[發(fā)明專利]基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取方法及裝置

有效

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• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN109583284B
• 公開（公告）日: 2023-09-12
• 發(fā)明（設計）人: 王超;張紅;陳金星
• 申請（專利權）人: 中國科學院空天信息創(chuàng)新研究院
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10;G06V10/26;G06V10/762
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司 11225
• 代理人: 王智

一種基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取方法及裝置，包括：對原始高分辨率SAR圖像采用非局部濾波，對濾波后SAR圖像分割獲取勻質區(qū)域，然后從中提取陰影區(qū)和高亮區(qū)，并確定建筑物候選區(qū)；針對獨立高亮的建筑物候選區(qū)提取其最小外接矩形，計算矩形區(qū)域內距離向上每一行的亮線長度并記錄其所在行位置，并基于該長度和行位置屬性利用聚類算法對其進行聚類；獲取聚類后的每個類別所對應的二值區(qū)域，基于疊掩區(qū)平行四邊形幾何形狀的限制，利用仿射變換和最小二乘方法對其進行擬合，獲取優(yōu)化后的建筑物候選區(qū)；計算建筑物高度。本發(fā)明彌補了高分辨率特性帶來的疊掩面破碎特性，提高建筑物高度反演精度。

技術領域

本發(fā)明涉及建筑物高度提取技術領域，特別涉及一種基于高分辨率SAR圖像的城市高層建筑物高度提取方法。

背景技術

合成孔徑雷達(Synthetic?Aperture?Radar，SAR)作為一種主動微波遙感手段，具有全天時、全天候、可穿透云層快速成像的能力，彌補了光學遙感的不足，在應急偵察、災害監(jiān)測等需要快速響應的城市遙感應用中發(fā)揮著重要作用，而城市建筑物是城市目標監(jiān)測的主要對象。

高分辨率是SAR技術發(fā)展的主要趨勢之一。加拿大的Radarsat-2(2007)、意大利的COSMO-SkyMed(2007-2008)、德國的TerraSAR-X(2007)和TanDEM-X(2010)、中國的高分三號衛(wèi)星(2016)等多極化、高分辨率衛(wèi)星圖像分辨率已突破到1m，其中TerraSAR-X于2013年推出的Staring?Spotlight(ST)成像模式更是將圖像的方位向分辨率提高到0.24m。米級、亞米級高分辨率SAR圖像的廣泛獲取為研究建筑物高度提取的新方法、新理論提供了數(shù)據(jù)支撐。然而，高分辨率SAR圖像在帶來建筑物目標豐富細節(jié)的同時，也帶來了獨立建筑物目標成像特征破碎和成像特征多變等諸多建筑物信息提取難題。同時SAR固有的幾何畸變和斑噪影響，以及復雜的城市背景干擾等因素，也進一步增加了建筑物目標在SAR圖像上的復雜性。

按照使用的數(shù)據(jù)類型的不同，目前主要的建筑物高度提取方法可以歸納為：

(1)干涉測量法，即利用干涉SAR(InSAR)數(shù)據(jù)提取建筑物目標高度信息，如TomoSAR技術。

(2)多視向立體測量法。利用同側或異側進行多視向立體測量，同側立體測量可以利用不同入射角成像實現(xiàn)，異側立體測量可以利用升降軌成像實現(xiàn)。這兩種方法各有利弊，異側立體成像通常具有較大的視差，對于提高建筑物高度估算精度是有利的，但視角差別越大，目標在SAR圖像上的差異越大，給目標識別造成的困難也就越大。

(3)與光學圖像融合法。不同數(shù)據(jù)源遙感圖像往往可以實現(xiàn)信息互補，SAR圖像中建筑物的顯著性線狀特征，較為容易確定潛在目標，卻無法得到建筑物的完整輪廓；然而，光學圖像上建筑物有完整的屋頂結構有利于確定完整邊界信息，但建筑物的檢測難度較大，特別是對于建筑物分布密集的城區(qū)。綜合利用建筑物在不同數(shù)據(jù)類型圖像中的特點來提高建筑物目標識別和三維重建的精度是一種有效手段。

(4)基于單景高分辨率SAR圖像的建筑物高度提取方法。單景高分辨率SAR圖像上，建筑物高度的反演主要利用圖像中灰度的層次變化關系以及陰影信息。對于立于平坦地面、并且分散的獨立建筑物，利用完整的陰影信息在估計出可能的房頂結構后，可較完美地反算出建筑物高度。

現(xiàn)有方法中，利用陰影或者疊掩信息來反演建筑物高度面臨以下問題。

首先，需要確保提取完整的陰影或者疊掩范圍，導致該方法適用于稀疏建筑物，不能應用于建筑物密集的城區(qū)，因為建筑物的陰影或者疊掩通常受到臨近目標的干擾而不完整；

其次，陰影區(qū)域較難與道路、廣場等等暗目標區(qū)分；最后，人工建筑物墻面的不均勻性導致SAR圖像中疊掩區(qū)的灰度一致性較差，導致疊掩區(qū)的檢測精度低，從而影響高度反演精度。

發(fā)明內容