隨著信息科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,航拍圖像已成為目前獲取大量地面觀測(cè)數(shù)據(jù)的重要來(lái)源之一。本文以模糊不清的航拍圖像為對(duì)象,重點(diǎn)研究了圖像的增強(qiáng)及其道路的提取與分析,具體工作內(nèi)容如下:1、基于冪次變換和尺度變化的Retinex增強(qiáng)方法。在深入分析Retinex理論和發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上,通過分析Retinex理論在不良天氣條件下增強(qiáng)圖像的應(yīng)用,針對(duì)景深信息差別較大的航拍圖像,提出了一種改進(jìn)的Retinex圖像增強(qiáng)算法。首先,利用冪次變換增強(qiáng)圖像暗區(qū)信息,壓縮圖像的動(dòng)態(tài)范圍,同時(shí)為了抑制圖像白光區(qū)域出現(xiàn),對(duì)冪次變換進(jìn)行非線性變換;其次,根據(jù)算出的暗原色傳播圖來(lái)估算出圖像中不同區(qū)域的Retinex高斯濾波尺度和確定變化的濾波尺度;最后通過采用變化尺度的高斯函數(shù)和原始圖像做卷積處理來(lái)得到照射分量,再?gòu)脑紙D像中減去照射分量,并對(duì)該圖像進(jìn)行指數(shù)變換得到最終圖像增強(qiáng)結(jié)果。2、基于分?jǐn)?shù)階微分的增強(qiáng)方法。在分?jǐn)?shù)階微積分的定義和特性的析的基礎(chǔ)上,探討了分?jǐn)?shù)階微分G-L方程中各項(xiàng)系數(shù)的特性,根據(jù)這些特性,針對(duì)景深信息差別不大的航拍圖像,提出了一種改進(jìn)的分?jǐn)?shù)階微分模板的圖像增強(qiáng)方法。通過與其它整數(shù)階微分方法和傳統(tǒng)的分?jǐn)?shù)階微分增強(qiáng)算法比較,新的分?jǐn)?shù)階微分算子能夠得到較好的增強(qiáng)效果,并且對(duì)于較弱信號(hào)處理效果不理想的缺陷給予了彌補(bǔ),該算法更具實(shí)用性和針對(duì)性。3、基于改進(jìn)Canny算子的道路提取方法。首先,對(duì)于景深信息差別較大及道路有一定寬度的航拍圖像,通過Retinex算法增強(qiáng)圖像;然后用改進(jìn)的Canny算子檢測(cè)出主要道路段,在改進(jìn)的Canny算子中,對(duì)于不同的航拍圖像,高低閾值是自動(dòng)獲得的,確定高低閾值是使用貝葉斯和交叉熵理論來(lái)進(jìn)行的;最后,基于二值圖像中不連續(xù)道路段的形狀參數(shù)來(lái)修正和連接路段。實(shí)驗(yàn)中,分別大量地測(cè)試了道路段均勻性好的和均勻性差的圖像,并比較了幾種常用的圖像分割算法,試驗(yàn)及對(duì)比分析結(jié)果表明:對(duì)模糊或光照不均的高精度圖像(道路有一定的寬度),新算法有著明顯的效果。4、基于谷點(diǎn)邊界特性的道路提取方法。對(duì)低精度圖像,該算法采用分?jǐn)?shù)階微分進(jìn)行圖像增強(qiáng)后,將圖像中細(xì)窄的道路段看成是谷點(diǎn)邊界。首先將彩色圖像在保證突出道路的前提下轉(zhuǎn)換成灰度圖像,然后在灰度圖像中,用一個(gè)5?5的模板檢測(cè)圖像中的每一個(gè)像素是否是可能的谷點(diǎn),對(duì)每一個(gè)點(diǎn)的檢測(cè)是分別在四個(gè)方向上按3-4個(gè)像素的連線來(lái)進(jìn)行的,而不是基于單獨(dú)一個(gè)點(diǎn)來(lái)檢測(cè)的,這樣可以減少許多噪聲的產(chǎn)生,從而減少候選谷點(diǎn)線段的后處理工作。通過對(duì)谷點(diǎn)的判斷,可有效地去除復(fù)雜背景對(duì)道路提取的影響。最后通過圖像后處理,消除短線和噪聲影響,并將斷續(xù)的路段連接起來(lái)。實(shí)驗(yàn)表明,該算法可以有效地減弱復(fù)雜背景的影響,最后從圖像連續(xù)性、置信度和量化度三個(gè)方面分析了算法的可靠性。5、基于二階矩的最小外接矩形測(cè)量算法。由于道路目標(biāo)形狀不規(guī)則及圖像數(shù)字離散化的原因,道路長(zhǎng)度和寬度計(jì)算精度會(huì)受到較大影響,為了提高測(cè)量精度,將復(fù)雜的線狀目標(biāo)按曲率節(jié)點(diǎn)分成不同的準(zhǔn)直線段,然后把每線段放到其最小外接矩形內(nèi)進(jìn)行長(zhǎng)度和寬度的測(cè)量。每一線段的最小外接矩形的獲取是:首先根據(jù)二值圖像中每條線段的質(zhì)心和通過質(zhì)心的二階矩來(lái)計(jì)算主次軸方向;然后基于主次軸有條件地向外擴(kuò)展四條直線來(lái)確定該線段的最小外接矩形,所以該算法是與線段轉(zhuǎn)動(dòng)角度無(wú)關(guān)的方法,只與四條直線與目標(biāo)相交的點(diǎn)數(shù)有關(guān)。最后將每條直線段的長(zhǎng)度累加起來(lái)的結(jié)果就是圖像中該道路的長(zhǎng)度,并算出該段路的平均寬度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法對(duì)獲取線狀目標(biāo)的全局信息和形狀、寬度、長(zhǎng)度都有較好的效果。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TP391.41
【部分圖文】：

（6）由于車輛，車道，草或顯著的標(biāo)簽等，一條漫長(zhǎng)的道路或道路網(wǎng)絡(luò)的路面可能出現(xiàn)中斷。（7）由于不均勻的照明或其他物體的陰影，路面的顏色或灰度值變化很大，這使得圖像分割和道路跟蹤很難。（8）天氣因素會(huì)使航拍圖像模糊或道路部分失真，形成了一幅模糊的圖像。1.3 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀1.3.1 道路提取研究現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外在航拍影像智能化提取道路研究方面取得了顯著成果。在20世紀(jì)70年代，Marr提出的“視覺計(jì)算理論”理論框架在圖像處理領(lǐng)域中得到運(yùn)用和發(fā)展。根據(jù)Marr“視覺計(jì)算理論”，圖像道路提取可以分為三個(gè)階段：首先，對(duì)圖像進(jìn)行校正、濾波等預(yù)處理；其次，進(jìn)行二值化、邊緣提取和對(duì)道路進(jìn)行建模分析等低高層次處理；最后，對(duì)得到的特征信息進(jìn)行學(xué)習(xí)、總結(jié)和推理，從而解譯影像道路。

(d) c=110 結(jié)果 (e) 多尺度結(jié)果圖 2.3 霧霾圖像及其單尺度 Retinex 算法結(jié)果，當(dāng)尺度參數(shù) c 取值較大時(shí)，高斯函數(shù)整體比滑，結(jié)果表明顏色保真能力好，但是其動(dòng)態(tài)壓當(dāng) c 取值較小時(shí)，高斯函數(shù)相對(duì)陡峭，單尺突出了圖像的細(xì)節(jié)（如道路的邊緣信息、建筑 Retinex 算法綜合了單尺度處理的結(jié)果，在顏但是由于沒有考慮到景深信息，圖像中的道路道路提取工作。是決定 MSR 效果的一個(gè)重要因素，本文采用像，其特點(diǎn)是圖像對(duì)比度低、道路等信息模糊etinex 算法，對(duì)近景物體作大尺度的高斯濾波這樣分別處理的好處如下：

(a) 原始圖像 (b) 暗原色圖像 (c) 傳播圖像 (d) HE 的結(jié)果圖 2.4 霧霾圖像與其暗原色傳播圖在本章提出的單尺度 Retinex 算法中，單尺度 Retinex 大小的選取是由圖像景深決定的，在不同區(qū)域有不同的值。該算法先獲得霧霾圖像的暗原色圖像，然后根據(jù)公式（2.21）求出傳播圖 t (x , y )。 的取值范圍為 0 到 1，數(shù)值越小表示離相機(jī)越遠(yuǎn)，越大表示離相機(jī)越近。由于暗原色傳播圖反映著霧霾圖像的景深變化，因此，在圖 2.4（c）中，小亮度區(qū)域表示離相機(jī)較遠(yuǎn)，大亮度區(qū)域表示離照相機(jī)較近。根據(jù)對(duì)離相機(jī)遠(yuǎn)的區(qū)域和近的區(qū)域分別作小尺度變換和大尺度變換的原則，我們可以獲得尺度參數(shù) c (x , y )和傳播圖 的線性關(guān)系如下：( , ) min( ( , ))c( , ) 100 10max( ( , )) min( ( , ))t x y t x yx yt x y t x y(2.22式中，max(t (x , y ))和min(t (x , y ))分別為 的最大值和最小值。根據(jù)公式（2.22），可以得到圖像每一像素點(diǎn)處的尺度參數(shù) ，其變化范圍是

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本文編號(hào)：2830871