喀斯特地区地理国情普查地表覆盖影像多尺度分割技术研究

摘要

地理国情普查是全面获取地表自然、生态及人类活动基本情况等地理国情信息的基础性工作，是制定和实施国家发展战略与规划、优化国土空间开发格局和各类资源配置的重要依据。贵州喀斯特地区地形复杂、沟壑纵深，遥感影像自动解译存在解译难度大、精度不高等问题。第一次地理国情普查的影像解译工作主要还是借助人工解译，解译工作费时费力，工作效率低下。针对喀斯特地区地理国情普查的内容和对象所需，如何提高遥感影像解译的精度和速度，高质量的获取地理国情信息，是本文的研究所在。本文结合LBP算子对均值漂移分割算法进行改进，并对多尺度分割技术进行研究。利用改进的均值漂移算法进行影像的初始分割，采用均值方差法确定各地物类别的最优分割尺度，将得到的多尺度分割结果利用光谱差异法进行优化，并将优化后的影像分割结果应用于研究区的地物信息提取。论文的主要研究结论如下： （1）提出了一种基于LBP纹理特征的均值漂移算法。通过分析传统的均值漂移算法和LBP纹理特征，在均值漂移算法的多维特征向量中加入LBP纹理特征值，进行各种带宽参数设置和最小异质性区域合并，得到改进后的分割结果。实验结果表明，相比于传统的均值漂移算法和eCognition软件的分割结果，改进的算法在纹理丰富的区域表现出良好的分割效果。 （2）优化了基于高分辨率遥感影像的多尺度分割技术。本文通过分析现有的多尺度分割技术，首先采用加入LBP纹理特征的均值漂移算法进行初始分割，然后利用均值方差法确定各类地物的最优分割尺度，得到各地物类别的多尺度分割结果，最后通过光谱差异法对上一步分割结果进行优化，得到最终多尺度分割结果。 （3）开展了喀斯特地区多尺度分割实验及应用研究。为验证本文提出的多尺度分割技术的有效性，本文选取了研究区的WorldView-2影像数据作为数据源，进行了各类别地物的多尺度分割实验，并根据实验分割结果在多尺度下提取研究区地物信息，地物信息提取的总体精度达到84.24%。

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Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 影像分割的国内外研究进展

1.2.1 影像分割方法的研究进展

1.2.2 多尺度分割技术的研究进展

1.3 论文的主要研究内容及技术路线

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 技术路线

1.4 论文结构

2 喀斯特地区地理国情普查影像多尺度分割的相关理论基础

2.1 喀斯特及喀斯特地区

2.1.1 喀斯特

2.1.2 喀斯特地区

2.2 地理国情普查

2.2.1 地理国情普查定义

2.2.2 地理国情普查内容

2.2.3 地理国情普查的主要数据及制作流程

2.2.4 地理国情普查的技术路线

2.2.5 地理国情普查的工作流程

2.3 均值漂移算法

2.3.1 均值漂移算法原理

2.3.2 基于均值漂移算法的遥感影像分割

2.4 最小异质性区域合并

2.4.1 区域合并准则

2.4.2 构建区域邻接图

2.5 最优分割尺度的选择方法

2.6 分割质量评价方法

2.7 本章小结

3 均值漂移分割算法改进研究

3.1 高分辨率遥感影像纹理特征描述

3.1.1 基本LBP算子

3.1.2 多尺度LBP算子

3.1.3 高分辨率遥感影像LBP纹理特征图的实现

3.2 加入LBP的均值漂移分割算法

3.2.1 加入LBP的均值漂移分割算法流程

3.2.2 改进均值漂移算法的实现

3.2.3 改进前后分割结果对比

3.3 分割后的区域合并

3.4 实验结果与分析评价

3.4.1 不同算法实验结果对比

3.4.2 分析评价

3.5 本章小结

4 基于高分数据的多尺度分割技术研究

4.1 多尺度分割

4.1.1 多尺度分割技术概述

4.1.2 改进的多尺度分割技术

4.2 最优分割尺度的选择

4.2.1 最优分割尺度

4.2.2 最优分割尺度的实现

4.3 多尺度分割结果优化

4.3.1 多尺度分割结果优化方法

4.3.2 多尺度分割结果优化的实现

4.4 实验结果与分析评价

4.4.1 实验结果

4.4.2 分析评价

4.5 本章小结

5 喀斯特地区影像多尺度分割实例分析

5.1 研究区概况

5.2 数据情况说明

5.3 喀斯特地区影像多尺度分割步骤

5.4 多尺度分割实验

5.4.1 初始分割

5.4.2 最优分割尺度的选择

5.4.3 多尺度分割结果优化

5.5 应用分割结果进行地物信息提取及精度评价

5.5.1 应用分割结果提取地物信息

5.5.2 精度评价

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 进一步研究展望

参考文献

致 谢

附录1

附录2