第四讲 城市道路的提取
从高分辨率遥感影像中提取城市道路的新方法
Ｅ ｍａ ：ｈｕｇ ９ ６ ａｏ ． ｍ． — ｉ ｚｏ ｓ １６ ￣ｙ ｈ ｏ ｏ ｃ ｌ ｔ ｎ
Ｚ Ｕ ｈ ｏｇ ａ ｇ Ｌ Ｕ Ｊ ａ ｄ ａ ， ＨＥ ｎｘ． ｅ ｔｏ ｏ ｅｔａ ｔｒ ａ ｓｉ ｒ ａ ｒａ ｆｏ ｈｇ —ｅｏｕ ０ ｅ ＨＯ Ｓ ａ－ｕ ｎ ， Ｉ ｕ ｎ ｕ ｎ Ｃ Ｎ Ｒｅ —ｉ ｗ ｍｅｈ ｄ ｔ ｘｒ ｃ ｏ ｄ ｎ ｕ ｂ ｎ ａｅ ｒｍ ｉ ｒｓｌ廿 ｎ ｒ－ Ｎ ｈ
ｉ ｒ ａ ｒ ａ ｆ ｍ Ｊ ｈ ｒ ｓ ｌｔ ｎ ｉ ｇ ｓ ｎ ｕｂ ｎ ａｅ ｒ ｏ ｈ ｇ —ｅ ｏ ｕ ｉ ｍａ ｅ ． ｉ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｒ ａ ｘ ｒ ｃｉ ｎ；ｎ ｕ ａ ｅ ｔ ｒ ｌ ｅ ｓ ｇ ｎ ｔ ｈｎ Ｍ ａ ｋ ｖ ｒ ｎ ｏ ｆ ｌ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｄ ｅ ｔａ ｔｏ ａ ｇ ｌｒ ｔｘ ｕ ｅ； ｎ ｅ ｍｅ ｔ ｍａ ｃ ｉ ｇ； ｒ ｏ ａ ｄ ｍ ｅ ｄ ｉ ｉ
摘
要： 在综合几种现有算法优 点的基础上 ， 出一种新的道路提取 策略 。首先 以角度纹理特性法分割原始影像 ； 着利 用直线 提 接
匹配原理剔除初 始分割结果 中的非道路地物 ， 到更为规 则的道路 条带 ； 得 然后通过形态学手段 获得道路 中心线 ， 并将每条 中心线
拆 分 为 多段 直线 ； 结合 上 下文 知 识 的 马 尔可 夫模 型被 用 于组 织 道路 段 的 中・ ， 而 恢复 完整 道 路 网。 实验 结 果表 明 ： 方 法 具 心线 从 新 有 良好 的性 能 ， 以从 高 分辨 Ｉ ＯＮ 遥 感 影像 中提 取 出复 杂 的城 市道路 。 可 Ｋ ＯＳ
河海大学 测绘工程系 ， 南京 ２ ０ ９ １ ０８
Ｄ ｐｒ ｅ ｔｏ ｕｖｙｎ ｎ ｐ ｉｇ Ｅ ｇ ｅｒ ｇＨｏ ａ Ｕ ｉｅｓｙ Ｎａｊ ｇ２ ０ ９ ， ｈｎ ｅａｔ ｎ ｆＳｒｅ ｉ ａ ｄＭａ ｐ ｎ ｉ ｅ ｎ ， ｈ ｉ ｎｖｒｉ ， ｎｉ １０ ８ Ｃ ｉａ ｍ ｇ ｎ ｎ ｉ ｔ ｎ
基于eCognition的面向对象城市道路提取
基于eCognition的面向对象城市道路提取基于面向对象思想，使用高分一号影像对赣州市开发区城市道路进行提取。
利用分水岭分割算法对影像进行分割后，通过水体和植被的特征提取出道路潜在区域，结合最能区别道路与其他地物的光谱特征和几何特征，利用eCognition的最邻近分类器提取出道路目标。
标签：面向对象；道路提取；影像分割；eCognition引言随着遥感科学技术的发展，高分辨率遥感数据越来越多，高分辨率能反映出丰富的地物细节与结构纹理信息。
道路信息是高分遥感影像上的重要地物信息之一，如何从海量的高分影像数据中提取出道路目标已经成为目前遥感领域研究的重点。
然而，随着现代社会的发展，城市建设的深入，遥感影像上反映的地物信息越来越丰富，影像上的地物细节也越来越复杂，道路目标更清晰，同时噪声也随之而来，极容易存在“同物异谱”及“同谱异物”现象，如建筑物，车辆等，这使得在高分影像中的道路提取难度也随之增大。
传统的道路提取方法都是基于像元及光谱信息来对影像进行分析处理，虽然近年来出现很多新的算法。
但从根本上还是从像元的角度分析遥感影像，不会考虑像元内部的纹理特征及像元间的关联信息，这样就很容易产生“胡椒盐现象”，从而提取的精度也不高；然而，面向对象的影像分析方法，通过结合多种影像特征，比如光谱特征、几何特征、纹理特征以及上下文特征综合分析往往能取得较基于像元提取的方法更高的精度。
因此将面向对象的方法应用到高分影像道路提取中能取得更高的研究意义及应用价值。
1 面向對象的道路提取方法在高分辨率遥感图像道路自动提取的方法中，有很多方法需要先对道路进行整体粗提取，然后针对提取出的道路进行后处理来完善路网的结构。
本文的技术路线归根于这种设计思想和道路的四个影像特征（光谱特征、几何特征、上下文特征和拓扑特征）。
为了充分挖掘高分辨率影像中的道路特征，首先对图像进行预处理来消除部分噪声。
然后采用改进的分水岭算法进行图像分割获取影像对象，这是面向对象影像分析的必要环节。
城市道路自动提取
高空间分辨率影像城市道路信息自动提取为了更好的对城市规划和各个探测领域提供更准确的道路信息,城市道路信息的提取成为显而易见的问题,怎么样才能提高城市道路信息提取的效率呢,这里主要研究采用半自动和自动化的高空间分辨率影像城市道路信息提取。
高空间分辨率遥感影像以其丰富的纹理等细节信息, 降低了目视解译难度的同时, 却提高了计算机处理的复杂性高空间分辫率遥感影像道路信息的提取, 尤其是城市道路信息的自动提取, 存在着许多困难本文通过面向对象的影像分割、道路信息与背景信息的闺值分离、道路骨架提取、霍夫变换提纯并矢量化等技术, 实现了高空间分辫率遥感影像城市道路信息的自动提取与识别。
城市道路包括市区各类道路, 包括全市性干道、高速公路、工业区道路和居住区道路, 而不包括广场和停车场用地以及街坊小区内部道路道路的位置、宽度等信息, 是城市地理信息系统中的重要信息, 而通过目视判读和手工勾绘方式费时费力, 因此采用人工智能方式利用计算机自动提取道路信息成为一个主要的发展方向。
随着遥感技术的发展, 特别是高分辨率遥感影像的出现, 遥感卫星影像作为数据源在测图和空间数据库更新中得到了越来越广泛的应用高空间分辨率遥感影像以其丰富的纹理等细节信息, 降低了目视解译难度的同时, 却提高了计算机处理的复杂性高空间分辨率遥感影像道路信息的提取, 尤其是城市道路信息的自动提取, 存在着许多困难现阶段, 高分辨率遥感影像城市道路提取方法尚不成熟, 本文针对这一问题进行了有益的探索。
道路特征自动提取, 包括道路特征的自动识别和几何特征的自动定位, 已发展出各种各样的提取方法, 其基本思路大致是将影像道路的提取分解成四个步骤道路影像的特征增强道路种子点的确定将种子点扩展成线段将线段确认并连接成道路网目前已经能够做到把道路影像从其他地物影像中分割出来甚至能区分道路类型已有的道路提取算法大多都针对不同的影像类别, 即航空影像或卫星遥感影像, 不同的比例尺影像分辨率, 不同区域的影像如城区、乡村或郊区和不同的道路类型, 如乡村路、街道、高速公路、高等级公路等。
道路提取
道路信息自动化和半自动提取研究综述姓名：******学号：******专业：地图学与地理信息系统学院：*******道路信息自动化和半自动提取研究综述摘要:道路信息作为一种重要的基础地理信息，可以作为提取其他地物目标的线索和参考系，具有很强的现实意义。
从遥感影像自动提取人工地物,特别是线状地物(主要是道路),不仅是摄影测量与遥感领域的难题,也是计算机视觉与图像理解研究的重点之一。
本文首先阐述了道路提取的基本思想以及与道路提取有关的背景知识，然后介绍了国内外比较成熟的理论与技术，最后总结并展望了道路提取的发展趋势。
关键词：道路提取，自动化道路提取，半自动道路提取Abstract：Road information as a kind of important basic geographic information, and other features can be extracted the clues and reference of the target has a strong practical significance. Automatic extraction of artificial from remote sensing image features, especially linear feature (mainly road), not only is a difficult problem in the field of photogrammetry and remote sensing, is also the emphasis of research in computer vision and image understanding. Firstly, this paper expounds the basic ideas and road extraction road extraction related background knowledge, and then more mature theory and technology at home and abroad is introduced, finally summarized and prospected the development trend of road extraction.Key words: road feature extraction; automatic road extraction; semi-automatic road extraction随着实时、全天候、大面积获得地面高分辨率、高精度、多时相、多光谱的数字影像成为可能。
道路提取算法
道路提取算法
道路提取算法，是一种图像处理算法，主要用于从高分辨率卫星
图像或航拍图像中提取出道路信息。
该算法基于图像识别原理，结合
道路的几何属性和拓扑关系，逐步辨别出道路的位置和形状，最终生
成道路的矢量数据。
该算法广泛应用于城市规划、交通规划、环境监
测等领域。
通常采用基于模板匹配、基于边缘检测、基于分割聚类等
多种方法相结合的方式进行道路提取，具体取决于数据的类型和特点。
与传统的人工解译方式相比，该算法具有效率高、精度高、自动化程
度高等优点。
道路信息提取方法
道路信息提取方法
其中，卫星图像是提取道路信息的主要数据源之一。
通过对卫星图像进行处理和分析，可以提取出道路的位置、形状、宽度、长度等信息。
此外，GPS数据也可以提供有关道路的信息，例如道路的名称、方向、限速等。
地图数据则可以提供道路的拓扑结构和交通流量信息。
在道路信息提取过程中，需要使用一些特定的算法和技术。
例如，图像处理中的边缘检测、分割和形态学处理等算法可以帮助我们从卫星图像中提取道路的轮廓和大小。
机器学习技术可以帮助我们从海量的数据中提取出有用的信息，并进行自动化的分类和识别。
此外，还可以通过交通摄像头获取实时的道路信息，例如路况、交通流量和拥堵情况等。
通过这些信息，可以为交通管理和规划提供重要的参考数据。
总之，道路信息提取方法是一个复杂的过程，需要借助多种数据源、算法和技术来完成。
它在交通管理、智能交通和城市规划等领域具有重要的应用价值。
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从高分辨率遥感影像中提取城市道路的新方法
从高分辨率遥感影像中提取城市道路的新方
法
高分辨率遥感影像在城市规划和交通管理中发挥了至关重要的作用。
然而，在这些影像中提取城市道路依然是一项具有挑战性的任务。
本
文将介绍一种新方法，该方法可以在高分辨率遥感影像中准确地提取
城市道路。
第一步：影像预处理
首先，需要对影像进行预处理，以减少噪音和消除不必要的信息。
这
涉及到影像增强和过滤。
影像增强可以提高影像中的对比度和清晰度，使道路更加明显。
过滤可以去除不相关的信息，如树木和建筑。
第二步：图像分割
图像分割是将图像划分为多个区域的过程。
通过对影像进行图像分割，可以更好地识别道路区域。
目前，常用的图像分割算法包括基于边缘
检测的方法、阈值化方法和区域生长方法等。
第三步：提取道路特征
提取道路特征是指在分割后的图像中标记和提取道路的像素，以求得
道路的几何和拓扑特征。
这可以通过多种方法实现，如基于形态学操
作的方法、基于纹理的方法等。
第四步：道路拟合和重建
最后，需要对提取的道路特征进行拟合和重建。
道路拟合是基于检测
到的道路特征生成道路中心线的过程。
道路重建是基于检测到的道路
特征重建整条道路的过程。
这可以通过多种数学模型来实现，如三次
B样条曲线等。
总结：
该新方法以高分辨率遥感影像为主要数据来源，采用图像处理、图像
分割、道路特征提取、道路拟合和重建等技术手段，实现了准确地提
取城市道路。
该方法在城市规划和交通管理等领域具有重要应用价值。
提取道路中心线算法
提取道路中心线算法
道路中心线是道路设计和规划中的重要参数，在GIS和地图制图中也有着广泛的应用。
提取道路中心线算法是一种常见的图像处理技术，其目的是从道路图像中自动提取出道路中心线。
道路中心线的提取可以通过多种方法实现，其中最常见的是基于图像处理算法的方法。
这些算法通常涉及到图像预处理、边缘检测、线性拟合等步骤，最终得到一条尽可能准确的道路中心线。
在图像预处理阶段，需要对输入的道路图像进行平滑处理、灰度化、二值化等操作，以便更好地进行后续的边缘检测和线性拟合。
边缘检测是提取道路中心线的关键步骤之一，其目的是从图像中提取出道路边缘的信息。
常用的边缘检测算法包括Sobel算子、Canny 算子等。
接下来，需要对检测到的道路边缘进行线性拟合，以得到最终的道路中心线。
线性拟合通常采用的是最小二乘法，其目的是找到一条贴合道路边缘的直线，并将其作为道路中心线输出。
需要注意的是，提取道路中心线的算法必须考虑到道路的曲线、交叉口等特殊情况。
在这些情况下，算法需要具备一定的鲁棒性和自适应性，以保证提取出的道路中心线能够准确地反映实际道路的情况。
总体而言，提取道路中心线算法是一项复杂而重要的图像处理技术，其应用范围广泛，对于道路设计、交通规划及地图制图等领域都有着重要的意义。
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道路提取——精选推荐
道路提取道路信息⾃动化和半⾃动提取研究综述姓名：******学号：******专业：地图学与地理信息系统学院：*******道路信息⾃动化和半⾃动提取研究综述摘要:道路信息作为⼀种重要的基础地理信息，可以作为提取其他地物⽬标的线索和参考系，具有很强的现实意义。
从遥感影像⾃动提取⼈⼯地物,特别是线状地物(主要是道路),不仅是摄影测量与遥感领域的难题,也是计算机视觉与图像理解研究的重点之⼀。
本⽂⾸先阐述了道路提取的基本思想以及与道路提取有关的背景知识，然后介绍了国内外⽐较成熟的理论与技术，最后总结并展望了道路提取的发展趋势。
关键词：道路提取，⾃动化道路提取，半⾃动道路提取Abstract：Road information as a kind of important basic geographic information, and other features can be extracted the clues and reference of the target has a strong practical significance. Automatic extraction of artificial from remote sensing image features, especially linear feature (mainly road), not only is a difficult problem in the field of photogrammetry and remote sensing, is also the emphasis of research in computer vision and image understanding. Firstly, this paper expounds the basic ideas and road extraction road extraction related background knowledge, and then more mature theory and technology at home and abroad is introduced, finally summarized and prospected the development trend of road extraction. Key words: road feature extraction; automatic road extraction; semi-automatic road extraction随着实时、全天候、⼤⾯积获得地⾯⾼分辨率、⾼精度、多时相、多光谱的数字影像成为可能。
从高分辨率遥感影像中提取城市道路的新方法
从高分辨率遥感影像中提取城市道路的新方法近年来，随着高分辨率遥感技术的不断发展，从高分辨率遥感影像中提取城市道路一直是遥感领域的一个重要研究课题。
传统的提取方法主要基于图像分割、特征提取和分类等技术，然而由于城市道路的复杂性和多样性，这些方法存在着一些局限性。
为了克服传统方法的局限性，近年来提出了一些新的方法。
一种新的方法是基于深度学习的城市道路提取方法。
深度学习是一种模仿人类神经系统的机器学习方法，它通过多层的神经网络来学习输入数据的高级特征。
通过深度学习，可以利用大量的遥感影像数据进行训练，从而有效地提取城市道路。
该方法首先利用卷积神经网络（CNN）来提取遥感影像中的特征，然后采用全卷积神经网络（FCN）将特征图分割为像素级别的道路和非道路区域。
接着，在全卷积神经网络的基础上，利用条件随机场（CRF）对像素进行细化和改进，以进一步提升道路提取的精度。
另一种新的方法是基于生成对抗网络（GAN）的城市道路提取方法。
生成对抗网络是一种包含生成器和判别器的对抗模型，在训练过程中，生成器和判别器相互竞争和博弈，以提高生成器生成样本的质量。
通过生成对抗网络，可以利用已知的道路样本生成更多的道路样本，从而扩充训练数据集，并提升道路提取的准确性和鲁棒性。
此外，还有一些新的方法结合了传统方法和深度学习方法，以提高城市道路提取的效果。
例如，可以通过形态学操作来改善传统方法中的道路分割结果，然后再利用深度学习方法对分割结果进行进一步的优化和改进。
总之，从高分辨率遥感影像中提取城市道路的新方法主要包括基于深度学习的方法、基于生成对抗网络的方法以及结合传统方法和深度学习方法的方法。
这些方法在提高道路提取的精度和鲁棒性方面取得了一定的成果，但仍需要进一步的研究和改进。
未来，随着遥感技术的进一步发展和深度学习算法的不断优化，将有更多更有效的方法被提出来。
[课件]道路提取PPT
![[课件]道路提取PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/368372e489eb172ded63b7c8.png)
• 由于中低分辨率影像的分辨率 的一般都在20m以上，所以可 以现实的地物细节不多。地物 清晰度低，道路在影像上的灰 度基本一致，与周围地物具有 明显的差异。在图像上能够利 用道路影像只是一些结构简单 的道路，对于城市复杂的道路 低分率影像无法满足要求。 （图1）
• 高分辨率影像
• 与中低分辨率影响相比，高分 辨率影像由于空间分辨率增加 （一般在1m一下），所以能够 显示的地物信息更加丰富，可 以显示更多的细节信息。可以 提供大量的高精度的数据。 （图2）
• ③拓扑特征：理想条件下,各道路相互连通,形成道路网, 各道路仅存在两种可能性:一种是与另外一条道路相交;另 外一种就是由于单幅影像的覆盖范围有限,道路直接延伸 到影像的边界外。 • ④上下文特征:上下文特征是指与道路相关的特征和信息 ，上下文信息包含全局意义上和局部意义上两类。全局意 义上,上下文特征提供了全局范围的信息。局部意义上,上 下文特征提供局部范围内的信息。 • ⑤功能特征:与铁路、水路、航空和管道等组成运输网络, 起到运输的作用，一般都具有指向,将乡村、城市、厂矿 等联系起来。
空 间 域 增 强
频 率 域 增 强
影像预处理流程
遥感影像道路提取方法
• 在遥感影像中对道路进行提取主要是利用了道路的线状特 征和辐射特征。线状特征也就是道路影像所表现出来的在 一定区域内具有一定宽度和长度，并且转向的弯曲度变化 较小。但是在大多数城市中，尤其是一些大城市，道路错 综复杂，路宽也是不定，道路两侧的建筑物、植物阴影也 是提取道路的一大障碍。而在乡村、城镇一些小的地方， 由于道路较少，直线较多，周边的干扰也比较少，所以相 对城市来说提取困难要小一些。 • 针对以上的一些困难，若是想能够得到好的道路信息，更 需要在把重点放在影像的预处理阶段，如何滤除掉无用的 信息以及增强感兴趣的信息尤为重要。
基于卫星影像的城市道路提取算法研究
基于卫星影像的城市道路提取算法研究随着城市化进程的不断推进，城市的规模和数量不断增加，城市道路的数量和规模也随之不断增加。
而要对城市道路进行有效管理和规划，则需要实现对城市道路进行准确、高效的提取。
基于卫星影像的城市道路提取算法，正是解决城市道路提取难题的有效方法。
一、背景城市道路提取算法作为遥感图像处理的重要方向之一，是解决城市建设管理和规划过程中的重要问题。
如何通过遥感技术对城市道路进行准确、高效的提取，则成为当今遥感技术和智能城市建设的重要问题之一。
因此，开展基于卫星影像的城市道路提取算法研究，具有重要意义。
二、基于卫星影像的城市道路提取算法在基于卫星影像的城市道路提取算法中，主要应用了经纬网格、误差理论、数字图像处理等多种技术手段，主要包括以下几个步骤：1.预处理城市道路提取算法的前期准备工作主要包括卫星影像的获取、几何校正、辐射校正等。
其中，几何校正主要是对卫星影像进行几何误差校正，以消除卫星影像与地面真实位置之间的差异。
辐射校正主要是对卫星影像进行辐射校准，以消除卫星影像带来的光照影响。
2.特征提取城市道路特征的提取是基于卫星影像的城市道路提取算法的最关键步骤。
常用的城市道路特征提取方法包括边缘检测、形态学处理、区域生长等。
特征提取主要是以卫星影像为基础，通过一系列特定算法，从卫星影像中提取城市道路的位置、形状、方向等信息。
3.分类判定城市道路提取算法的分类判定工作主要是对前期阶段所提取的信息，进行进一步的分类认定。
其中，分类判定主要是分析卫星影像中的像素点所对应的属性值，确定它们所代表的区域的标识和特征，从而判定其是否属于城市道路。
4.后处理城市道路提取算法的后处理阶段主要是对前期所提取的信息进行修整和完善。
其中，后处理主要包括噪声去除、空洞填补、分割等工作，以提高城市道路提取算法的准确性和稳定性。
三、应用前景和展望基于卫星影像的城市道路提取算法，已经得到了广泛的应用。
例如，在城市建设规划、路线规划、交通管理、环境治理等领域中，城市道路提取算法的应用突显出了其重要作用和巨大价值。
道路信息提取方法
道路信息提取方法
道路信息提取方法是一种利用计算机技术对道路信息进行自动化提取的方法。
这种方法可以对地图、卫星图像、激光雷达等数据进行处理，从而获取道路的几何形状、位置、宽度、长度等信息。
道路信息提取方法主要涉及以下三个方面：
1. 图像处理技术。
通过图像处理技术，可以对卫星图像或地图进行处理，从而提取道路信息。
这种方法通常使用边缘检测、分割、特征提取等技术。
2. 激光雷达扫描技术。
激光雷达扫描技术是一种高精度的三维扫描技术，可以获取道路的精确几何形状和位置信息。
这种方法通常使用点云分析、曲面重建等技术。
3. 机器学习技术。
机器学习技术可以对大量的数据进行学习，从而自动提取道路信息。
这种方法通常使用神经网络、决策树等技术。
道路信息提取方法在交通规划、城市规划、智能交通系统等领域中有着广泛的应用。
未来，随着技术的不断发展，道路信息提取方法将变得更加高效和精确。
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道路提取
国内外的研究现状
• 20世纪70年代，国外一些国家的机构和学者就对道路提取 进行了研究。国内起步比较晚，经过几十年的努力，针对 不同影像、不同空间分辨率、不同的道路模型等，出现了 许多新的理论和技术。由于遥感影像尤其是高分辨率的遥 感影像的目标细节的复杂性，现有的道路提取算法通用性 差，仅仅能运用与某些特定的场合，在自动道路提取技术 上不是很成熟。 • 道路提取的一些典型算法 1)基于线状特征的道路提取方法：这种方法主要是利用影 像上道路的线状特征和区域均质性特征提取道路。典型的 算法有：Snake模型方法、动态规划方法、模板匹配方法、 Hough变换方法等。
空 间 域 增 强
频 率 域 增 强
影像预处理流程
遥感影像道路提取方法
• 在遥感影像中对道路进行提取主要是利用了道路的线状特 征和辐射特征。线状特征也就是道路影像所表现出来的在 一定区域内具有一定宽度和长度，并且转向的弯曲度变化 较小。但是在大多数城市中，尤其是一些大城市，道路错 综复杂，路宽也是不定，道路两侧的建筑物、植物阴影也 是提取道路的一大障碍。而在乡村、城镇一些小的地方， 由于道路较少，直线较多，周边的干扰也比较少，所以相 对城市来说提取困难要小一些。 • 针对以上的一些困难，若是想能够得到好的道路信息，更 需要在把重点放在影像的预处理阶段，如何滤除掉无用的 信息以及增强感兴趣的信息尤为重要。
小波变换检测边缘
• 对于某些特殊的小波函数，小波变换的极大值对应着图像 的边缘点。在图像 f(x,y)，设 ( x, y ) 为一平滑函数，令：
2 ( x, y) ( x, y), ( x, y) ( x, y) x y
1
1 2 ( x , y ) 则 和 ( x, y)
遥感图像中的道路提取及其应用
遥感图像中的道路提取及其应用遥感图像是一种可以从空中或卫星上获取的图像数据。
道路是城市交通网络中的关键组成部分。
在城市规划和交通管理方面，了解道路的分布和特征对于决策者和研究者来说都非常重要。
然而，由于城市道路在不断变化，因此传统的地面调查方法是不切实际的。
相反，遥感图像提供了一种有效的道路提取方法，其应用已经得到了广泛的研究和应用。
道路提取方法可以分为基于像素的方法和基于对象的方法。
在基于像素的方法中，图像中的每个像素被视为一个独立的点，并使用图像处理技术将道路像素从其他非道路像素中分离出来。
而在基于对象的方法中，则将图像中的道路作为一个独特的对象进行处理。
基于像素的方法简单而快速，但其准确性通常较低。
相反，基于对象的方法通常产生更准确的结果，但需要更多的计算资源和时间。
现代的道路提取算法通常是基于机器学习技术的。
机器学习是一种人工智能技术，其目标是使计算机能够通过对大量数据的学习来自动识别和分类不同类型的对象。
在道路提取中，机器学习技术通常使用已知道路和非道路像素的样本来训练模型，然后将此模型应用于其他遥感图像中的像素以分类道路和非道路像素。
道路提取的应用非常广泛。
例如，在城市规划方面，道路提取可以用于生成道路分布图和道路网络分析。
在交通管理方面，道路提取可以用于实时交通监测和交通控制。
在自动驾驶车辆和航空领域，道路提取可以用于车辆或飞机的自动导航。
尽管现代道路提取技术已经相当成熟，但该技术仍然存在许多挑战。
例如，道路提取算法通常受到照明条件、天气和遮挡等因素的影响。
在遥感图像中，道路在颜色、纹理、形状和边界等方面也很复杂，这会使道路提取更加困难。
总之，道路提取技术是现代城市规划、交通管理、自动驾驶车辆和航空领域中不可或缺的技术。
虽然该技术仍然存在许多挑战，但随着遥感技术和机器学习技术的不断发展，我们相信道路提取技术将会继续取得更加卓越的成果。
遥感影像中城市道路的提取
ＮＤＶＩ＝（ＮＩＲ－ Ｒ）／（ＮＩＲ＋Ｒ） 其中 ＮＩＲ 为近红外波段， Ｒ 为红波段。认为 ＮＤＶＩ＞０ 的均为植被。对原图进行 ＮＤＶＩ 植被提 取后与图（ ２） 求并， ， 可以得到图（ ３） 。图（ ４） 为对 原图直接进行二值化后的图。通过对比两幅二值 图， 发现直接对原图二值化， 道路和植被有很多 混在一起， 并且部分地方道路发生了断裂现象， 而且道路普遍比原图变细。
［收稿日期］ ２００５－ １２－ １６ ［作者简介］ 施海亮（１９８３－ ），男，汉族，安徽池州人，在读研究生，研究方向为遥感图像处理。
３０
·北京测绘·
２００６年第 ２ 期
边的植被很好的分开。 １．１ 图像预处理
通过分析发现道路一般都在低亮度区域， 可 以设定一个阈值， 首先把图像中与道路亮度差异 很大的区域剔除掉。这为后处理排除了一部分干 扰。对于本文实验图像， 通过分析道路的亮度值 均在 ５００ 以 下 ， 故 选 取 ５００ 作 为 阈 值 ， 处 理 后 的 图像见图（ ２） ， 其中图像中黑色部分为剔除掉的 区域。
３２
·北京测绘·
２００６年第 ２ 期
出版社， ２００３ ［７］ Ｌｅｉ Ｘｕ， Ａｄａｍ Ｋｒｚｙｚａｋ， ａｎｄ Ｅｒｋｋｉ Ｏｊａ， Ｒｉｖａｌ Ｐｅｎａｌｉｚｅｄ
Ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅ Ｌｅａｒｎｉｎｇ ｆｏｒ Ｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇ Ａｎａｌｙｓｉｓ， ＲＢＦ Ｎｅｔ， ａｎｄ Ｃｕｒｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ． ＩＥＥＥ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ ｏｎ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ， １９９３ ［８］ 肖 志 强 、鲍 光 淑．基 于 ＧＡ 图 像 中 主 干 道 路 的 提 取［Ｊ］．
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– （3）允许提取结果的回退操作
－城市遥感 ·第三章－
3.2 道路提取现状和流程
二、道路半自动提取策略
具体策略：
（1）在依次输入的人工点形成的各段内，以快速 的模板匹配和基于神经网络的优化计算快速提 取出道路特征的初始值； （2）基于平差模型的自适应模板匹配对每段进行 相对独立的提取，即提取各段的二次曲线； （3） 最后，由上述提取的结果作为初值，基于最 小二乘样条曲线提取算法对其进行精确定位。
平行线段不一定都是道路段，符合下列两个条件的平行线段才 是候选的道路段： 几何特征，宽度要在一定的范围之内 灰度特征，平行线段内的平均灰度应满足一定的范围限值
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
道路段的编组
在提取的过程中对每一道路段记录了如下参数： 道路段对象标识 平行线组的标识 标明是单平行线对（一对一的平行线对）还是多平行线 组 左平行线的个数 左平行线的集合 与左平行线的集合一一对应的平行距离集合 右平行线的个数 右平行线的集合 与右平行线的集合一一对应的平行距离集合 组织的标志，标明该道路段是否已被组织过
数 字 铁 路
数 字 校 园
3.1 城市道路特性
二、城市道路提取的作用
基于移动终端的空间信息服务
3.1 城市道路特性－难度
三、城市道路提取的难度 由于太阳光线被遮挡
航空、遥感影像上有阴 影是不可避免的
阴影
－城市遥感 ·第三章－
3.1 城市道路特性－难度
三、城市道路提取的难度
－城市遥感 ·第三章－
－城市遥感 ·第三章－
3.2 道路提取现状和流程
二、道路半自动提取策略
提取的正确率和稳健性、精度、高效率的人 机交互这几方面的性能的协调工作，才能充 分发挥系统的作用，真正较大地提高测图的 效率。因此，算法和提取策略的设计除了要 保证高成功率和精度外，还应当遵循以下原 则：
– （1）操作员的输入应当简单 – （2）提取结果的实时响应
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
多种改进方法，这些新的算子大致可以分为三类：
最优算子 多尺度方法 自适应方法
Canny应用变分原理推导出一种Gaussian模板导数逼 近的最优算子，是目前被广泛使用的边缘检测方法 Canny给出了评价边缘检测性能优劣的三个指标：
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
可靠道路段的准则
对于单平行线对，可靠道路段的具体准则：
道路段的两边线都应比较长
道路段的两边线的长度应具有相似性，即二者的长度之比 应较大 道路段的两边线的应具Fra bibliotek一定的交叠距离
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
线提取结束 Y
提取三次样条
立体像对下基于最小二 乘平差的物方样条提取 三维提取 物方（大地坐标下）三 维样条
DEM+正射影像
道路半自动提取系统框架
－城市遥感 ·第三章－
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取 二、GIS引导的道路提取 三、基于感知编组的道路提取 四、基于统计信息的道路提取 五、基于自适应模板的道路提取 六、基于带状Snake的道路提取 七、城市道路新型提取方法
－城市遥感 ·第三章－
3.1 城市道路特性
一、城市道路影像示例
－城市遥感 ·第三章－
3.1 城市道路特性
一、城市道路影像示例
－城市遥感 ·第三章－
3.1 城市道路特性
一、城市道路影像示例
－城市遥感 ·第三章－
3.1 城市道路特性
一、城市道路影像示例
（IKONOS左右像对）
－城市遥感 ·第三章－
一、基于结构信息的侯选道路段提取
基于平差模型的道路段精定位
从图像上提取出的平行线段由于成像时的噪声及提取 时的误差等的影响，决定平行线段的边缘强度有时会 很弱致使平行线段的边界点定位不准，使用基于最小 二乘模板匹配的自动平行化算法 改正后的平行线段最接近真实的图像直线边缘 平行线段的两边线平行或尽可能接近平行
－城市遥感 ·第三章－
3.1 城市道路特性
四、影像道路特性
功能特性 关联特性
高级知识（景物域）
拓扑特性
道路 中、低级知识（景物 域投影到影象域） 光度特性 几何特性 道路的特性
对道路的功能和上下文特性是其在景物域或物方 空间的知识，偏重于语义描述；而道路的光度、 几何与拓扑特性则由景物域的特征投影到影像域， 它们有着直接对应的关系。
第三章 城市道路的提取
第三章 城市道路的提取
3.1 城市主要道路的特性 3.2 道路提取现状和流程 3.3 城市一般道路的提取方法 3.4 城市立交桥的提取
－城市遥感 ·第三章－
3.1 城市道路特性
一、城市道路影像示例 二、城市道路提取的作用 三、城市道路提取的难度 四、城市道路特性
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
平行直线段的生成
在图像中，道路的本质特征从边缘上看是一组平行线，而且通 常是亮白色的平行线段，因此首先需要提取平行线段。 由于图像中道路的表现不是理想的平行线
而且在直线提取时会存在误差 判断平行线的准则是提取在一定范围内近似平行的直线段
功能特性：人工目标在现实世界所实现的功能。
－城市遥感 ·第三章－
3.1 城市道路特性
铁路 铁路 河流 机动车道-双股 单股道 道 树木行 建筑物行 篱笆线/ 场地边界线 小曲率， 相互独立；接 相互独立；接近相互独立； 在城区常 近正交方向可 正交方向可能有接近正交方 常相互平 能有桥或隧道 桥或隧道 向有桥或隧 行 道 常形成Y型分 常以正交方向通常以正交方 叉 过道路下方 向通过道路 下方 在城区常接近 在城区常接近平行， 接近相互 平行，在农村 在农村地区常较弱 平行（尤其 地区常较弱 在农村地区） 有时与成群建筑物 比较独立 接近平行
提高效率
减轻劳动强度
－城市遥感 ·第三章－
3.2 道路提取现状和流程
一、道路半自动提取现状
基于对线特征的灰度特征和几何约束的整体 优化计算
动态规划:导出道路的一般参数模型，将其表达
成种子点之间的“代价”函数，以动态规划作 为确定种子点之间最优路径的计算工具 可变模型或Snakes方法 最小二乘B样条
理想的阶跃边缘经过成像系统往往变成刀刃曲线，由 直线边缘沿垂直直线方向的灰度剖面可生成直线模板
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
基于平差模型的道路段精定位
－城市遥感 ·第三章－
3.3 城市主要道路的提取方法
二、GIS引导的道路提取
GIS引导的道路跟踪的关键是填补断裂空隙提取道路并同时
3.1 城市道路特性
四、影像道路特性
对特定地物的描述将导出对应的相关知识 和约束，成为提取的基础。Vosselman和 Knecht用以下指标来描述道路的特性：
– 几何（Geometric） – 光度或辐射度（Photometric） – 拓扑（Topologic） – 功能（Functional） – 关联或上下文（Contextual）
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
道路段的编组
通常在图像中，有些平行线段表现很明显，它们具 有较长的长度，而且平行性很好等等，可称之为可 靠线道路段 而有些则断断续续，长度较短，可称之为可疑道路 线段 从可靠线段出发可很容易获取道路的初始网络模型， 它们是最可能的道路段，是决定道路提取成败最为 关键的因素之一，因此有必要对提取的候选道路段 进行筛选
检测发生变化的道路，图像上道路出现的断裂现象主要表现：
－城市遥感 ·第三章－
DPW数据库 相机模型 内定向参数 相对定向参数 绝对定向参数 核线影像 … DEM …. 二维提取 快速提取初值 提取分段抛物线
3.2 道路提取现状和流程
三、道路半自动提取过程
人 显示结果 目标识别 回退处理 DPW平台 算法 1 . 算法 2 . N 确认结果 Y N
输入种子点
好的信噪比 好的定位性能 对单一边缘有唯一的响应
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
－城市遥感 ·第三章－
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
－城市遥感 ·第三章－
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
在边缘检测及跟踪后，采用栅格转矢量的方法可 将图像中的线条形成矢量的表示形式
3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
直接从图像上获取的矢量线段常常带有锯齿状
采用一定的压缩光滑算法，如Douglas_Peuker算法
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3.3 城市主要道路的提取方法
一、基于结构信息的侯选道路段提取
河流
机动车道双股道 单股道
沿河流的植被 线常平行于或 部分遮蔽河流 线 常有明显的 大部分情况下 连接 相互独立
在农村地区极少有 有可能互相 平行关系 平行
在农村地区常 与成群建筑物常相 有时接近平 行 互相平行，树 互平行 木遮蔽路面 大多相互无关 有时相互平行，尤 常难以区分 其是城区的林荫大 道 在城区常平行，两 大部分相互 行建筑物可推断中 独立，有时 间道路的存在 互相平行 拓扑关系也 有T型或+型 的连接
3.1 城市道路特性