1、浙江海域 TM 数据海岛信息识别提取遥感信息皿用技戒浙江海域 TM 数据海岛信息识别提取杨琦,邹乐君,沈晓华(浙江大学地球科学系,杭州,310027)摘要:为了查清浙江省海岛的数量,地理位置,形态,面积 ,以及开发利用现状,我们开展了“ 浙江省海岛资源遥感大调查“.利用 TM 卫星数据,经计算机图像处理,对海岛位置,形态,面积,岸线长度进行计算机识别与量算.本文重点介绍系统开发功能和基于轮廓特征的建模方法以及图像与模型匹配的海岛识别方法.关键词:图像识别;轮廓追踪;链码;模型匹配中图分类号:TP75 文献标识码:A 文章编号:10003177 一(2003)700036021 前言中国海域辽阔
2、,海岛众多,对海岛进行系统,全面的研究非常重要.本文在 TM 遥感影像的基础上.研究了遥感图像中特定目标的识别问题,实现了一个针对遥感图像中特定目标的海岛自动识别系统,重点介绍了该系统的系统结构与识别流程及所采用的基于轮廓特征的建模方法和图像与模型匹配的算法.建立了浙江海岛信息管理系统.2TM 图像海岛识别信息系统该系统是由作者用 C+BUILDER 开发工具开发的一个底层的地理信息管理系统,由影像处理系统,数据库系统,数据输出系统等子系统组成.海岛识别系统I 竺呈查竺 lI 茎塑竺竺至竺 Il 望兰望塑堂至竺 I图 1 海岛识别信息系统功能模块组成2.1 影像处理系统选用 TM5,4,3 三
3、个波段合成假彩色图,影像处理系统有以下几个功能:直方图拉伸,图像的几何变化 ,图像增强,遥感图像的几何精校正,遥感图像的融合遥感图像的镶嵌.这些功能能基本满足基于 TM 图像的海岛信息识别系统的需要.2.2 数据库管理系统的功能如下海岛点的提取和学习.提取海岛轮廓数据信息.录入建库功能:具有录入,修改,插入,删除,打印等功能 .检索与查询功能:能进行单项,多项以及组合条件的检查 ,查询.帮助功能:给出不同级别的帮助,以协助完成数据的录入,检索和查询.数据入库和海岛轮廓信息提取是本文的关键,下面介绍整个过程和算法.2.2.1 阀值的确定收稿日期 200212 修订日期:200303作者简介:杨琦
4、(1977) 男 ,硕士,主要研究方向是遥感和 GIS 技术36由于 TM 图像上只有海岛,海洋两种类型,只要选取有代表性的海洋点.作为训练样本,就可以区分出海洋和海岛.选用比较成熟的监督分类法,设 P 为图像的波段(变量 )数,x;为训练样本的一个像元,其中五为像元 xj 在 i 波段的像素值(灰度值 ),Mi 为第 i 波段的均值,R 为第 i 波段的均方差,则像元 x.与中心的距离通过下面方法可以获得.D“=l 五l/Ri(1)门限阀值 D 为各波段 D 的最大值之和;pD=maxD(2)i=l图像中各像元的 D 为各波段 Dd 之和;pDJ=D(3)i=l2.2.2 遥感图像轮廓线逆时
5、针追踪海岛的边缘检测算法的选择对于轮廓闭合以及海岛特征的确定至关重要.首先对 l 当前区域进行从上到下 ,从左到右扫描,搜寻与当前区域像素点 D 门限阀值 D 的像素(称为种子点),然后以此像素点开始,进行轮廓线追踪,求出该区域的轮廓线,依次搜寻种子点,分割整个海域.轮廓追踪方法如下:设已找到一个种子点,考虑一个以为中心 33 的模板,从 P 开始沿逆时针方向检查其他各像素点,若找到像素点的 D 门限阀值 D 则此点为一轮廓像素点.接着将此检索到的轮廓点作为新的模板中心像素,从P+l 点开始,按同样的方法搜索下一像素点,以此循环.在追踪轮廓点的过程中,若搜索到的像素点为种子点,则说明所搜索的轮
6、廓像素点已形成一个闭环,这时应中止本条轮廓线的追踪.若搜索到的像素点是在以前搜索的时候已经加入了链码或者根本就只有一个种子点,说明岛屿的长或者宽小于或者等于 30m,只能占用一个像素点.我们把这个点加入链码两次.通过边界跟踪可以获得一系列有序的边界点,这些边界点提供了水体形状特征的大量信息.这里采用链码来记录和描述每个海岛形状,链码表示的具体方法如下:皿用技克适感信怎321代千,0/r山567起始点一个像元的八个可能斜率该岛屿的链码为 67002344图 2 链码的表示方法以种子点为起始点,然后对曲线上各坐标点顺次找出其所对应路径代号,并按顺序标注出来,图 1 最后可以得出以数字形式表示的曲线
7、.用链码对目标轮廓进行描述时,链码应成为一个封闭多边形.检查其封闭性的条件为:1+.+n7(4),l3+n4+n5=n7+nO+,l1式中:,z 为 i 出现的次数,0i7.上述两式的物理意义是很清楚的.这是指链码向上移动的步数等于向下移动的步数.向左移动的步数等于向右移动的步数.以链码形式记录水体单元边界.其周长 P 的提取方法如下:设采用链码表示的相邻像元间长度为:L=2)(5)式中,l:mod(2,口),口=0,1,2, 7 为链码的方向;P=Lj 为地物边界像元点的个数.封闭链码还可以计算其包围面积.根据几何学的定理.设有封闭折线形成的多边形,其各顶点 A1,A2,A 的相应坐标为(1
8、,Y1),(2,Y2), (,Y),则该多边形的面积为:s=1X.lX2l+丢X2x,3l+.+f+f(6)2l 一1l.2lYYtl2.2.3 海岛识别结果的验证根据已建好的海岛数据库中的经纬度,海岛轮廓对 TM图像识别结果进行匹配验证.标出各海岛的岛名,修正有偏差海岛的地理坐标.如果检测出的目标没有岛名,说明该目标在数据库中没有表现出来,这个目标可能是新发现的岛屿,或是较大船舶,也有可能是退潮时露出海面的暗礁.通过对不同时像的遥感图像进行多次识别之后.就能准确做出判断.特别指出.系统对面积小于 900m2 的临界岛识别非常成功 .该系统可以方便快捷直观的将任意海域的地理信息和图像及任意海岛
9、的信息和图像输出.图 3 温州湾某海域的海岛识别结果3 该系统的意义该系统对南北长约 300kin,东西宽约 200kin.面积 60000 海域(北起嵊泗县的南屿,南至苍南县白礁),进行海岛识别,共检测出海岛 2451 个,有相当一部分是有岛无名的海岛和面积是 500900m2 的临界海岛.这个系统对于国土资源调查,海上小目标的判定等方面有一定的应用价值.由于 TM 图像中云彩的识别和去除目前还投有特别好的办法.有待于以后继续研究和系统改进.参考文献1 张鹰.以 GIS 为平台的海岛资源信息系统J.黄渤海海洋 1997,15(3):4650.2 钱晓峰.一种彩色图像区域分割及轮廓矢量化新算法
10、J.数据采集与处理2001,16(1):5257.3 秦其明.卫星图像中不同水体类型识别研究【J】 .地理研究 2001,2o(1):6267.4 郭德方.遥感图像的计算机处理和模式识别M.北京:电子工业出版社,1987.5 刘宝银,王岩峰.南海珊瑚群礁遥感专家素统J.海洋 2001,19(6):3842.6 席学强,王澜生.一个针对遥感图像特定目标的自动识别系统J.遥感技术与应用2000,15(3):179183.7 席学强.采用面向对象技术开发图像目标识别系统J.模式识别与人工智能2001,14(1):114118.8 桑农.海上小目标检测的视知觉方法J.华中理工大学 1996,24(2)
11、:114118.IslandInformationReconitionandTxtractionfr0mTMImageYANGQi,ZHOULjun.SHENXiao-hua(ZhefiangUniversity,310027)Ahi 缸_ct:TheremotensinginvestigationofandsofZhejiangprovincehasbeencarriedoutandtheirtotalamount,position,shape,perimeter,developmentsituationandutilizationhavebecomeclearoThearticleintroducedmainlytheprogramdevelopment,contourfeaturemoddng,andislandrecognitionbasedonimagematchingmode1.keord:imagerecognition;contourtracing;chaillcode;modelmatching37
