高空间分辨率遥感影像的多智能体分割方法研究

提出一种基于多智能体的高空间分辨率遥感影像分割算法(high spatial resolution remote sensing image segmentation algorithm based on multi-agent theory,MARSS).该方法在区域合并中结合了影像的光谱信息和形状信息,同时利用多智能体与图像环境交互性强,灵活性高,具有并行运算的优点,通过多个智能体控制不同区域的合并过程,能够使分割算法的全局合并控制更加优化.试验结果表明,该算法的分割效果要优于分形网络演化算法(FNEA).     

几何部件缓冲区域合并的Buffer算法及其并行优化方法

摘 要：本文在介绍一种基于几何部件缓冲区域合并的矢量数据缓冲区生成算法的基础上,采用数据并行思想和MPI编程模型对缓冲区算法的并行化实现和优化方法开展研究。实验结果显示,与ArcGIS Buffer工具相比,（1）当缓冲区结果多边形不合并时,虽然串行缓冲区算法的时间开销较高,但可轻易通过并行方式实现加速。（2）当缓冲区结果合并时,本文算法要明显优于ArcGIS Buffer工具,并且经过优化的并行缓冲区算法表现出了更高的计算效率和更大规模的数据处理能力。因此,基于几何部件缓冲区域合并的Buffer算法具备一定的实用价值,本文提出的按结点数量的任务分解方法和进程间结果“树状”归并策略是对缓冲区算法进行并行优化的有效途径,对GIS中其他矢量分析算法的并行化及相关优化工作也具有一定的借鉴意义。     

基于Mean Shift的大批量遥感影像分割方法

由于收敛速度快、分割精度好,Mean Shift算法被广泛应用于影像分割中,但是处理大遥感影像时,Mean Shift算法存在速度慢、效率低下等问题。为此提出一种基于Mean Shift的分块并行无缝分割算法。首先在分块并行Mean Shift分割的基础上,通过标签影像的统一编码和重叠区域标签值建立对应关系,确定分块线的消除准则;然后进行标签影像的行和列拼接;最后对拼接后的标签影像进行矢量化,生成最终分割结果。实验表明,该算法相对于原始Mean Shift算法,在保证分割结果可靠性的同时大大提高了影像分割的效率,能够很好地解决大批量遥感影像的分割问题。     

统计费用网络流相位解缠并行处理

针对雷达干涉测量(InSAR)相位解缠中的单机计算资源不足和相对运算效率不高的问题,提出了数据并行处理策略。以统计费用网络流相位解缠为例,分析了该算法的数据划分方法,构建了并行运算实验系统,实现了统计费用网络流相位解缠并行处理,并从解缠效果、内存使用量和运算效率3个方面对实验结果进行了分析。     

基于并行计算的海量点云狄洛尼构网方法探讨

针对现有Delaunay三角网购网方法研究的不足,文章提出一种基于并行计算的海量点云Delaunay方法:根据Delaunay分治构网的思想,将Delaunay构网分为数据分割、构建子网和子网合并3个步骤;设计了一种自适应的四叉树结构来分割和映射数据文件,并依据OpenMP并行标准中的Fork/Join并行模式,分层执行构网运算和合并运算;最后,使用一种改进的WFM-JLP调度算法来调度构网和合并运算以取得较好的负载均衡。实验证明:该方法能较好地降低算法的运行内存,减少运算时间。     

遥感影像并行分割的无缝拼接算法

针对影像数据分块并行处理造成的接边问题,该文基于构建缓冲区的方法提出了一种新的拼接算法。该算法只在每一个数据分块的右侧和下侧构建缓冲区,消除拼接线的原则是保证分割边界的准确性和拓扑关系的正确性。数据分块完成后采用并行的策略对第一个块进行分割,然后将每一块的分割结果与相邻的块进行拼接,在缓冲区内按一定规则判断各块分割对象是否保留并对拓扑关系进行检查,拼接完各块后并行输出对象矢量化后的结果。通过实验验证,该算法不仅保证了分割边界的准确性,而且能够处理大影像,提高了工作效率。     

基于并行预分割的高分辨率遥感影像多尺度分割

分析高分辨率影像多尺度并行分割过程中数据分块间会产生“分隔线”的问题,发展了一种基于并行预分割的多尺度分割方法避免了“分割线”的产生,消除了其所带来的种种问题。实验结果表明：通过合理的阈值设置,并行预分割所得到的影像对象基本准确,最终分割也取得了较为理想的结果;且对于多种尺寸的遥感影像,基于并行预分割的影像分割过程相对于并行算法实施之前,效率都有了显著提升。     

一种融合数学形态学运算的多尺度建筑物分割算法

多尺度分割算法是面向对象的图像分析方法中的一种较为成熟、稳定的分割算法,但存在部分分割不准确和分割效率低等问题.为此,提出一种融合数学形态学运算的多尺度建筑物分割算法:首先利用高斯滤波器对遥感图像进行滤波处理,然后通过数学形态学运算对图像进行腐蚀处理,最后采用多尺度分割算法得到建筑物影像.对昆明市局部区域的QuickBird图像进行多尺度建筑物分割实验的结果表明,该算法具有分割精度高、效率快等优点,对类似工作有一定的借鉴意义.     

机载激光扫描数据分割的三维数学形态学模型

机载激光扫描点云的三维数字图像表达模型将二维形态学运算推广至三维,给出基于三维数字图像的膨胀和腐蚀运算方法。针对点云三维数字图像,提出基于三维数学形态学和聚类分析的分割方法。将点云三维数字图像进行膨胀和聚类分析,依据聚类结果得到点云的分割结果。讨论了本方法两个参数与点云分辨率、地物间隔之间的关系。选用两套实例数据进行实验,并将第一套数据计算结果与Mean Shift算法、渐进三角网加密算法进行比较,从分割评价因子、精度、计算效率等方面分析本文方法与其他两种方法的优劣,最后分析了本文方法的稳定性。     

基于OpenMP的矢量空间数据并行拓扑算法设计与实现

高性能并行GIS逐渐成为GIS发展的新方向。矢量数据的复杂性使得一些并行GIS算法难以实现,从而无法满足并行GIS的发展要求。文中针对GIS算法中的拓扑算法,借助OpenMP编程模型,通过消除并行拓扑处理过程中的数据依赖,在单机多核的环境下设计并实现了矢量空间数据并行拓扑算法。通过实验对比串行拓扑算法和并行拓扑算法的处理时间和结果,验证了并行拓扑算法的正确性,同时证明并行拓扑算法能够在一定程度上提升拓扑处理的效率。     

Computationally Efficient Mean-Shift Parallel Segmentation Algorithm for High-Resolution Remote Sensing Images

In high-resolution remote sensing image processing, segmentation is a crucial step that extracts information within the object-based image analysis framework. Because of its robustness, mean-shift segmentation algorithms are widely used in the field of image segmentation. However, the traditional implementation of these methods cannot process large volumes of images rapidly under limited computing resources. Currently, parallel computing models are generally employed for segmentation tasks with massive remote sensing images. This paper presents a parallel implementation of the mean-shift segmentation algorithm based on an analysis of the principle and characteristics of this technique. To avoid the inconsistency on the boundaries of adjacent data chunks, we propose a novel buffer-zone-based data-partitioning strategy. Employing the proposed data-partitioning strategy, two intensively computation steps are performed in parallel on different data chunks. The experimental results show that the proposed algorithm effectively improves the computing efficiency of image segmentation in a parallel computing environment. Furthermore, they demonstrate the practicality of massive image segmentation when computer resources are limited.     

观测数据采样化的遥感影像非监督分割

为了实现影像的自动化分割,提出一种利用非监督方式将观测数据采样化的遥感影像分割方法。该方法利用欧氏空间的概率分布建模采样数据和观测数据,并将其映射到黎曼空间,通过不断将观测数据转换为采样数据的方式实现影像的自动采样化。每次采样过程只需计算观测数据点到采样点的测地线距离,将距采样点测地线距离最小的观测数据转化为采样数据,以保证采样数据不断趋于该类数据的真实分割结果,同时使算法能够有效分割具有不同像素数的类别。将算法应用于模拟影像和真实遥感影像分割,对其分割结果以及传统基于统计、基于模糊的非监督算法和基于神经网络的监督算法相应分割结果定性定量的对比分析验证了该算法的有效性及可行性。     

高分辨率遥感影像林地边界提取方法

由于高分辨率遥感影像上的信息高度细节化,加之噪声的影响,会导致基于像元级纹理特征的林地边界提取方法的效果不理想。为此,提出一种基于种子纹理基元合并的半自动林地边界提取方法。首先利用基于图模型的影像分割算法获取初始基元;然后定义了一种针对非规则基元统计基元级灰度共生矩阵(GLCM)纹理特征的方法;最后在人工给定种子基元的基础上合并具有相似纹理的基元,并对基元合并的结果进行边界提取,得到高分影像上的林地边界。利用多源高分影像对所提方法进行验证及对比分析。实验结果表明,该方法对高分影像上大片典型林地的边界可取得较高的提取精度和计算效率。     

An Improved Hierarchical Segmentation Method for Remote Sensing Images

This paper presents an inversed quad tree merging method for hierarchical high-resolution remote sensing image segmentation, in which bottom-up approaches of region based merge techniques are chained. The image segmentation process is mainly composed of three sections: grouping pixels to form image object/region primitives in imagery using inversed quad tree, initializing neighbor list and region feature variables and then hierarchical clustering neighboring regions. This segmentation algorithm has been tested on the QuickBird images and been evaluated and it exhibits good efficiency over initialization of neighbor list for quad tree node/region primitives. This paper also provides a brief proof of the good efficiency of a sorted merge list which can be viewed as an alternative for dither matrix to randomly distribute region merging pairs which is adopted in e-Cognition.     

基于直线和区域特征的遥感影像线状目标检测

针对高分辨率航空遥感影像中线状目标的特点,提出一种结合区域和直线特征识别线状目标的方法。在基于标记点分水岭变换进行初始分割的基础上,利用关于目标的知识和区域邻接图(RAG)对感兴趣区域进行合并,得到最终检测结果。实验结果表明,本文方法可以有效地从遥感影像中提取线状目标。     

Hybrid region merging method for segmentation of high-resolution remote sensing images

Image segmentation remains a challenging problem for object-based image analysis. In this paper, a hybrid region merging (HRM) method is proposed to segment high-resolution remote sensing images. HRM integrates the advantages of global-oriented and local-oriented region merging strategies into a unified framework. The globally most-similar pair of regions is used to determine the starting point of a growing region, which provides an elegant way to avoid the problem of starting point assignment and to enhance the optimization ability for local-oriented region merging. During the region growing procedure, the merging iterations are constrained within the local vicinity, so that the segmentation is accelerated and can reflect the local context, as compared with the global-oriented method. A set of high-resolution remote sensing images is used to test the effectiveness of the HRM method, and three region-based remote sensing image segmentation methods are adopted for comparison, including the hierarchical stepwise optimization (HSWO) method, the local-mutual best region merging (LMM) method, and the multiresolution segmentation (MRS) method embedded in eCognition Developer software. Both the supervised evaluation and visual assessment show that HRM performs better than HSWO and LMM by combining both their advantages. The segmentation results of HRM and MRS are visually comparable, but HRM can describe objects as single regions better than MRS, and the supervised and unsupervised evaluation results further prove the superiority of HRM.     

Boundary-constrained multi-scale segmentation method for remote sensing images

Image segmentation is the key step of Object-Based Image Analysis (OBIA) in remote sensing. This paper proposes a Boundary-Constrained Multi-Scale Segmentation (BCMS) method. Firstly, adjacent pixels are aggregated to generate initial segmentation according to the local best region growing strategy. Then, the Region Adjacency Graph (RAG) is built based on initial segmentation. Finally, the local mutual best region merging strategy is applied on RAG to produce multi-scale segmentation results. During the region merging process, a Step-Wise Scale Parameter (SWSP) strategy is proposed to produce boundary-constrained multi-scale segmentation results. Moreover, in order to improve the accuracy of object boundaries, the property of edge strength is introduced as a merging criterion. A set of high spatial resolution remote sensing images is used in the experiment, e.g., QuickBird, WorldView, and aerial image, to evaluate the effectiveness of the proposed method. The segmentation results of BCMS are compared with those of the commercial image analysis software eCognition. The experiment shows that BCMS can produce nested multi-scale segmentations with accurate and smooth boundaries, which proves the robustness of the proposed method.     

高分辨率遥感影像分割方法研究

在遥感应用分析中,遥感影像分割是低层影像处理和中高层影像分析和理解的桥梁,是实现遥感影像信息自动提取的关键步骤,具有重要的意义。随着大量高分辨率遥感影像的出现,传统基于像素的影像处理方法已不能适应高分辨率遥感影像。近年来,国内外研究者们提出了面向对象影像的分析方法,而面向对象影像分析方法的关键就是影像分割,影像分割精度直接影响着高分辨率遥感信息提取和目标识别的精度。首先给出一般图像分割方法的综述;然后分析和总结了当前主要的高分辨率遥感影像分割方法,着重阐述了均值漂移、分形网络进化、马尔科夫随机场等分割方法的特点和研究现状;最后,对高分辨率遥感应用分析中影像分割方法的发展趋势进行了讨论与展望。     

k均值聚类引导的遥感影像多尺度分割优化方法

针对不同尺度地物的分割需求,提出了一种k均值聚类引导的多尺度分割优化方法。首先对原始影像进行小尺度分割和k均值聚类,然后利用k均值聚类结果引导对象合并,在合并过程中利用Otsu阈值方法自动选择k均值聚类的影响因子,最终得到适应不同尺度地物的分割结果。以FNEA多尺度分割方法为例,利用模拟数据和真实的GeoEye-1影像数据进行相关试验,目视和定量评价表明本文方法能够得到适宜不同尺度地物的高质量分割结果。     

遥感影像并行处理的数据划分及其路径优化算法

研究了一种基于数据划分的遥感影像并行处理的路径优化算法,用于解决将并行技术应用于海量遥感影像分布式存储和处理领域时其处理模型所具有的多路可达性所引起的路径动态、最优选择问题。在栅格数据可分解性分析及并行模型数据态、元素、相对信息量和映射等8个基本定义和6个性质的基础上,给出并行处理一般数学模型。以该模型为基础获得在一般并行处理情况下,以平均计算代价变量的比值作为控制横向并行与纵向并行选择方式的标志,并进一步给出四叉树索引并行生成、基于四叉树的目标检测并行处理等具体示例。最后,通过试验验证了算法的有效性,分析了算法的特点及影响因素。