基于GVF模型的地物边界边缘优化方法_彭刚跃.pdf
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1、第 卷 第 期 年 月 北京测绘 引文格式:彭刚跃,郭珍珍,何齐学 基于 模型的地物边界边缘优化方法 北京测绘,():,():收稿日期 作者简介 彭刚跃(),男,四川乐山人,硕士,工程师,研究方向为数字图像处理。:基于 模型的地物边界边缘优化方法彭刚跃 郭珍珍 何齐学(河南省水利勘测设计研究有限公司,河南 郑州,;黄河水文勘察测绘局,河南 郑州,;河南省第二建设集团有限公司,河南 新乡,)摘 要 采用梯度矢量流()模型对自动提取的地物边界进行优化,可以在一定程度上提高其与实际边界的匹配度,但 模型进行边缘优化在计算过程中容易受到周围突变点或突变区域的影响,导致部分点位偏离真实边界。本文对 模型
2、进行改进,分别对道路和海岸线边界进行优化,提高提取结果与实际边界的匹配程度。关键词 边缘优化;梯度矢量流模型;地物提取中图分类号 文献标识码 文章编号()引言采用计算机对遥感影像进行地物的自动化提取时,得到的边界难以与实际边界相匹配,在提取之后需要采用一定 的 方 法 优 化 提 取 结果。在现阶段的边缘优化研究中,活动轮廓(:)模型应用较为普遍,研究者在采用 模型时做出了多种改进,比较经典的包括:气球力()模型,距离()模型,梯度矢量流(,)模型,而 模型由于其稳定和准确的特点,受到大量学者的关注,现已广泛应用于医学、人工智能等领域。本文对 模型的原理和实验数据进行分析,在此基础上提出一种改
3、进的 模型,应用于遥感影像中的地物边界提取与优化,通过对该模型的分析和实例验证,证明本方法能够有效地避免边界偏向影像灰度值的突变点,更加贴近真实的地物边界。模型 模型 模型是由 等于 年提出,其思想是通过把图像上的底层信息和地物的高层知识进行结合,综合考虑图像中地物轮廓的几何特征与图像整体的内部特征,计算能量函数并进行迭代,逐渐趋近其真实边界,最终确定地物的轮廓,其计算过程就是图像力平衡的过程。假设在图像中,、表示初始提取的轮廓线的坐标,轮廓线的数学表示为()(),()()将轮廓线的能量函数定义为()()()式中,是指轮廓线的内部能量,与轮廓线的平滑和连续性有关;是指轮廓线的外部能量,与图像整
4、体有关,其定义分别为()()()()()第 卷 第 期彭刚跃,郭珍珍,何齐学 基于 模型的地物边界边缘优化方法式中,与曲线的连续性有关;与曲线的刚性有关。当 等于 时,曲线可能出现断点;当 等于 时,曲线出现转折点。(,)(,)()式中,是指梯度算子;(,)代表方差为 均值为 的二维高斯滤波算子。模型梯度矢量流模型(模型)是在 模型的基础上,将梯度向量流作为图像力,代替原来的外力,其中,梯度向量流的数学表示为(,)(,),(,)()式中,、代表图像中(,)点位置沿着两个方向的梯度,由极小化式()的能量泛函来计算()()式中,是人工给定的权重;是图像的梯度。为了使得 最小,需满足方程()。()(
5、)()()()式中,表示 算子;和 是指表示图像沿着 轴和 轴方向的偏导数。上述式子经过离散化后可以得到(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)(,)()基于上述理论,本文采用 模型对提取得到的边缘进行优化处理,参数选择 .,.,.,以道路与海岸线为例,分析该模型的优化结果如图 所示。()原始道路边界()优化后的道路边界()原始海岸线()优化后的海岸线图 模型边缘优化结果图从图 可以看出,海岸线和道路优化后的边界与真实边界存在部分区域重合度不高的情况,这是由于采用 模型的计算规则主要基于梯度矢量流,易受到周围图像突变的影响,使得曲线在移动过程中逐渐偏向图像突变的区域。
6、改进的 模型由于上述问题存在,本文提出将兴趣地物的灰度值加入该模型的外部能量中,对 模型的算法进行改进。若兴趣地物的灰度均值为,灰度阈值范围为,根据 和 将图像分为属于兴趣区域的点集 和不属于兴趣区域的点集。对 中的每个点计算其距离 中点最近的距离作为该点的势能,对 中的每个点计算其与 中点最近的距离作为该点的势能。模型中的外部能量函数可以表示为 ()()式中,表示由图像梯度矢量流构成的外部能量;是指距离势能;为权重参数,取值范围为(),时,外部能量由距离势能构成,时,外部能量由梯度矢量流构成。通过数值化实现后得到外部能量函数的偏导数为(,)(,)()(,)(,)()()式中,(,)、(,)分
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