航空遙感技術(shù)自出現(xiàn)以來(lái)，就在海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)、對(duì)地觀測(cè)及軍事偵察等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。相應(yīng)的航空遙感圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)也隨著航空遙感技術(shù)的不斷推廣與發(fā)展被應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。
圖像的邊緣檢測(cè)是遙感圖像處理領(lǐng)域中的一個(gè)重要問(wèn)題，并且是極富挑戰(zhàn)性的研究領(lǐng)域，也是圖像分割、紋理特征提取和形狀特征提取等圖像分析方法的重要基礎(chǔ)，同時(shí)也為圖像理解、模式識(shí)別和計(jì)算機(jī)視覺等高層次的圖像處理任務(wù)提供了一定的依據(jù)。與衛(wèi)星遙感相比，航空遙感更為機(jī)動(dòng)靈活，其具備獲取圖像周期短、分辨率高、不受地面條件限制、資料回收方便及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用于軍事、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、地質(zhì)、礦產(chǎn)、水文和水資源、海洋、環(huán)境等領(lǐng)域偵查監(jiān)測(cè)，以及臺(tái)風(fēng)、洪水、地震、海嘯和海洋污染等大型災(zāi)難與事故處理等方面。盡管遙感領(lǐng)域的邊緣檢測(cè)方法有很多且各具特點(diǎn)，但由于航空遙感圖像數(shù)據(jù)來(lái)源的多樣性、應(yīng)用背景的復(fù)雜性和邊緣檢測(cè)問(wèn)題的局限性，到目前為止仍然很難找到一種普適性的邊緣檢測(cè)方法。同時(shí)，航空遙感圖像通常具有低對(duì)比度、邊界模糊、復(fù)雜噪聲及背景、灰度不均勻性和紋理不一致性等問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì)直接影響目標(biāo)檢測(cè)和識(shí)別等后續(xù)任務(wù)處理的準(zhǔn)確率和難易程度，且海量的遙感數(shù)據(jù)也對(duì)算法的效率提出了較高要求。因此，邊緣檢測(cè)算法的精確性、有效性、魯棒性、通用性以及實(shí)時(shí)性仍然是亟待解決的問(wèn)題。這些問(wèn)題不僅是遙感圖像邊緣檢測(cè)領(lǐng)域，而且也是其他圖像邊緣檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，仍具有一定的挑戰(zhàn)性。所以，航空遙感圖像的邊緣檢測(cè)是富有現(xiàn)實(shí)意義和科研價(jià)值的重要課題。目前，國(guó)內(nèi)航空遙感領(lǐng)域中尚無(wú)系統(tǒng)介紹遙感圖像邊緣檢測(cè)算法的學(xué)術(shù)專著，希望本書的出版能夠?yàn)榇龠M(jìn)航空遙感圖像邊緣檢測(cè)算法的研究發(fā)揮積極的作用。
近年來(lái)，遙感領(lǐng)域中不斷涌現(xiàn)新的邊緣檢測(cè)思路與方法，作者認(rèn)為有必要向讀者及時(shí)介紹這些新成果。由于邊緣檢測(cè)方法的多樣性，本書主要以作者近年來(lái)的理論研究成果為主線，結(jié)合正在進(jìn)行的科研項(xiàng)目，在研究團(tuán)隊(duì)多年從事海上溢油監(jiān)視監(jiān)測(cè)技術(shù)和航空輸電線故障診斷技術(shù)的科研工作和教學(xué)工作的基礎(chǔ)上撰寫完成，同時(shí)穿插介紹一些國(guó)內(nèi)外的相關(guān)發(fā)展情況，以及系統(tǒng)全面地介紹航空遙感圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)理論與方法。本書圍繞航空遙感圖像邊緣檢測(cè)算法中遇到的幾個(gè)重要問(wèn)題展開研究，不僅對(duì)現(xiàn)有遙感圖像邊緣檢測(cè)算法進(jìn)行全面的總結(jié)和分析，而且提出多種航空遙感圖像邊緣檢測(cè)的新思路和新算法，為解決其他領(lǐng)域圖像邊緣檢測(cè)及模式識(shí)別中所遇到的問(wèn)題提供了依據(jù)；書中成果在國(guó)內(nèi)航空遙感海上溢油監(jiān)測(cè)和航空輸電線故障診斷等領(lǐng)域得到了較好的應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也得到了國(guó)際遙感領(lǐng)域?qū)＜业恼J(rèn)可。
本書主要從圖像的灰度特征、區(qū)域特征和紋理特征信息入手，針對(duì)遙感圖像邊緣檢測(cè)過(guò)程中存在的對(duì)比度低、邊界模糊、復(fù)雜噪聲及背景、灰度不均勻性和紋理不一致性等問(wèn)題，重點(diǎn)闡述基于傳統(tǒng)邊緣檢測(cè)流程的非封閉邊緣檢測(cè)技術(shù)和基于幾何主動(dòng)輪廓模型的封閉邊緣檢測(cè)技術(shù)，同時(shí)介紹遙感圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)在海上溢油災(zāi)害預(yù)警和航空輸電線故障診斷等領(lǐng)域中的典型應(yīng)用。
本書共7章。第1章和第2章主要介紹與邊緣檢測(cè)技術(shù)相關(guān)的基本理論和基礎(chǔ)概念，分析航空遙感圖像的成像方式、特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀。第3章主要介紹基于傳統(tǒng)邊緣檢測(cè)流程的航空遙感圖像非封閉邊緣檢測(cè)技術(shù)，從算法描述、算法流程圖和仿真實(shí)驗(yàn)等方面詳細(xì)介紹作者所做的工作，包括基于動(dòng)態(tài)分塊閾值去噪和改進(jìn)的GDNI邊緣連接的邊緣檢測(cè)算法、基于紋理特征差異的邊緣檢測(cè)算法和基于紋理特征和11分布的邊緣檢測(cè)算法。第4章詳細(xì)介紹基于區(qū)域特征的幾何主動(dòng)輪廓封閉邊緣檢測(cè)技術(shù)，首先對(duì)現(xiàn)存的簡(jiǎn)化的Mumford-.Shah主動(dòng)輪廓封閉邊緣檢測(cè)模型做簡(jiǎn)要的概述，然后針對(duì)現(xiàn)有主動(dòng)輪廓封閉邊緣檢測(cè)算法存在的問(wèn)題，介紹基于變分對(duì)偶規(guī)則和區(qū)域可擴(kuò)展擬合的全局最小化主動(dòng)輪廓邊緣檢測(cè)算法，并討論其在溢油航空遙感圖像中的應(yīng)用。第5章詳細(xì)介紹基于灰度不均勻性特征的幾何主動(dòng)輪廓封閉邊緣檢測(cè)技術(shù)，分析灰度不均勻特征及基于灰度不均勻性特征糾正的邊緣檢測(cè)模型，重點(diǎn)介紹LGF.IHC邊緣檢測(cè)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)造以及最優(yōu)化問(wèn)題，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)討論其在溢油航空遙感圖像中的應(yīng)用。第6章和第7章詳細(xì)介紹基于紋理特征的幾何主動(dòng)輪廓封閉邊緣檢測(cè)技術(shù)，首先對(duì)遙感圖像的紋理特征進(jìn)行分析，重點(diǎn)介紹基于PCA-GMTD模型的航空遙感圖像邊緣檢測(cè)算法和基于STD.GMAC模型的航空遙感圖像邊緣檢測(cè)算法，并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)討論其在航空輸電線圖像故障診斷中的應(yīng)用，為邊緣檢測(cè)提供新的思路。
本書出版之際，衷心感謝安居白教授和祁瑞華教授在本書編寫過(guò)程中給予指導(dǎo)、支持和鼓勵(lì)，同時(shí)感謝劉朝霞、李邵華、樓偶俊、陳恒、李敏給予的幫助和啟發(fā)。
本書的出版得到國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.61501082、No.61502435、No.61471079和No.61201454.）、遼寧省教育廳科學(xué)研究一般項(xiàng)目（No.I，2013432和No.L2015137）、遼寧省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（No.2015020017）、遼寧省高等學(xué)校優(yōu)秀人才支持計(jì)劃（NoidQ2014127）、河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目（No.14A520034）和鄭州輕工業(yè)學(xué)院博士基金（No.2013BSJJ0041）資助，在此表示感謝。
景雨
2016年10月
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