一种圆形墓葬遗迹的遥感探测识别方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种圆形墓葬遗迹的遥感探测识别方法及系统，所述方法包括：获取待探测区域的全色与多光谱高分辨率遥感图像，并进行预处理；对预处理后的全色影像进行灰度级量化处理得到灰度影像；在灰度影像上初步提取圆形考古目标；利用CART决策树的分类方法，建立基于光谱、纹理和几何特征考古目标的分类识别模型；采用该分类识别模型对所提取的圆形考古目标进行分类，分为疑似墓葬和非墓葬两类；采用遥感影像的解译分析方法对分类后得到的疑似墓葬进行验证

【技术实现步骤摘要】
一种圆形墓葬遗迹的遥感探测识别方法及系统


[0001]本专利技术涉及遥感考古探测
，尤其涉及一种圆形墓葬遗迹的遥感探测识别方法及系统。

技术介绍

[0002]我国西部干旱半干旱地区面积广阔，古代遗址数量众多，尤其在无人区分布着大量的古代墓葬，考古调查难度极大，需要花费大量的人力、物力。而这些墓葬遗迹往往很少受到人为的干扰，主要类型为带有封土堆的石堆墓、土石混合墓以及无封土堆的石圈墓，在高分辨率卫星影像上呈现出圆形的形状特征，可通过遥感的手段进行探测识别。目前广泛应用的亚米级高分辨率卫星影像为田野考古调查提供了充足的数据保障。在新疆开展的第三次文物普查中，应用快鸟、ALOS高分辨卫星影像并结合Google earth进行了大范围的遥感考古调查，发现了千余处古代墓葬遗迹，为田野考古调查提供了重要的技术支撑。但这种遥感解译的方法费时耗力，同时还需要解译人员具有丰富的先验知识。采用自动或半自动的方式能够在探测识别效率上取得突破，但有时准确率无法满足要求，仍需要人工筛查。如何提高遥感探测和识别的准确率，是本领域亟待解决的关键技术问题。

技术实现思路

[0003]针对现有古代墓葬遥感探测识别技术存在的问题，本专利技术提供一种圆形墓葬遗迹的遥感探测识别方法及系统，通过边缘局部方向检测算法提取圆形墓葬的疑似目标，采用基于光谱、纹理、几何特征的CART决策树分类方法，进一步对疑似的墓葬遗迹进行自动识别。该方法提取出的墓葬信息准确率高，可有效实现西部干旱半干旱地区的圆形墓葬遗迹的提取识别。
[0004]为达到上述目的，本专利技术提供了一种圆形墓葬遗迹的遥感探测识别方法，包括：
[0005]获取待探测区域的全色与多光谱高分辨率遥感图像，并进行预处理得到处理后的全色影像和多光谱影像；
[0006]对预处理后的全色影像进行灰度级量化处理得到灰度影像；
[0007]在灰度影像上，运用基于边缘局部方向检测的方法，初步提取圆形考古目标；
[0008]在预处理后的全色与多光谱影像上，利用CART决策树的分类方法，建立基于光谱、纹理和几何特征考古目标的分类识别模型；
[0009]采用该分类识别模型对所提取的圆形考古目标进行分类，分为疑似墓葬和非墓葬两类；
[0010]针对分类为疑似墓葬的圆形考古目标，在全色影像和多光谱影像上，基于影像上的形状、尺寸、色调、纹理、位置及其组合特征验证分类后的疑似墓葬是否为墓葬遗迹；
[0011]对验证后的圆形考古目标进行登记，按照需求输出探测结果。
[0012]进一步的，所述预处理包括辐射校正、配准和镶嵌。
[0013]进一步的，所述对预处理后的全色影像进行灰度级量化处理得到灰度影像，包括：
[0014]将预处理后的全色影像压缩为8Bit的灰度影像，并使用圆形均值滤波器抑制噪声。
[0015]进一步的，运用基于边缘局部方向检测的方法，初步提取圆形考古目标，包括：
[0016]在灰度影像上，利用基于边缘局部方向检测的方法提取圆形考古目标的轮廓，并计算出圆心点坐标(x0,y0)和半径r；
[0017]采用x0,y0,r三个参数对圆形考古目标轮廓上的点进行编码，圆形考古目标轮廓上的任意点Circle表示为：
[0018]Circle＝{x0,y0,r}
[0019]其中，x0≥0，0≤y0≤1，r
min
≤r≤r
max
；r
min
,r
max
为灰度影像上可识别圆形的最小与最大半径数值；
[0020]还包括：对初步提取出的每个圆形考古目标轮廓进行解码，计算出圆形考古目标轮廓上所有点的坐标，各个点的坐标定义为
[0021]其中N
c
为圆形边缘点的个数；使用中心点为C(x
i
,y
i
)的小窗口分析边缘局部方向直方图，剔除对比度低于阈值的点，将剩余点作为边缘点，根据边缘点确定边缘局部主方向；
[0022]灰度影像上全部边缘点围成的范围构成了提取出的圆形考古目标。
[0023]进一步的，在预处理后的全色与多光谱影像上，利用CART决策树的分类方法，建立基于光谱、纹理和几何特征考古目标的分类识别模型，包括：
[0024]对多光谱影像计算得到NDVI影像，在NDVI影像上提取已知墓葬遗迹的光谱特征；
[0025]采用灰度共生矩阵的方法，提取已知墓葬遗迹在全色影像上的纹理特征；
[0026]在全色影像上提取已知墓葬遗迹的几何特征，所述几何特征包括圆形区域的面积和周长；
[0027]利用所述已知墓葬遗迹的光谱特征、纹理特征和几何特征建立样本集，采用交叉验证法，从样本集中选取预定比例的样本作为训练样本，剩余样本作为检验样本，运行决策树，基于训练样本建立圆形墓葬遗迹的分类规则，将其分为疑似墓葬和非墓葬，利用检验样本对分类结果进行检验。
[0028]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种圆形墓葬遗迹的遥感探测识别系统，所述系统包括：
[0029]预处理模块，获取待探测区域的全色与多光谱高分辨率遥感图像，并进行预处理得到处理后的全色影像和多光谱影像；
[0030]遥感影像处理模块，用于对预处理后的全色影像进行灰度级量化处理得到灰度影像；
[0031]考古目标提取模块，用于在灰度影像上，运用基于边缘局部方向检测的方法，初步提取圆形考古目标；
[0032]分类识别模型建立模块，用于在预处理后的全色与多光谱影像上，利用CART决策树的分类方法，建立基于光谱、纹理和几何特征考古目标的分类识别模型；
[0033]分类模块，用于采用该分类识别模型对所提取的圆形考古目标进行分类，分为疑
似墓葬和非墓葬两类；
[0034]验证模块，用于针对分类为疑似墓葬的圆形考古目标，在全色影像和多光谱影像上，基于影像上的形状、尺寸、色调、纹理、位置及其组合特征验证分类后的疑似墓葬是否为墓葬遗迹；
[0035]输出模块，用于对验证后的圆形考古目标进行登记，按照需求输出探测结果。
[0036]进一步的，所述预处理包括辐射校正、配准和镶嵌。
[0037]进一步的，所述遥感影像处理模块，对预处理后的全色影像进行灰度级量化处理得到灰度影像，包括：
[0038]将全色影像压缩为8Bit的灰度影像，并使用圆形均值滤波器抑制噪声。
[0039]进一步的，所述考古目标提取模块，运用基于边缘局部方向检测的方法，初步提取圆形考古目标，包括：
[0040]在灰度影像上，利用基于边缘局部方向检测的方法提取圆形考古目标的轮廓，并计算出圆心点坐标(x0,y0)和半径r；
[0041]采用x0,y0,r三个参数对圆形考古目标轮廓上的点进行编码，圆形考古目标轮廓上的任意点Circle表示为：
[0042]Circle＝{x0,y0,r}
[0043]其中x0≥0，0≤y0≤1，r
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种圆形墓葬遗迹的遥感探测识别方法，其特征在于，包括：获取待探测区域的全色与多光谱高分辨率遥感图像，并进行预处理得到处理后的全色影像和多光谱影像；对预处理后的全色影像进行灰度级量化处理得到灰度影像；在灰度影像上，运用基于边缘局部方向检测的方法，初步提取圆形考古目标；在预处理后的全色与多光谱影像上，利用CART决策树的分类方法，建立基于光谱、纹理和几何特征考古目标的分类识别模型；采用该分类识别模型对所提取的圆形考古目标进行分类，分为疑似墓葬和非墓葬两类；针对分类为疑似墓葬的圆形考古目标，在全色影像和多光谱影像上，基于影像上的形状、尺寸、色调、纹理、位置及其组合特征验证分类后的疑似墓葬是否为墓葬遗迹；对验证后的圆形考古目标进行登记，按照需求输出探测结果。2.根据权利要求1所述的圆形墓葬遗迹遥感探测识别方法，其特征在于，所述预处理包括辐射校正、配准和镶嵌。3.根据权利要求1所述的墓葬遗迹遥感探测识别方法，其特征在于，所述对预处理后的全色影像进行灰度级量化处理得到灰度影像，包括：将预处理后的全色影像压缩为8Bit的灰度影像，并使用圆形均值滤波器抑制噪声。4.根据权利要求1
‑
3中的任意一项所述的圆形墓葬遗迹遥感探测识别方法，其特征在于，运用基于边缘局部方向检测的方法，初步提取圆形考古目标，包括：在灰度影像上，利用基于边缘局部方向检测的方法提取圆形考古目标的轮廓，并计算出圆心点坐标(x0,y0)和半径r；采用x0,y0,r三个参数对圆形考古目标轮廓上的点进行编码，圆形考古目标轮廓上的任意点Circle表示为：Circle＝{x0,y0,r}其中，x0≥0，0≤y0≤1，r
min
≤r≤r
max
；r
min
,r
max
为灰度影像上可识别圆形的最小与最大半径数值；还包括：对初步提取出的每个圆形考古目标轮廓进行解码，计算出圆形考古目标轮廓上所有点的坐标，各个点的坐标定义为其中N
c
为圆形边缘点的个数；使用中心点为C(x
i
，y
i
)的小窗口分析边缘局部方向直方图，剔除对比度低于阈值的点，将剩余点作为边缘点，根据边缘点确定边缘局部主方向；灰度影像上全部边缘点围成的范围构成了提取出的圆形考古目标。5.根据权利要求4所述的圆形墓葬遗迹遥感探测识别方法，其特征在于，在预处理后的全色与多光谱影像上，利用CART决策树的分类方法，建立基于光谱、纹理和几何特征考古目标的分类识别模型，包括：对多光谱影像计算得到NDVI影像，在NDVI影像上提取已知墓葬遗迹的光谱特征；采用灰度共生矩阵的方法，提取已知墓葬遗迹在全色影像上的纹理特征；
在全色影像上提取已知墓葬遗迹的几何特征，所述几何特征包括圆形区域的面积和周长；利用所述已知墓葬遗迹的光谱特征、纹理特征和几何特征建立样本集，采用交叉验证法，从样本集中选取预定比例的样本作为训练样本，剩余样本作为检验样本，运行决策树，基于训练样本建立圆形墓葬遗迹的分类规则，将其分为疑似墓葬和非墓葬，利用检验样本对分类结果进行检验。6.一种圆形墓葬遗迹的遥感探测识别系统，其特征在于，所述系统包括：预处理模块，获...

【专利技术属性】
技术研发人员：于丽君，朱建峰，蔡丹路，张春燕，田明艾，黄思懿，聂跃平，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：