Теоретическая схема многоуровневой сегментации с использованием структурно-пространственной модели.

Предлагаемый теоретический подход основан на разделении процесса тематической сегментации аэрокосмических изображений земной поверхности на два этапа. На первом этапе осуществляется построение структурно-пространственной модели исследуемых изображений. На втором этапе применяется многоуровневая классификация, использующая различные алгоритмы классификаторов, которые работают не с неупорядоченным набором данных, а с данными определенной пространственной структуры. Полученная на первом этапе структурно-пространственная модель изображений используется на втором этапе для выбора различных алгоритмов модификации исходных изображений (видов предварительной обработки), выбора подмножества цифровых признаков для классификации определенного элемента пространственной структуры и управления работой классификатора.

Анализ пространственной структуры сложных аэрокосмических изображений показал, что на них целесообразно выделить четыре типа структурно-пространственных элементов, отличающихся по своим статистическим и пространственным характеристикам, и требующим соответственно различных подходов при выборе алгоритма классификатора и набора цифровых признаков для их сегментации:

- протяженные (площадные) объекты, линейные размеры которых более 10 пикселов в любом направлении;

- малоразмерные объекты, представляющие собой пятна площадью от 4 до 50 пикселов, значения интенсивности которых существенно отличаются от значений интенсивности прилегающей окрестности, хотя бы в одной зоне спектрального диапазона;

- граничные и линейные объекты, характеризуемые высоким значением градиента в каком-либо направлении и низким в ортогональном ему направлении, хотя бы в одной зоне спектрального диапазона;

- точечные объекты, занимающие на изображении не более одного пиксела, со значением интенсивности, существенно отличающимся от значений интенсивности прилегающей окрестности, хотя бы в одной зоне спектрального диапазона.

В предлагаемой теоретической схеме в результате первого этапа сегментации создается структурно-пространственная модель исследуемых изображений, представляющая собой сегментированное четырехуровневое изображение, на котором выделены четыре класса, соответствующие вышеопределенным элементам пространственной структуры.

На рисунке 1 показана разработанная блок-схема многоуровневой сегментации, с использованием структурно-пространственной информации об объектах, представленных на изображении. Процесс построения многоуровневых алгоритмов сегментации содержит следующие шаги:

1. Выделение элементов пространственной структуры – площадных объектов, точечных объектов, малоразмерных объектов, граничных и линейных объектов. Этот шаг выполняется путем использования четырехуровневого классификатора.

2. Построение структурно-пространственной модели исследуемых изображений.

3. Предварительная обработка исходных изображений и выбор оптимального подмножества признаков для тематической классификации выделенных элементов пространственной структуры.

4. Тематическая классификация элементов пространственной структуры.

5. Формирование итогового сегментированного изображения.