基于数学形态学的海岛水边线提取模型
发布时间：2021-02-09 16:11
针对遥感影像数据大面积覆盖的特性,利用数学形态学提出了一种多目标海岛水边线的同步提取模型,模型包括:利用K-means算法的海岛区域粗分割;基于灰度膨胀算法的海岛初始轮廓曲线确立;利用水平集算法的海岛水边线优化。以福州海域的多目标海岛水边线提取为例,将本文模型与K-means模型、二值化高斯滤波水平集模型（SBGFRLS）和基于改进水平集的海岛边界快速分割模型（ILSM-IBRS）进行了比较。结果表明,本文模型弥补了K-means模型的过分割现象,其计算耗时较SBGFRLS和ILSM-IBRS模型分别节省了96.16%和86.96%;其迭代次数分别减少了97.07%和90.59%。由此可见,本文模型解决了现有提取模型效率低、过分割等现象,实现了多目标海岛水边线的同步提取,为海岛普查等提供了一种快速提取方法。
【文章来源】：海洋测绘. 2020,40(05)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图２基于本文模型的多目标海岛水边线同步提取过程示意图??由图２（ａ）可看出，多目标海岛水边线粗分割结果??出现了过分割现象
为输入，基于水平集算法优化多海岛??水边线的提取结果。??（Ｃ）多目标海岛水边线??海岛初始轮廓已部分收敛到海岛目标水边线上，但??受图像噪声等影响，初始轮廓并非是一条连续闭合??的曲线，且存在过分割现象；（４）与ＩＬＳＭ－ＩＢＲＳ模型??相比，本文模型的初始轮廓更为平滑，且实现了曲线??的闭合，解决了初始轮廓和水边线的过分割问题。??初始??轮廓??分割??结果??（ａ）Ｋ－ｍｅａｎｓ?（ｂ）ＳＢＧＦＲＬＳ?（ｃ）ＩＬＳＭ－ＩＢＲＳ?、士士磁??模型?麵?猶??图３基于不同模型的多目标海岛水边线提取结果对比图??３．２．２不同模型海岛水边线提取计算效率比较??针对多目标海岛水边线的提取，本节以计算时??间和迭代次数为参数，比较了本文模型与Ｋ－ｍｅａｎｓ??模型、ＳＢＧＦＲＬＳ模型、ＩＬＳＭ－ＩＢＲＳ模型的计算效率。??表１为基于不同提取模型的多目标海岛水边线提取??计算时间和迭代次数比较结果。由表１中可看出：??在多目标海岛的水边线的提取中，除Ｋ－ｍｅａｎｓ模型??之外，本文模型在计算时间和迭代次数上均具有较??好的优势。面向福州海域的多目标海岛水边线提??取，本文模型所用时间较ＳＢＧＦＲＬＳ和ＩＬＳＭ－ｆｆｉＲＳ??图２基于本文模型的多目标海岛水边线同步提取过程示意图??由图２（ａ）可看出，多目标海岛水边线粗分割结果??出现了过分割现象。经过灰度膨胀算法优化后的粗分??割结果，其更为平滑且实现了曲线的闭合。同时，加大??的初始边界与目标轮廓距离，解决了粗分割中出现的??过分割现象，见图２（ｂ）。图２（ｃ）为多目标海岛水边线??的最终提取结果，其将灰度膨胀算法优化后的多目标??海岛初始轮
４８??海洋测绘??第４０卷??＿?ＴＰ??￣?ＴＰ?＋?ＦＰ?＋?ＦＮ?“３）?［２］??式中，为匹配的模型提取水边线长度，ＦＰ为未匹??配的模型提取水边线长度，ｍ为匹配的目视解译提??取水边线长度为未匹配的目视解译水边线长??度。表２为不同模型的海岛水边线提取结果精度比??较，可看出本文模型的提取水边线结果表现出更好??的完整性、正确率和提取质量。??图４海岛水边线目视解译结果示意图??表２基于不同模型的多目标海岛水边线提取结果精度比较??模型??ＴＰ?ＴＰ＋ＦＰ?ＴＮ??ＴＮ＋ＦＮ?ＣＰ％??ＣＲ％??ＱＬ％??本文模型??３１６７６?３４８０９?２６６３０??９３??９１??８６??ＩＬＳＭ－ＩＢＲＳ３４１８１?４０６５５?２５８９２??９０??２８６１５??８４??７９??ＳＢＧＦＲＬＳ??３３?８１１?４０２９０?２５?８８８??９０??８４??７９??Ｋ－ｍｅａｎｓ??３０３７０?４６７３６?２０８１４??７３??６５??５６??４结束语??本文结合数学形态学的灰度膨胀算法，兼顾海岛??遥感影像大面积覆盖的特点，提出了多目标海岛水边??线的同步提取模型。通过与其它分割模型比较，如??Ｋ－ｍｅａｎｓ模型，二值化高斯滤波水平集模型??（ＳＢＧＦＲＩ５）和基于改进水平集的海岛边界快速分割模??型（ＩＩ５Ｍ－ＩＢＲＳ），验证了本文模型提取的多目标海岛??边线结果表现出更好的完整性、正确率和提取质量。??但本文仅对利用某一时刻遥感观测影像数据提??取了海岛水边线，其属于瞬时水边线的提取；海岛水??边线还需综合考虑潮汐数据等自然因素观测数据，??因此如何实现多源海岛监测数据的融合，提高海岛??
【参考文献】：
期刊论文
[1]海岸线自动提取方法研究[J]. 吕立蕾,董玉磊,奉定平,王荣林. 海洋测绘. 2019(04)
[2]改进水平集模型的海岛边界快速分割方法研究[J]. 王振华,何婉雯,孙婧琦,曲念毅,黄冬梅. 计算机科学与探索. 2019(07)
[3]基于水边线的遥感影像防波堤提取方法[J]. 喻金桃,郭海涛,林雨准,陈小卫,丁磊. 海洋测绘. 2018(03)
[4]海岛礁航空摄影测量技术应用研究[J]. 滕惠忠,于波,李海滨,郭忠磊,闸旋. 海洋测绘. 2016(06)
[5]基于国产GF-1遥感影像的山区细小水体提取方法研究[J]. 李艳华,丁建丽,闫人华. 资源科学. 2015(02)
[6]数学形态学在作物病害图像处理中的应用研究[J]. 刁智华,赵春江,吴刚,郭新宇. 中国图象图形学报. 2010(02)
本文编号：3025897
【文章来源】：海洋测绘. 2020,40(05)
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图２基于本文模型的多目标海岛水边线同步提取过程示意图??由图２（ａ）可看出，多目标海岛水边线粗分割结果??出现了过分割现象
为输入，基于水平集算法优化多海岛??水边线的提取结果。??（Ｃ）多目标海岛水边线??海岛初始轮廓已部分收敛到海岛目标水边线上，但??受图像噪声等影响，初始轮廓并非是一条连续闭合??的曲线，且存在过分割现象；（４）与ＩＬＳＭ－ＩＢＲＳ模型??相比，本文模型的初始轮廓更为平滑，且实现了曲线??的闭合，解决了初始轮廓和水边线的过分割问题。??初始??轮廓??分割??结果??（ａ）Ｋ－ｍｅａｎｓ?（ｂ）ＳＢＧＦＲＬＳ?（ｃ）ＩＬＳＭ－ＩＢＲＳ?、士士磁??模型?麵?猶??图３基于不同模型的多目标海岛水边线提取结果对比图??３．２．２不同模型海岛水边线提取计算效率比较??针对多目标海岛水边线的提取，本节以计算时??间和迭代次数为参数，比较了本文模型与Ｋ－ｍｅａｎｓ??模型、ＳＢＧＦＲＬＳ模型、ＩＬＳＭ－ＩＢＲＳ模型的计算效率。??表１为基于不同提取模型的多目标海岛水边线提取??计算时间和迭代次数比较结果。由表１中可看出：??在多目标海岛的水边线的提取中，除Ｋ－ｍｅａｎｓ模型??之外，本文模型在计算时间和迭代次数上均具有较??好的优势。面向福州海域的多目标海岛水边线提??取，本文模型所用时间较ＳＢＧＦＲＬＳ和ＩＬＳＭ－ｆｆｉＲＳ??图２基于本文模型的多目标海岛水边线同步提取过程示意图??由图２（ａ）可看出，多目标海岛水边线粗分割结果??出现了过分割现象。经过灰度膨胀算法优化后的粗分??割结果，其更为平滑且实现了曲线的闭合。同时，加大??的初始边界与目标轮廓距离，解决了粗分割中出现的??过分割现象，见图２（ｂ）。图２（ｃ）为多目标海岛水边线??的最终提取结果，其将灰度膨胀算法优化后的多目标??海岛初始轮
４８??海洋测绘??第４０卷??＿?ＴＰ??￣?ＴＰ?＋?ＦＰ?＋?ＦＮ?“３）?［２］??式中，为匹配的模型提取水边线长度，ＦＰ为未匹??配的模型提取水边线长度，ｍ为匹配的目视解译提??取水边线长度为未匹配的目视解译水边线长??度。表２为不同模型的海岛水边线提取结果精度比??较，可看出本文模型的提取水边线结果表现出更好??的完整性、正确率和提取质量。??图４海岛水边线目视解译结果示意图??表２基于不同模型的多目标海岛水边线提取结果精度比较??模型??ＴＰ?ＴＰ＋ＦＰ?ＴＮ??ＴＮ＋ＦＮ?ＣＰ％??ＣＲ％??ＱＬ％??本文模型??３１６７６?３４８０９?２６６３０??９３??９１??８６??ＩＬＳＭ－ＩＢＲＳ３４１８１?４０６５５?２５８９２??９０??２８６１５??８４??７９??ＳＢＧＦＲＬＳ??３３?８１１?４０２９０?２５?８８８??９０??８４??７９??Ｋ－ｍｅａｎｓ??３０３７０?４６７３６?２０８１４??７３??６５??５６??４结束语??本文结合数学形态学的灰度膨胀算法，兼顾海岛??遥感影像大面积覆盖的特点，提出了多目标海岛水边??线的同步提取模型。通过与其它分割模型比较，如??Ｋ－ｍｅａｎｓ模型，二值化高斯滤波水平集模型??（ＳＢＧＦＲＩ５）和基于改进水平集的海岛边界快速分割模??型（ＩＩ５Ｍ－ＩＢＲＳ），验证了本文模型提取的多目标海岛??边线结果表现出更好的完整性、正确率和提取质量。??但本文仅对利用某一时刻遥感观测影像数据提??取了海岛水边线，其属于瞬时水边线的提取；海岛水??边线还需综合考虑潮汐数据等自然因素观测数据，??因此如何实现多源海岛监测数据的融合，提高海岛??
【参考文献】：
期刊论文
[1]海岸线自动提取方法研究[J]. 吕立蕾,董玉磊,奉定平,王荣林. 海洋测绘. 2019(04)
[2]改进水平集模型的海岛边界快速分割方法研究[J]. 王振华,何婉雯,孙婧琦,曲念毅,黄冬梅. 计算机科学与探索. 2019(07)
[3]基于水边线的遥感影像防波堤提取方法[J]. 喻金桃,郭海涛,林雨准,陈小卫,丁磊. 海洋测绘. 2018(03)
[4]海岛礁航空摄影测量技术应用研究[J]. 滕惠忠,于波,李海滨,郭忠磊,闸旋. 海洋测绘. 2016(06)
[5]基于国产GF-1遥感影像的山区细小水体提取方法研究[J]. 李艳华,丁建丽,闫人华. 资源科学. 2015(02)
[6]数学形态学在作物病害图像处理中的应用研究[J]. 刁智华,赵春江,吴刚,郭新宇. 中国图象图形学报. 2010(02)
本文编号：3025897
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