專(zhuān)利名稱(chēng)：用于影像地圖的線狀矢量與遙感影像自動(dòng)配準(zhǔn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子地圖制作技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于影像地圖的線狀矢量與遙感影像自動(dòng)配準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
互聯(lián)網(wǎng)地圖服務(wù)在人們的生活中已經(jīng)引起了廣泛的關(guān)注，影像地圖作為新型地圖的一種表現(xiàn)形式，將矢量和遙感影像有機(jī)結(jié)合并在線動(dòng)態(tài)瀏覽，科學(xué)、直觀的反映地理環(huán)境和地理現(xiàn)象，已經(jīng)成為地理信息可視化的主要趨勢(shì)。與傳統(tǒng)地圖相比，影像地圖表現(xiàn)的地理要素更加真實(shí)、紋理更加豐富，然而，由于采集和處理方式的不同，線狀矢量與遙感影像在 直接套合時(shí)多存在空間位置不一致的情況，套合精度較低，需要對(duì)線狀矢量進(jìn)行調(diào)整以與遙感影像相配準(zhǔn)?，F(xiàn)有的配準(zhǔn)方法基于人工操作，用于線狀矢量空間位置調(diào)整的時(shí)間占據(jù)了影像地圖生產(chǎn)處理時(shí)間中相當(dāng)大的比例。因此，需要設(shè)計(jì)自動(dòng)、可靠的線狀矢量與遙感影像配準(zhǔn)方法。現(xiàn)有研究表明，由于缺乏線狀地物足夠的幾何先驗(yàn)信息，采用局部模版匹配的方法進(jìn)行線狀矢量與遙感影像的自動(dòng)配準(zhǔn)具有很大的局限性，難以同時(shí)將線狀矢量拓?fù)潢P(guān)系和空間位置與遙感影像協(xié)調(diào)一致，不能滿(mǎn)足實(shí)際影像地圖生產(chǎn)中配準(zhǔn)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有背景技術(shù)的不足之處，而提供一種用于影像地圖的線狀矢量與遙感影像配準(zhǔn)方法，利用動(dòng)態(tài)閾值分割和形態(tài)學(xué)變換從遙感影像獲取線狀矢量的骨架，利用網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換進(jìn)行線狀矢量與遙感影像骨架的配準(zhǔn)，最終達(dá)到影像地圖生產(chǎn)中線狀矢量向遙感影像的精確配準(zhǔn)的目的。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案用于影像地圖的線狀矢量與遙感影像自動(dòng)配準(zhǔn)方法，其特征在于它包括如下步驟①線狀矢量拓?fù)潢P(guān)系建立步驟，該步驟采用關(guān)系數(shù)據(jù)模型，建立現(xiàn)有線狀矢量邊與結(jié)點(diǎn)的矢量鄰接關(guān)系，并記錄每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)度；②遙感影像區(qū)域分割步驟，該步驟采用動(dòng)態(tài)閾值分割方法，將遙感影像自動(dòng)分割為不同的區(qū)域，并對(duì)每一塊影像分割區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記；③線狀矢量骨架提取步驟，該步驟先計(jì)算每一塊影像分割區(qū)域的形狀特征參數(shù)，然后選取出與線狀矢量特征相一致的影像分割區(qū)域，并對(duì)其進(jìn)行形態(tài)學(xué)骨架變換，得到與線狀矢量相對(duì)應(yīng)的線狀矢量骨架圖像；④基于網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換的配準(zhǔn)步驟，該步驟利用網(wǎng)絡(luò)蛇模型保持了線狀矢量拓?fù)潢P(guān)系不變，在能量最小化的計(jì)算過(guò)程中進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換，最后得到與遙感影像精確配準(zhǔn)的線狀與影像配準(zhǔn)結(jié)果。在上述技術(shù)方案中，所述線狀矢量骨架提取步驟中的形狀特征參數(shù)為面積參數(shù)、橢圓長(zhǎng)軸參數(shù)和最大內(nèi)切圓半徑參數(shù)。在上述技術(shù)方案中，所述基于網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換的配準(zhǔn)步驟進(jìn)一步包括以下子步驟①網(wǎng)絡(luò)蛇初始化，將線狀矢量相鄰兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的邊內(nèi)插為分段曲線，得到每條邊的初始離散坐標(biāo)串集合；②計(jì)算骨架圖像的梯度矢量流能量，作為網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換中的圖像能；③根據(jù)結(jié)點(diǎn)度的不同，對(duì)線狀矢量每條邊的初始離散坐標(biāo)串以及每個(gè)結(jié)點(diǎn)分別構(gòu)建能量方程；④通過(guò)拓?fù)潢P(guān)系不變的網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換，迭代計(jì)算得到離散坐標(biāo)串和結(jié)點(diǎn)的新位置坐標(biāo)，當(dāng)新位置坐標(biāo)與上一位置坐標(biāo)的差值小于預(yù)先設(shè)定的閾值條件，則將新位置坐標(biāo) 記為最終結(jié)果，得到與遙感影像精確配準(zhǔn)的矢量與影像配準(zhǔn)結(jié)果。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果①本發(fā)明在配準(zhǔn)中保持了線狀矢量拓?fù)潢P(guān)系不變；②本發(fā)明在缺少線狀矢量幾何先驗(yàn)信息的前提下，達(dá)到線狀矢量與遙感影像的自動(dòng)精確配準(zhǔn)。③利用動(dòng)態(tài)閾值分割和形態(tài)學(xué)變換從遙感影像獲取線狀矢量的骨架，利用網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換進(jìn)行線狀矢量與遙感影像骨架的配準(zhǔn)，最終達(dá)到影像地圖生產(chǎn)中線狀矢量向遙感影像的精確配準(zhǔn)的目的。


圖I是本發(fā)明中網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換示意圖；圖2是本發(fā)明中提供的基于網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換的線狀矢量與遙感影像配準(zhǔn)流程圖。圖中箭頭方向?yàn)閮?nèi)移方向，黑點(diǎn)與空心點(diǎn)為內(nèi)插點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的的實(shí)施情況，但它們并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，僅作舉例而已。同時(shí)通過(guò)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚和容易理解。本發(fā)明提供的一種用于影像地圖的線狀矢量與遙感影像自動(dòng)配準(zhǔn)方法，包括以下步驟I)線狀矢量拓?fù)潢P(guān)系建立步驟該步驟采用關(guān)系數(shù)據(jù)模型，建立現(xiàn)有線狀矢量邊與結(jié)點(diǎn)的矢量鄰接關(guān)系，并記錄每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)度；結(jié)點(diǎn)度定義為每個(gè)結(jié)點(diǎn)鄰接邊的數(shù)量。2)遙感影像區(qū)域分割步驟該步驟采用動(dòng)態(tài)閾值分割方法，將遙感影像自動(dòng)分割為不同的區(qū)域，并對(duì)每一塊影像分割區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記。3)線狀矢量骨架提取步驟該步驟先計(jì)算步驟2)中標(biāo)記的每一塊影像分割區(qū)域的形狀特征參數(shù)。包括面積參數(shù)、橢圓長(zhǎng)軸參數(shù)和最大內(nèi)切圓半徑參數(shù)。用區(qū)域R內(nèi)的點(diǎn)數(shù)表示面積a，(r, c)表示區(qū)域內(nèi)的圖像像素，則面積參數(shù)為α =I^I= Σ 1
(r,c')GR
定義區(qū)域R的歸一化矩為n，則歸一化矩np,qnpq =- Yj rpcq
a (r.cGR)相對(duì)于區(qū)域中心(nlj0, noa)的中心矩Up,qμΡ = - Σ (r-\o)P(c~\,)q
a (r.cGR) 若利用一個(gè)橢圓分別獲取區(qū)域的一階中心矩(p+q = I)和二階中心矩(p+q = 2)，則橢圓中心與區(qū)域重心重合，橢圓的長(zhǎng)軸參數(shù)A可通過(guò)下式計(jì)算得到rx = ^2(μ2 0 + μοα +」(μ2β - "。,2 )2 + 4μ2ΙΑ )然后根據(jù)線狀地物的形狀特征，通過(guò)面積參數(shù)選取具有一定大小的影像分割區(qū)域，通過(guò)橢圓長(zhǎng)軸選取具有一定長(zhǎng)度的影像分割區(qū)域，通過(guò)最大內(nèi)切圓半徑選取具有一定寬度的影像分割區(qū)域，通過(guò)三種形狀特征將線狀地物與非線狀地物分隔開(kāi)來(lái)，選取出與線狀矢量特征相一致的影像分割區(qū)域。定義骨架子集為Sk (A)，則(Sk (A) Θ kB) = ((L (Sk (A) Θ 5) Θ 5) L ) Θ 5形態(tài)學(xué)骨架A可以通過(guò)使用下列公式由這些子集重構(gòu) -4 = LK^t ⑷十 kB.)
k=0通過(guò)對(duì)影像分割區(qū)域的形態(tài)學(xué)骨架變換，得到與線狀矢量相對(duì)應(yīng)的骨架圖像。4)基于網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換的配準(zhǔn)步驟該步驟利用網(wǎng)絡(luò)蛇模型保持了線狀矢量拓?fù)潢P(guān)系不變，在能量最小化的計(jì)算過(guò)程中對(duì)線狀矢量向線狀矢量的骨架圖像進(jìn)行局部幾何變換，最后得到與遙感影像精確配準(zhǔn)的線狀矢量。所述步驟4)通過(guò)以下步驟對(duì)線狀矢量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換a)初始化網(wǎng)絡(luò)蛇，如圖1(a)，將線狀矢量相鄰兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的邊內(nèi)插為分段曲線，得到每條邊的初始離散坐標(biāo)串集合；計(jì)算每個(gè)結(jié)點(diǎn)鄰接邊的數(shù)量，定義每個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)度。b)計(jì)算骨架圖像的梯度矢量流能量，作為網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換中的圖像能；定義f (X，y)為灰度圖像的邊緣圖像，則f (X，y)的梯度場(chǎng)為Vf (X, y),把梯度場(chǎng)向圖像邊沿迭代擴(kuò)散，形成擴(kuò)散的梯度矢量流場(chǎng)V (X, y) = (u (X, y), V (X, y)),梯度矢量流能量定義為￡ = (n2x + U2y + V2x +V2y) + |V/|2 |v-V/|2)dxdyc)根據(jù)結(jié)點(diǎn)度的不同，對(duì)線狀矢量每條邊的初始離散坐標(biāo)串以及每個(gè)結(jié)點(diǎn)分別構(gòu)建能量方程；如圖定義曲線V(S) = (X (S)，y (S))，結(jié)點(diǎn)度為2處的能量方程為a (Vi-VH)-Ct (Vw-Vi)+ β (vi_2-2vi_1+vi) -2 β (vi_1-2vi+vi+1) + β (vi-2vi+1+vi+2)+fv(v) = 0
結(jié)點(diǎn)度為3處vA = vBn = VC ，能量方程為
權(quán)利要求
1.用于影像地圖的線狀矢量與遙感影像自動(dòng)配準(zhǔn)方法，其特征在于它包括以下步驟①線狀矢量拓?fù)潢P(guān)系建立步驟該步驟采用關(guān)系數(shù)據(jù)模型，建立現(xiàn)有線狀矢量邊與結(jié)點(diǎn)的矢量鄰接關(guān)系，并記錄每一個(gè)結(jié)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)度；結(jié)點(diǎn)度定義為每個(gè)結(jié)點(diǎn)鄰接邊的數(shù)量； ②遙感影像區(qū)域分割步驟該步驟采用動(dòng)態(tài)閾值分割方法，將遙感影像自動(dòng)分割為不同的區(qū)域，并對(duì)每一塊影像分割區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記； ③線狀矢量骨架提取步驟該步驟先計(jì)算步驟②中標(biāo)記的每一塊影像分割區(qū)域的形狀特征參數(shù)，選取出與線狀矢量特征相一致的影像分割區(qū)域，通過(guò)對(duì)影像分割區(qū)域的形態(tài)學(xué)骨架變換，得到與線狀矢量相對(duì)應(yīng)的線狀矢量骨架圖像； ④基于網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換的配準(zhǔn)步驟該步驟利用網(wǎng)絡(luò)蛇模型保持了線狀矢量拓?fù)潢P(guān)系不變，在能量最小化的計(jì)算過(guò)程中對(duì)線狀矢量向線狀矢量的骨架圖像進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換，最后得到與遙感影像精確配準(zhǔn)的線狀矢量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于影像地圖的線狀矢量與遙感影像自動(dòng)配準(zhǔn)方法，其特征在于所述線狀矢量骨架提取步驟中的形狀特征參數(shù)為面積參數(shù)、橢圓長(zhǎng)軸參數(shù)和最大內(nèi)切圓半徑參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的用于影像地圖的線狀矢量與遙感影像自動(dòng)配準(zhǔn)方法，其特征在于所述基于網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換的配準(zhǔn)步驟進(jìn)一步包括以下子步驟 ①網(wǎng)絡(luò)蛇初始化，將線狀矢量相鄰兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的邊內(nèi)插為分段曲線，得到每條邊的初始離散坐標(biāo)串集合； ②計(jì)算骨架圖像的梯度矢量流能量，作為網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換中的圖像能； ③根據(jù)結(jié)點(diǎn)度的不同，對(duì)線狀矢量每條邊的初始離散坐標(biāo)串以及每個(gè)結(jié)點(diǎn)分別構(gòu)建能量方程； ④通過(guò)拓?fù)潢P(guān)系不變的網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換，迭代計(jì)算得到離散坐標(biāo)串和結(jié)點(diǎn)的新位置坐標(biāo)，當(dāng)新位置坐標(biāo)與上一位置坐標(biāo)的差值小于預(yù)先設(shè)定的閾值條件，則將新位置坐標(biāo)記為最終結(jié)果，得到與遙感影像精確配準(zhǔn)的線狀矢量。
全文摘要
用于影像地圖的線狀矢量與遙感影像自動(dòng)配準(zhǔn)方法，其特征在于它包括以下步驟線狀矢量拓?fù)潢P(guān)系建立步驟；遙感影像區(qū)域分割步驟；線狀矢量骨架提取步驟；基于網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換的配準(zhǔn)步驟。本發(fā)明利用動(dòng)態(tài)閾值分割和形態(tài)學(xué)變換從遙感影像獲取線狀矢量的骨架，利用網(wǎng)絡(luò)蛇模型變換進(jìn)行線狀矢量與遙感影像骨架的配準(zhǔn)，最終達(dá)到影像地圖生產(chǎn)中線狀矢量向遙感影像的精確配準(zhǔn)的目的。
文檔編號(hào)G09B29/00GK102663761SQ20121012211
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者劉帥, 梅洋, 湯璇, 鐘良, 陳浩, 馬力 申請(qǐng)人:長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司, 長(zhǎng)江空間信息技術(shù)工程有限公司(武漢)