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自然资源遥感  2021, Vol. 33 Issue (3): 114-120    DOI: 10.6046/zrzyyg.2020301
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K-means聚类引导的无人机遥感图像阈值分类方法
白俊龙1(), 王章琼1(), 闫海涛2
1.武汉工程大学土木工程与建筑学院,武汉 430073
2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司,武汉 430052
A K-means clustering-guided threshold-based approach to classifying UAV remote sensed images
BAI Junlong1(), WANG Zhangqiong1(), YAN Haitao2
1. School of Civil Engineering and Architecture, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, China
2. CCCC Second Highway Consultants, Co., Ltd., Wuhan 430052, China
全文: PDF(5318 KB)   HTML  
输出: BibTeX | EndNote (RIS)      
摘要 

针对无人机获取的高分辨率遥感图像分类需求,提出一种K-means聚类引导的阈值分类方法。首先计算出无人机遥感图像数据集的Average Silhouette值,作为K-means的最优聚类数目; 然后对原始图像进行K-means聚类初分割,对初分割结果中的非目标区域进行手工剔除; 再对处理之后的新对象进行阈值分割和图像优化,完成对象的提取; 最后对所有处理得到的地物标签进行合并,实现遥感图像的识别与分类。基于MATLAB/GUI平台,对提出的分类方法处理步骤进行集成,开发了无人机遥感图像分类处理系统,可对无人机遥感图像进行快速处理,实现半自动解译。对分类结果进行精度验证,其总体精度为91.09%,Kappa系数为0.88,表明该方法用于无人机遥感图像分类处理,能够实现地物的精确分类与信息提取。

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白俊龙
王章琼
闫海涛
关键词 K-means聚类无人机遥感阈值分割图像分类MATLAB/GUI    
Abstract

This study proposed a K-means clustering-guided threshold-based approach to classifying the high-resolution remote sensing images obtained using unmanned aerial vehicles (UAVs). The steps of the approach are as follows. First, calculate the average silhouette of the UAV remote sensing image dataset as the optimal number of clusters in the K-means clustering. Then perform K-means clustering on the original images, and manually remove non-target areas in the initial segmentation results. Afterward, perform threshold-based segmentation and image optimization on the new objects obtained to extract objects. Finally, combine all the feature tags obtained to realize the recognition and classification of remote sensing images. The abovementioned processing steps were integrated using the MATLAB/GUI platform. Based on this, a classification processing system of UAV remote sensing images was developed. It can quickly process UAV remote sensing images and achieve semi-automatic interpretation. The accuracy of the classification results was verified, obtaining an overall accuracy of 91.09% and a Kappa coefficient of 0.88. This indicates that the approach proposed in this paper can obtain high-quality segmentation results of UAV remote sensing images.

Key wordsK-means clustering    UAV remote sensing    threshold-based segmentation    image classification    MATLAB/GUI
收稿日期: 2020-09-23      出版日期: 2021-09-24
ZTFLH:  TP751  
基金资助:中交第二公路勘察设计研究院有限公司科技研发项目“高精度无人机遥感技术在山区高速公路地质选线中的应用”;武汉工程大学研究生教育创新基金项目(CX2020121)
通讯作者: 王章琼
作者简介: 白俊龙(1997-),男,硕士研究生,研究方向为遥感解译、图像处理。Email: 2502567737@qq.com
引用本文:   
白俊龙, 王章琼, 闫海涛. K-means聚类引导的无人机遥感图像阈值分类方法[J]. 自然资源遥感, 2021, 33(3): 114-120.
BAI Junlong, WANG Zhangqiong, YAN Haitao. A K-means clustering-guided threshold-based approach to classifying UAV remote sensed images. Remote Sensing for Natural Resources, 2021, 33(3): 114-120.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2020301      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2021/V33/I3/114
Fig.1  聚类数目与Average Silhouette值关系示意图
Fig.2  K-means聚类引导的阈值分类流程
Fig.3  无人机遥感图像处理系统界面
Fig.4  拼接之后的无人机遥感图像
Fig.5  聚类数目与Average Silhouette值的关系
Fig.6  K-means聚类初分割结果
Fig.7  图像组合与抠除
Fig.8  图像阈值选择GUI工具
Fig.9  优化二值图像
Fig.10  图像处理系统子界面
分类后土地利用类型 真实土地利用类型
林地、草地 水域 交通运输用地 其他土地 行总计 UA/%
林地、草地 148 2 0 14 164 90.24
水域 0 91 0 1 92 98.91
交通运输用地 0 0 68 1 69 98.55
其他土地 13 5 4 102 124 82.26
列总计 161 98 72 118 449
PA/% 91.93 92.86 94.44 86.44
OA=91.09%; Kappa系数=0.88
Tab.1  混淆矩阵
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