[发明专利]卫星影像中建筑物水平矢量轮廓自动批量提取方法

权利要求书

1.一种卫星影像中建筑物水平矢量轮廓自动批量提取方法，其特征在于包括下述步 

骤： 

步骤一、采用高斯平滑滤波器对建筑群卫星影像进行平滑处理，所述高斯平滑滤波器的方差σ＝0.8，窗口大小为7*7像素；然后在Hsv色彩空间内，保持每个像素的色调不变，按照步进值Δs调整饱和度，按照步进值Δv调整亮度，对卫星影像进行图像增强处理，得到源图像I_orig，其中Δs为0.06-0.08，Δv为0.05-0.07； 

步骤二、轮廓自动提取，包括以下步骤： 

1.不同建筑物种子点的自动生成，包括以下步骤： 

1）在Lab色彩空间利用K-均值算法，在代表颜色信息的a、b色彩子空间上对源图像I_orig进行建筑物区域分割，K-均值算法执行中需要的分类类别数等于图像I_orig在a、b色彩子空间的二维直方图中的峰值个数，将分割出建筑物的图像存储为I_seg； 

2）将图像I_seg转换为灰度图像，再由灰度图像转换为二值化图像I_bw，其中，建筑物区域为白色，背景为黑色，对二值化图像I_bw依次进行下列处理： 

（1）采用窗口为5*5像素的中值滤波器去掉图像中孤立的像素点； 

（2）采用5*5像素的方形结构算子进行开闭运算，去掉面积小于方形结构算子覆盖范围的区域； 

（3）去除面积小于s_area个像素的连通区域，s_area的取值范围为[700，2000]内的整数； 

（4）去除面积大于I_area个像素的连通区域，I_area的取值范围为[8000，10000]内的整数； 

3）对建筑物区域分别编号，并记录其质心作为各建筑物的初始种子点；设种子点位置坐标为(x_k,y_k)，k为建筑物编号，x_k和y_k分别为第k个建筑物种子点在图像中的行号和列号，i表示图像的行号，j表示图像的列号，f(i,j)表示(i,j)处像素的灰度值，D表示联通区域，符号表示向下取整运算。 

2.提取建筑物区域，包括以下步骤： 

1）利用区域生长法，生成各候选建筑物的区域，具体步骤如下： 

（1）建立一个与源图像I_orig一样大小、像素灰度全部为0的图像I_out，设生长阈值为thresh，其取值范围为8-10个像素； 

（2）定位出一个初始种子点(x_k,y_k)，k为建筑物编号，设置I_out(x_k,y_k)＝1； 

（3）以(x_k,y_k)为中心，考虑(x_k,y_k)的四邻域像素(x_k-1,y_k)，(x_k+1,y_k)，(x_k,y_k-1)，(x_k,y_k+1)，在Lab颜色空间内，根据欧氏距离分别计算种子点邻域内像素与种子点的颜色差其中，L(x,y)、a(x,y)、b(x,y)分别表示邻域内当前像素(x,y)的L、a、b分量值，而L_seed、a_seed、b_seed则表示当前种子点的L、a、b分量值；如果邻域内当前像素（x,y）的I_out(x,y)＝0，并且d(x,y)<thresh，则设置I_out(x,y)＝1，同时将(x,y)压入堆栈； 

（4）从堆栈中弹出一个像素当作新的种子点，赋值给(x_k,y_k)，回到步骤（3）；当堆栈为空时，生长结束； 

（5）回到步骤（2），定位出下一个种子点，重复步骤（3）和（4），直到所有种子点扫描完成，整个生长过程结束； 

2）对源图像I_orig灰度化后用Canny算子检测出强边缘，强边缘上的像素为白色，其他像素为黑色，将此含有强边缘信息的图像存储为I_edge； 

3）遍历图像I_out，当I_out中的像素处于白色的建筑物区域时，查看图像I_edge中对应位置的像素是否处于白色的边缘，若是，则将I_out中对应像素变为黑色； 

4）在图像I_out中，计算矩形度长宽比和带状指数其中A，l分别是各区域的面积和周长，A_e，h，w分别对应各区域最小外接矩形的面积、长度和宽度；当d>0.7且s<3且r<5时，确定该区域为建筑物，被确认为是建筑物的区域将保留下来，否则将该区域变为黑色； 

步骤三、利用标记连通区域的方法将图像I_out中的单个建筑物分割出来，分别存储为I_{out_k}，k为建筑物编号；对分割出来的单个建筑物图像I_{out_k}做如下处理： 

（1）在I_{out_k}中，利用Hough变换检测出建筑物水平像素轮廓中对应的最长直线段，作为建筑物的主轴p；以主轴一端为定点，将水平像素轮廓旋转至主轴与图像坐 标系的一个坐标轴平行，具体做法如下： 

设theta角为建筑物主轴p与图像坐标系中x轴正方向的夹角，逆时针方向为正，单位为度；当|cos(theta)|＞cos(45°)时，将建筑物水平像素轮廓旋转至主轴与图像坐标系的x轴平行；当|cos(theta)|≤cos(45°)时，将建筑物水平像素轮廓旋转至主轴与图像坐标系的y轴平行； 

（2）将旋转后的水平像素轮廓按其外界矩形在x，y方向上等间隔分块，每块大小为5*3个像素，定义为单元块，记做unit；在旋转后主轴所在的方向上将单元块定义为3个像素，另一方向定义为5个像素；最后一行和最后一列不足一个单元块的按一个单元块计算； 

（3）在图像I_{out_k}中，从上到下，从左到右逐行扫描各单元块，计算各单元块中建筑物区域面积与单元块面积的百分比其中，A_build是单元块中建筑物区域的面积，A_unit为单元块的面积，面积单位均为像素个数；当Percentage大于等于0.45时，认为该单元块是建筑物区域，保留该单元块并全部填充为白色，否则丢弃该单元块； 

（4）将得到的直线化轮廓绕主轴的定点旋转-theta角度调整回原始位置，得到单个建筑物的直线化轮廓； 

（5）分别对所有的建筑物区域进行上述步骤（1）-（4）的操作，并将处理后的各建筑物直线化轮廓合并到同一图像中，并存储为矢量图，最终完成对原始影像上建筑群中所有建筑物水平矢量轮廓的批量提取。