遙感分類圖像斑塊土地面積的自動計算方法

陸鵬宇 百色市右江區土地儲備中心

隨著我國科學技術的不斷發展，遙感技術也被廣泛的應用于航天航空等事業。遙感技術在航天航空領域主要的應用內容為：利用遙感技術快速的、準確的計算面積。我國傳統的面積計算方法，只能計算出分類圖像上某類的面積，而如果是想要計算分類圖像上某個斑點的面積就需要借助儀器的幫助或者選擇對斑點進行染色，然后再用計算機掃描計算。但是這種方法的計算過程比較復雜，而且在計算過程中很容易出現大的失誤，所以這并不是最理想的、最快捷的計算方式。而就目前來看，利用遙感分類圖像進行斑塊測量的效果是最好的。遙感分類圖像測量主要是根據圖形學的兩種方法，即逐行掃描法和點生長法。

逐行掃描法和點生長法，這兩種方法其實是來源于圖形學中的圖形填充的掃描轉換和種子填充。圖形填充的過程，通俗來說其實就是判斷一個點是否在一個已知形狀的圖形中。掃描轉換技術就是按照一條一條的掃描線來確定點的位置。從輪廓線開始進行掃描，然后把點的位置確定在一個灰度當中。種子填充法和掃描轉換法的方法不同，種子填充法是需要首先假設輪廓中存在一個已知的種子，然后再對種子附近的點搜索。如果這個點在輪廓線之內就會成為新的種子；如果在輪廓線之外，就認為已經達到了邊界。可以說種子填充法就是不斷尋找新種子的過程。對于遙感圖像中的斑點來說，它的形狀和輪廓都是未知的，所以如果想要利用上面兩種方法來進行面積的計算，就需要對這兩種方法做出一定的改進。

1 逐行掃描法

逐行掃描法其實就是由掃描法而進化來的一種方法。這種方法的基本原理就是對每一行的圖像進行分析，然后根據上一行的圖像的信息對本行圖像的信息來進行確定。但其實在實際情況中，每行之間的圖像都有著錯綜復雜的關系，所以就會有這很多種的變化，這也是這種算法的難度所在。而這種算法的最關鍵的問題就是判斷兩行之間的聯系，所以說在逐行掃描法中只要能合理正確的判斷兩行之間的聯系，就能夠很輕易地計算出斑點的面積。但是要注意，需要考慮到圖像可能分為很多個叉的情況。所以對于一行的圖像進行檢查完以后，還要對下一行的圖像進行檢查，看兩行的圖像之間是否有聯系。一般的比較方法是對坐標進行比較，對于上一行圖像斑點的終點坐標和下一行另一個圖像斑點的起始坐標進行比較，如果下一行的起始坐標大于上一行的終點坐標，則證明是另一個斑點。在逐行掃描法中還存在著很多種復雜的情況，所以需要對于這些情況的出現進行預判。

逐行掃描法的基本步驟：

(1)建立初始化的斑塊鏈表和面積鏈表。

(2)從首行開始進行面積的轉換，即對斑塊首尾的坐標進行標記。如果此行中沒有斑點則直接進行第(5)步。

(3)對本行斑塊面積和上一行斑塊的面積之間的關系進行判斷。如果是本斑塊的面積和上一行斑塊的面積不相鄰的話，則需要加入新的節點，并且要初始化此節點。

(4)如果本行的斑塊和上一行的斑塊之間存在相鄰的要素，就需要對上一行斑快的節點和面積進行更改。

(5)當上一行的圖像斑塊在本行中沒有對應的面積時，就需要把上一行的斑塊節點刪除。然后轉到第二步，繼續進行下一行的掃描。

逐行掃描法就是通過以上步驟的不斷循環來計算斑點面積的過程。逐行掃描法計算斑點面積的方法需要對可能出現的情況進行預判，而且要進行對應算法程序的設計。所以使用這種方法來進行面積計算的時候比較復雜。因此在遙感斑點計算當中，一般不采用這種方法。

2 點生長法

點生長法的操作步驟和逐行掃描法的操作步驟相比來說比較簡單。它的主要原理就是通過掃描到一個點，可以把這個點理解為需要記憶的像素。然后再對這個點的周圍點進行掃描，看看這些點中是否還有需要記的點，然后進行不斷地循環，直到所有點都不需要記，這個時候就可以認為所有的斑點圖像就已經被采集完畢了，斑點的面積也自然而然的可以被計算出來。一般來說，點生長法周圍有四個連接點或者是八個連接點，這樣兩種連接方式，但是在遙感斑點面積計算采用的種子填充法一般是采用八連接的方式。

點生長法的基本步驟：

(1)逐行的進行種子像素的搜索。如果此次搜索并不是第一次搜索，那就是從上次搜索的地方開始進行搜索，每搜索到一個種子像素時，都要把它計入到堆棧中。如果對整體進行了一次搜索以后，還沒有尋找到種子像素，那么就可以認為算法結束。

(2)當棧堆不是空值的時候，可以把里面的種子像素拿出來轉化為面積，然后進行第三步；如果棧堆的值為空值，那么轉到第一步進行。

(3)檢查像素周圍的八個連接點是否有需要記的像素。如果有，則轉回到第二步進行。

這就是點生長法的基本操作步驟。這種方法計算面積的最大優勢是它可以計算任何形狀的面積，不用根據面積的不同輪廓進行不同的計算方式。但是這種方法并不是完美無缺的，這種方法在進行斑點面積計算的時候，需要讀取整個圖形的數據，而且還需要建立一個龐大的棧堆，所以使用這種方法最大的缺點是需要耗費大量的內存。而且在實際生活中使用這種方法的時候，我們能夠明顯的感覺到處理速度比較慢。但是這種方法相比于逐行掃描法來說，還是具有很大的優勢的。雖然這種方法計算的速度沒有逐行掃描法的計算速度快，但是前期準備工作比較簡單。

3 兩種算法的對比和計算的結果

通過對兩種算法的試驗過程進行比較，我們可以得出點生長法比逐行掃描法更加優越。因為點生長法在掃描過程中不需要考慮圖像的細節，雖然點生長法會占用很大內存，并且處理的速度相對比較慢，但是因為在計算面積時沒有特殊的要求，所以應用點生長法在短時間內就可以完成。而逐行掃描法的處理速度相對比較快，因為逐行掃描法在處理過程中每次只需要讀入一行的圖像數據，并且建立每一行中圖像塊和面積快有關的節點，但是，逐行掃描法卻需要對相鄰行間圖像塊的各種信息做出復雜和繁多的算法處理，因此，逐行掃描法是非常復雜的。綜合來看，點生長法比逐行掃描法更加優越。

在實際應用過程中，兩種算法都只能用于計算黑白二值圖像的面積。但是如果將程序稍加改變時，我們就可以應用灰度值圖像，從而就可以利用計算機很方便的算出各種遙感分類圖處于空間不同位置的每個圖斑的像元素，最終就可以根據像元尺寸計算出面積。

綜上所述，在遙感應用中，計算地類面積的方法通常有兩個步驟，第一步就是要獲取專題信息，在獲取專題信息時，我們要選擇合適的遙感分類方法或者邊界提取方法。第二步就是求解相關地類面積，求解相關地類面積時我們要構造有效的地類面積公式，只有這樣才能完成相關計算。遙感分類精度和邊界提取精度是我們不能忽視的，必須在業務運行系統的開發過程中引起高度的重視，因為他們對求解面積方法的總體精度大于求解面積算法的總體精度。本文提出了兩種能夠準確快速計算出分類圖像中各類各塊圖斑的面積，這兩種方法分別是點生長法和逐行掃描法。這兩種計算方法的原理基本相同，主要是通過對基本像元進行計算，然后求解面積。對于計算結果，如果圖斑不規則，那么就會出現邊界整合的誤差，但是從整體上來看，整個圖斑可能會出現誤差削減的情況，因此計算結果誤差會很小。