高分辨率遥感图像城市道路自动提取方法研究

道路是城市的骨架,是重要的人工地物。作为地理信息系统中的基础数据,道路信息能否及时更新直接影响到在地图绘制、路径分析和应急处理等方面的应用。随着空间技术的飞速发展,高分辨率遥感图像因具有覆盖范围广、精度高的特点而成为一种重要的地理信息数据源。如今从海量影像数据中获取有意义信息的自动提取技术还相对滞后,从遥感影像中提取道路的自动化程度不高,主要是靠目视识别。现有的技术已经不能满足遥感图像处理方面的所面临的挑战。同时,随着分辨率的提高,影像中道路的特征也更加复杂。过多的纹理和细节信息对道路信息的提取产生干扰,加大了道路信息自动提取的难度。近几年来,虽然在遥感图像道路自动提取的研究领域提出了很多方法,但目前还没有成熟可靠的流程。因此,研究从高分辨率图像中自动提取道路信息具有重要的理论和实际意义。本文基于道路在图像中的光谱特征、几何特征、上下文特征和拓扑特征,对高分辨率遥感图像中城市道路的自动提取技术进行了研究,提出了一个高分辨率图像道路自动提取的思路,具体包括以下方面的内容:首先,在前人研究成果的基础上总结了城区道路在高分辨率图像中的特征,介绍了高分辨率遥感图像的特点以及面向对象的研究方法,为道路自动提取方法建立理论基础。详细分析了分水岭图像分割算法的原理及其存在的问题,提出了局域同质性阈值选择和区域合并等改进方法。该方法在城市道路影像分割中取得了良好的效果。此外,结合道路的光谱特征、形状特征及上下文特征,利用多个几何形状因子对初步分割的影像对象进行特征提取,采用多尺度的分析方法建立一定的规则提取出道路条带。同时,道路交叉口也是重要的道路信息,本文基于灰度形态学和角度纹理特征提出了一种自动提取道路交叉口的方法,补充路网的拓扑结构。为了进一步完善路网信息,采用数学形态学处理道路孔洞和非道路信息等噪声,并利用拓扑连接方法对道路条带和道路交叉口进行连接处理。最后,本文选取了一幅城市地区的高分辨率影像进行实验,实验表明本文提出的方法能比较完整地提取出路网信息,对复杂的影像环境具有一定的适应性。