一種高空間分辨率遙感影像樹冠輪廓勾繪系統及方法技術方案

本發明專利技術公開了一種高空間分辨率遙感影像樹冠輪廓勾繪系統及方法，以簡單高效地勾繪高空間分辨率遙感影像的樹冠輪廓，其中該方法包括：獲取林分處于生長季的高空間分辨率遙感影像并提取出單一林分影像；根據單一林分影像使用梯度作為分割函數，采用拉普拉斯－高斯算子對所述灰度圖像進行邊界檢測，得到中間結果圖像；然后采用形態學技術在前中間結果圖像中標記前景樹梢對象，得到樹梢標記；并在所述中間結果圖像中計算背景標記，生成圍繞每個樹梢標記的樹冠邊界線；然后在樹冠邊界線進行樹梢指導下的樹冠勾繪，獲得所述樹冠輪廓分布圖。與現有技術相比，本發明專利技術系統及方法可應用于林業調查、森林資源監測、林業遙感等領域。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及森林資源管理技術，尤其涉及一種高空間分辨率遙感影像樹 冠輪廓勾繪系統及方法。
技術介紹
目前多采用實際林分單株冠幅定量測量方法來獲得單抹樹冠的輪廓等參數。該方法以樹千為中心，分別測量樹干8個方向或4個方向的半徑，然 后采用圓形或橢圓形的近似方法獲得單抹樹冠的輪廓，并進而估算單株樹冠 的大小。該方法工作量大，費用高，估測頻率低，很難獲取到連續的觀測數 據，還不能為森林資源管理提供及時準確的決策支持。基于高分辨率遙感影像，樹冠識別方法主要有基于局部最大值(local maximum,簡稱LM )的方法、基于輪廓(Contour-based,簡稱CB )的方 法、模板匹配(template-matching,簡稱TM )法以及3D模型法(3D-model)。LM法的主要原理是假設樹冠反射的峰值位于或非常接近于樹頂，因而 通過圖像濾波找到局部最大值，即可最終探測出樹頂位置。該方法雖然具有 簡單快速的優點，但當圖像受背景干擾和照度發生變化時，其樹冠識別的性 能會大大下降。CB法主要的策略是用邊緣探測法檢測樹冠邊界，也即主要是嘗試發現 樹冠和其背景的分隔線。在較精細比例尺下，可以比較精確地確定一個樹冠 的所有樹枝，樹枝占據了大部分的強度變化；在較粗比例尺下，相鄰樹冠會 相互連接。這樣， 一簇樹成為變化發生的地方，因此實際中發現合適的比例 嚴格地與單抹樹冠邊界相適應是非常困難的。TM法主要包括模型生成和模板匹配兩個過程。直觀地說，TM法主要 建立一系列模型去定義一個圖像中不同位置的單林樹的情形，首先考慮樹的幾何形狀和輻射特征， 一旦獲取了這些知識，就通過一個移動窗口去搜索最 可能是樹的最佳匹配位置。3D法目前不太成熟，已有的一種具體應用是基于模型的圖像匹配去獲 取一個樹冠的表面重建完成樹冠提取，樹冠表面模型考慮到樹冠形狀、照度和傳感器模型等等。面向對象的該樹冠提取方法，手續繁瑣，每次要調試參 數，提取結果穩定性不好。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題，在于需要提供一種遙感影像樹冠輪廓勾繪 系統及方法，以簡單高效地勾繪高空間分辨率遙感影像的樹冠輪廓。為了解決上述技術問題，本專利技術提供了 一種高空間分辨率遙感影像樹冠 輪廓勾繪方法，包括獲取林分處于生長季的高空間分辨率遙感影像；獲取數字化地形圖、數字化林相圖以及外業差分全球定位系統控制點數據；根據所述數字化地形圖及所述控制點數據，對所述遙感影像進行正射糾 正，得到正射遙感影像；在所述正射遙感影像上疊加所述數字化林相圖，提取單一林分影像；根據所述單一林分影像勾繪出單抹立木的樹冠輪廓分布圖。優選地，提取所述單一林分影像的步驟，包括以所述數字化林相圖小班邊界為裁剪區域，裁剪并提取所述正射遙感影 像中與所述數字化林相圖每一小班相對應的所述單一林分影像。優選地，根據所述單一林分影像勾繪出單抹立木的樹冠輪廓分布圖的步 驟，包括將所述單一林分影像轉換為彩色圖像；根據所述彩色圖像進行樹冠識別和輪廓勾繪，獲得所述單抹立木的樹冠 輪廓分布圖。優選地，根據所述彩色圖像進行樹冠識別和輪廓勾繪，獲得所述單抹立木的樹冠輪廓分布圖的步驟，包括 將所述彩色圖像轉換成灰度圖像；使用梯度作為分割函數，采用拉普拉斯-高斯算子對所述灰度圖像進行 邊界檢測，得到中間結果圖像；采用形態學技術在所述中間結果圖像中標記前景樹梢對象，得到樹梢標記；在所述中間結果圖像中計算背景標記，生成圍繞每個樹梢標記的樹冠邊 界線；根據所述樹冠邊界線進行樹梢指導下的樹冠勾繪，獲得所述樹冠輪廓分 布圖。優選地，對所述灰度圖像進行邊界檢測，得到中間結果圖像的步驟，包括對所述灰度圖像進行高斯平滑獲得平滑圖像；找到所述平滑圖像二階導數過零點，得到所述中間結果圖像。優選地，采用形態學技術在所述中間結果圖像中標記前景樹梢對象，得 到樹梢標記的步驟，包括在每個前景樹梢對象內部連4妄起斑點像素，初步標記出前景樹梢；通過"開重建"算子和"閉重建"算子在每個前景樹梢對象內部創建平 坦的極大值，得到局部非最大值壓抑方法生成的二值圖像；所述二值圖像中 每個樹梢用一個值為1的像素表示。為了解決上述技術問題，本專利技術還提供了 一種高空間分辨率遙感影像樹 冠輪廓勾繪系統，包括獲取模塊，用于獲取林分處于生長季的高空間分辨率遙感影像、數字化 地形圖、數字化林相圖以及外業差分全球定位系統控制點數據；預處理模塊，與所述獲取;漠塊相連，用于根據所述數字化地形圖及所述 控制點數據，對所述遙感影像進行正射糾正，得到正射遙感影像；提取模塊，與所述獲取模塊及預處理模塊相連，用于在所述正射遙感影像上疊加所述數字化林相圖，提取單一林分影像；勾繪模塊，與所述提取模塊相連，用于根據所述單一林分影像勾繪出單 抹立木的樹冠輪廓分布圖。優選地，所述提取模塊包括疊加子模塊，與所述獲取模塊及預處理模塊相連，用于在所述正射遙感 影像上疊加所述數字化林相裁剪子模塊，用于以所述數字化林相圖小班邊界為裁剪區域，裁剪并提 取所述正射遙感影像中與所述數字化林相圖每一小班相對應的所述單一林 分影像。優選地，所述勾繪模塊包括轉換子模塊，用于將所述單一林分影像轉換為彩色圖像；識別勾繪子模塊，與所述轉換子模塊相連，用于根據所述彩色圖像進行 樹冠識別和輪廓勾繪，獲得所述單抹立木的樹冠輪廓分布圖。優選地，所述識別勾繪子模塊包括轉換單元，與所述轉換子模塊相連，用于將所述彩色圖像轉換成灰度圖像；分割單元，與所述轉換單元相連，用于使用梯度作為分割函數，采用拉 普拉斯-高斯算子對所述灰度圖像進行邊界檢測，得到中間結果圖像；標記單元，與所述分割單元相連，用于采用形態學技術在所述中間結果 圖像中標記前景樹梢對象，得到樹梢標記；并用于在所述中間結果圖像中計 算背景標記，生成圍繞每個樹梢標記的樹冠邊界線；勾繪單元，與所述標記單元相連，用于根據所述樹冠邊界線進行樹梢指 導下的樹冠勾繪，獲得所述樹冠輪廓分布圖。優選地，所述分割單元包括平滑子單元，與所述轉換單元相連，用于對所述灰度圖像進行高斯平滑， 獲得平滑圖像；識別子單元，與所述平滑子單元及標記單元相連，用于找到所述平滑圖 像二階導數過零點，得到所述中間結果圖像。與現有技術相比，本專利技術系統及方法所提供的技術方案，通過基于數學 形態學和標記控制的分水嶺樹冠分割方法，實現了高分辨率林分遙感影像中 樹冠自動識別和樹冠輪廓自動勾繪，不僅適用于較單純的林分條件下樹冠普 遍較均勻的圖像和景觀，而且對郁閉度很高的影像也能達到較好的處理效 果。本專利技術系統及方法的技術方案可應用于林業調查、森林資源監測、林業 遙感等應用領域。附圖說明圖1為本專利技術方法實施例的流程示意圖2為本專利技術方法實施例中樹冠識別及輪廓勾繪步驟的流程示意圖； 圖3為本專利技術樹冠輪廓勾繪系統實施例的組成示意圖； 圖4為本專利技術系統實施例中識別勾繪子模塊的組成示意圖。具體實施例方式以下將結合附圖及實施例來詳細說明本專利技術的實施方式，借此對本專利技術 如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解 并4居以實施。圖1為本專利技術方法實施例的流程示意圖。如圖1所示，本方法實施例主 要包括如下步驟步驟Sl 10，獲取林分處于生長季的高空間分辨率遙感影像；獲取空間分辨率大于1米(m)的遙感影像，這種影像可以是航空電荷 藕合器件本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種高空間分辨率遙感影像樹冠輪廓勾繪方法，其特征在于，包括：　　獲取林分處于生長季的高空間分辨率遙感影像；　　獲取數字化地形圖、數字化林相圖以及外業差分全球定位系統控制點數據；　　根據所述數字化地形圖及所述控制點數據，對所述遙感影像進行正射糾正，得到正射遙感影像；　　在所述正射遙感影像上疊加所述數字化林相圖，提取單一林分影像；　　根據所述單一林分影像勾繪出單株立木的樹冠輪廓分布圖。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧廣，李增元，武紅敢，馮益明，龐勇，覃先林，
申請(專利權)人：中國林業科學研究院資源信息研究所，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]