改进BalloonSnake算法提取遥感影像水体边界-遥感学报.PDFVIP

1 改进Balloon Snake 算法提取遥感影像水体边界 1,2 1 1 陈能成 ，刘丹丹 ，杜文英 1. 武汉大学 测绘遥感信息工程国家重点实验室, 湖北 武汉 430079 ; 2. 武汉大学 地球空间信息技术协同创新中心, 湖北 武汉 430079 摘 要: 相比于正交T-Snake 算法，传统Balloon Snake 算法不受格网约束，能够更加精确提取高分辨率遥感影 像上水体，然而尚不能解决河中岛引起的拓扑冲突问题。由此，本文提出了一种改进Balloon Snake 算法(T-Balloon Snake)，设计了目标内部由于空洞引起的拓扑冲突检测与处理机制。算法首先在目标水体内部手动设置一个初始 轮廓，在曲线每次膨胀前对曲线进行自相交检测，若存在拓扑冲突则对曲线进行分裂与合并处理，最终直至迭代 停止。实验选取了三类湖泊与河流高分影像，实现了复杂遥感影像水体矢量边界的一次性精确提取。实验结果表 明，该方法可直接有效提取水体中深凹以及岛状边界，在提取结果正确性和完整性上都优于传统 Balloon Snake 算法。 关键词: 遥感影像, 河中岛, 边界提取, 改进Balloon Snake, 拓扑冲突 中图分类号: TP751.1 文献标志码: A 果仍不理想；孟伟灿等(2012)将区域生长法与 GVF 1 引 言 Snake 模型相结合提取水体边界，实现了轮廓曲线自 动初始化，但不能处理复杂拓扑结构水体。吴欢等 目前对水体轮廓提取方法常用的主要包括三种： (2006)将 Snake 模型提取过程分成两阶段，通过多种 基于多波段图像的谱间关系法(杨树文 等, 2010)、基 轮廓初始化方法来提取高分辨率遥感影像河道边界。 于边缘检测算法(孟伟灿, 2012)、基于活动轮廓模型的 孟令奎等(2015)基于改进正交 T-Snake 方法成功提取 边缘提取算法(Kass 等, 1988) 。其中前两种在提取过 了遥感影像水体，但结果精度受格网尺寸限制。 程中会产生二次误差，很难准确、直接地获取水体连 Balloon Snake 模型在原始Snake 模型基础上添加 续边界，而后者直接对原影像水体进行提取，能够直 了膨胀力，使模型对初始轮廓不敏感，且不受格网约 接获取目标矢量轮廓线，但是对初始轮廓位置较敏感 束，在参数设置适当下能够提取到目标边缘(张荣国, 且无法提取深凹水体边界。 2012; Li 等, 2014)。Filho 等(2014)提出了一种自适应 因此许多学者在原始Snake 算法基础上提出了一 Balloon 活动轮廓模型，通过对内力加以改进使模型能 些新改进算法，如Balloon Snake(Cohen, 1991)模型在 够提取复杂形状边界。吕红宇等(2005)由PSF 算法给 原始能量函数基础上增加了膨胀外力，GVF Snake(Xu 出了Snake 曲线运动停止条件，正确分割出了医学影 和 Prince, 1998)计算了图像梯度场，使得模型对轮廓 像中多个对象轮廓。但由于Balloon Snake 模型不具有 初始位置不再敏感；T-Snake 模型(McInerney 和 拓扑变换能力，因此尚未应用于含河中岛遥感影像水 Terzopoulos, 2000) 基于仿射单元思想，将轮廓线控制 体边界提取。 在三角格网中，使模型具有处理拓扑冲突的能力；正 本文以含河中岛遥感影像水体边界