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国土资源遥感  2018, Vol. 30 Issue (3): 18-25    DOI: 10.6046/gtzyyg.2018.03.03
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一种改进的ICM遥感影像分割算法
杨军1, 裴剑杰2
1. 兰州交通大学电子与信息工程学院,兰州 730070
2. 兰州交通大学测绘与地理信息学院/甘肃省地理国情监测工程实验室,兰州 730070
An improved ICM algorithm for remote sensing image segmentation
Jun YANG1, Jianjie PEI2
1. School of Electronic and Information Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China
2. Faculty of Geomatics, Lanzhou Jiaotong University & Gansu Provincial Engineering Laboratory for National Geographic State Monitoring, Lanzhou 730070, China;
全文: PDF(4392 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

针对传统的迭代条件模式(iterated conditional model,ICM)算法应用于遥感影像分割时容易出现离散斑块和孤立点的问题,提出了一种基于马尔科夫随机场(Markov random field, MRF)的改进ICM遥感影像分割算法。首先,在获取初始标记之前加入保边去噪效果良好的双边滤波器(bilateral filter, BF),用于遥感影像的预处理; 并用多阈值最大类间方差法(Otsu)获取初始标记,以克服传统的初始标记获取算法中K-means聚类算法类别数不确定和算法复杂度不易控制以及错分现象明显等问题; 然后,利用MRF描述像元的空间相关性,形成顾及上下文信息的ICM遥感影像分割算法。通过遥感影像数据分割实例验证,所提方法的分割精度优于传统的ICM算法。

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杨军
裴剑杰
关键词 迭代条件模式(ICM)马尔科夫随机场(MRF)最大类间方差法(Otsu)双边滤波器(BF)影像分割    
Abstract

The traditional iterated conditional model(ICM)algorithm, when applied to remote sensing image segmentation, is easy to show discrete patches and isolated points. In view of this phenomenon, an improved ICM remote sensing segmentation algorithm is proposed which is based on Markov random field(MRF). First, the robust bilateral filter(BF)which is efficient in preserving edges and denoising was merged and used for the preprocessing of the remote sensing image, and then the Otsu algorithm was applied to obtaining the initial clusters. The algorithm could overcome some problems that occurred in the traditional K-means algorithm such as the inability in determining the number of clusters, difficulty in controlling algorithm complexities, and appearance of overlapping in the segmented regions. Next, the MRF was used to describe the pixel spatial correlation forming ICM remote sensing image segmentation algorithm with contextual information. By using remote sensing image data validation, the approach proposed in this paper realizes more reliable segmentation results in comparison with the traditional ICM algorithm.

Key wordsiterated conditional model(ICM)    Markov random field(MRF)    Otsu    bilateral filter(BF)    image segmentation
收稿日期: 2016-11-23      出版日期: 2018-09-10
:  TP751.1  
基金资助:国家自然科学基金项目“大尺度变形的三维几何模型的对应关系和分割问题研究”(61462059);人社部留学人员科技活动择优资助(重点类)项目“三维动画中非刚性大尺度变形的相关性研究”(2013277);甘肃省高等学校基本科研业务费项目“大尺度变形的几何模型的对应关系和分割问题研究”(214142)
作者简介: 杨 军(1973-),男,博士,教授,博士生导师,主要从事计算机图形学、虚拟现实、数字图像处理等方面研究。Email: yangj@mail.lzjtu.cn。
引用本文:   
杨军, 裴剑杰. 一种改进的ICM遥感影像分割算法[J]. 国土资源遥感, 2018, 30(3): 18-25.
Jun YANG, Jianjie PEI. An improved ICM algorithm for remote sensing image segmentation. Remote Sensing for Land & Resources, 2018, 30(3): 18-25.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/gtzyyg.2018.03.03      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2018/V30/I3/18
Fig.1  ICM算法执行过程
Fig.2  科罗拉多大峡谷航摄影像不同算法分割结果对比
分割方法 分割准确率/% Kappa
传统ICM算法 0.752 8 0.741 5
无滤波ICM算法 0.852 2 0.801 7
本文算法 0.929 7 0.883 4
Tab.1  不同算法的分割精度
Fig.3  科摩多国家公园影像不同算法分割结果对比
Fig.4  阿拉胡埃拉湖多光谱影像不同算法分割结果对比
Fig.5  Chara沙地多光谱遥感影像不同算法分割结果对比
Fig.6  Kappa系数与分割类别数的关系
Fig.7  拉凯阿河航摄影像不同算法分割结果对比
Fig.8  拉凯阿河航摄影像分割准确率与分割类别数的关系
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