場與導彈陣地遙感信息目標提取是軍事領域中的重要內容之一。根據導彈陣地與機場目標的部署關系，確定導彈陣地位置。提取導彈陣地中應用了不同的提取方法，結果中可以看出基于Hough變換的方法提取研究區導彈陣地的結果較為理想。

[1]李英.影像判讀-理,空軍第二航空大學,1999:1 5

[2]徐忠林,杜春國,楊桄.信息化戰爭條件下目標偵察現狀及發展研究,軍事教學科學, 2007

[3]空軍作戰指揮學，中國人民解放軍，2006.

[4]葉斌,彭嘉雄.基于結構特征的機場識別與理解.華中科技大學學報,2001（3）.

[5]許勝榮 ,李忠興.自然景物中橋梁目標的識別方法.浙江大學學報,1995（9）.

P237[文獻碼]B

1000-405X（2016）-6-232-2

韓敬宇（），男，碩士研究生，研究方向為遙感圖像處理。