汶川地震区航空影像地质灾害自动识别技术.pdfVIP

第 24卷 第 6期 地 理 与 地 理 信 息 科 学 Vo1．24 No．6 2Oo8年 11月 GeogIaphyandGe0一Inf0m1ationScience November2OO8 汶川地震区航空影像地质灾害 自动识别技术 张 敏，杨武年，黄 瑾，刘汉湖，胡宝荣，胡国超 (成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室／遥感与GIs研究所，四川成都 610O59) 摘要：汶川地震引发的大量地质灾害在高精度航片上表现出明显的纹理特征。对航片进行正射校正后，采用数学 形态学方法，选取包括全部方向的结构元素，设计单波段全方位结构元素边缘增强和多波段加权彩色合成相结合 的边缘检测算法，自动提取汶川地震引发的灾害体信息，既考虑了灾害体具有亮度突变信息、色调突变信息和边界 发展具有多方向性的特点，又考虑了各种色调地物在各个波段上具有不同亮度值的特点，对粘连的地物信息进行 分离，根据各个波段与实际灾害体信息的相关性做加权合成，充分挖掘了高精度遥感的色调信息和纹理信息。 关键词：汶川地震；数学形态学；全方位结构元素；多波段加权彩色合成；高精度航片；地质灾害 中图分类号：TP391；P315．61 文献标识码：A 文章编号：1672一O5O4(2O08)O6—0O42—04 体具有亮度突变信息和色调突变信息，本文设计的 0 引言 算法是分离出航片的各个波段，分别做边缘检测，再 汶川大地震发生在地形陡峭的山区，相对高差 根据各个波段与实际灾害体信息的相关性大小做加 达 5O00m，且坡度大、临空面发育、沟谷切割强烈， 权彩色合成，不但利用了形态学在图像边缘检测的 而且道路工程建设中大量削坡存在很多不稳定结 优势找出灾害体边界，而且利用航片各波段与地物 构，此次特大地震和连续暴雨引起了上千处的崩塌、 的相关性信息，突出色调差异。 滑坡、泥石流等斜坡地质灾害，其规模之大、影响之 1 图像预处理 严重为世界地震灾害史罕见。 数学形态学中的边缘检测是图像处理和计算机 航片属于中心投影，且由于飞行姿态不稳，存在 视觉的一个重要课题，边缘表示信号的突变，包含图 较大的几何畸变，在模式识别前需进行正射校正。 像重要信息，如地震引发的新灾害体在高空间分辨 本文采用汶川地区l：1万地形图，选择多项式变换 率的航片上有明显的边缘突变信息，传统的边缘检 几何校正计算模型，这种模型同时做投影变换，应用 测算法(如高斯一拉普拉斯算法、Sobel边缘算法等) 方便且精度高。多项式的阶数越高，相应的校正精 通常是对灰度图像进行处理。由于彩色遥感相片包 度越高。一般采用 3阶或5阶即可满足高分辨率图 含了丰富的色彩信息，而传统的遥感影像分析方 像的校正精度要求 (本文采用3阶)。地面控制点的 法[1](如统计方法、人工神经网络方法)大都基于光 选择直接影响几何校正精度，因此在选择控制点时 谱特征进行遥感影像的分析处理；李利伟等[2]利用 必须遵循两个原则：所选控制点应具有标志性 (即特 数学形态学方法设计相关算法对高分辨率遥感影像 征点)；所有控制点应均匀分布，一般分布在图像边 道路提取进行了研究，充分利用地物的空间几何特 缘 (不能靠边)或规则图像的角点附近 (不能是角 征，但未考虑图像的波段信息。于烨等[3]将灰度边 点)，图像中心也应有若干控制点。地面控制点和多 缘模板算子扩展至彩色图像 的边缘检测 中，并在 项式的阶数关系为：m一(t+1)*(t+2)／2，m为控 RGB空间中对原彩色图像进行多通道边缘检测，为 制点的个数，t为多项式的阶数，即2阶至少需要 6 本文提供了可借鉴的思路。 个控制点 ，3阶至少需要 1O个控制点，以此类推 。本 本文根据彩色航片上灾害体信息与其周围地物 文选取了1O个地面控制点。常用的重采样方法有 类型的色调差异和纹理差异，采用单波段全方位结 最邻近法、双线性内插法和立方卷积内插法，这3种 构元素边缘增强和多波段加权彩色合成相结合