彩色航空图像森林纹理特征提取方法的研究

彩色森林航空遥感图像中森林纹理特征提取是实现计算机自动判读的重要环节。本文从北京地区的地面分辨率为0.8米的彩色森林航空遥感图像中提取了5种典型的森林纹理样本图像(天然林、人工林、幼龄林、宜林地和农林间作地)作为研究数据,分析吸收已有的图像纹理特征提取理论、方法与技术,在此基础上,选择了灰度共生矩阵、局部二值模式和二维Gabor滤波器法三种方法,建立了相应的算法,设计了能够区分这几种不同森林纹理差异的参数,对各种方法的有效性进行了分析。论文的主要工作如下: 1.研究如何运用灰度共生矩阵方法提取森林纹理特征。分析灰度共生矩阵的重要的参数—像素距离对特征值的影响;利用相关系数矩阵进行特征选择,选定能量、对比度和熵组成的3维特征向量来描述森林纹理;基于RGB彩色图像色彩分量之间的相关性,将彩色相关矩阵引入到彩色图像的纹理特征提取中;提出了类间差异度和类内一致度两个表征纹理特征的区分能力的指标,用于评价各个色彩分量的共生矩阵的纹理特征对不同森林纹理类型的区分效果。 2.研究如何运用局部二值模式方法提取森林纹理特征。分别用局部二值模式算子和局部方差结合、局部二值模式算子和局部对比度结合以及一致性模式等方法对传统的局部二值算子进行了改进;对彩色图像来说,在成分色彩局部二值算子中融入了局部对比度形成新的纹理特征参数,该彩色纹理特征能有效地识别不同森林纹理。 3.研究如何运用二维Gabor滤波器方法提取森林纹理特征。本文根据Gabor滤波器的频率响应范围与人类视觉神经细胞的频率响应带宽范围具有一定的相似性这一性质设计Gabor滤波器,提出具有相同方位和相邻中心频率的两Gabor滤波器,沿方位上的响应存在足够的重叠,具有相同中心频率和相邻方位的两Gabor滤波器,沿中心频率的响应存在足够的重叠的设计原则,对5种森林类型的频率谱进行分析,确定滤波器的方向,最终设计了一组Gabor滤波器来提取不同森林类型图像的纹理特征;对滤波后的图像分别提取幅值能量、交叉色彩特征和色彩不变特征等三类特征参数并对它们对不同森林纹理的区分能力进行分析,其中,交叉色彩特征的区分能力最强。 4.研究了如何利用不需要任何先验知识的非参数核密度估计法在彩色航空图像的LUV彩色空间中进行色彩聚类,从而实现对图像的森林区域的自动分割。在此基础上,提出一个综合利用森林纹理特征和色彩特征以提高森林区域分割准确度和识别效果的理论框架。