基于基尼系数的倾斜航空影像中建筑物立面损毁检测

针对已分割出的建筑物立面,提出了以基尼系数作为损毁指数对倾斜航空影像中建筑物立面损毁检测的方法。该方法首先通过改进的k-means算法分割出建筑物立面的门窗和墙面,然后利用Canny算法对分割影像进行边缘检测提取统计特征,最后利用经济学中的基尼系数来判断建筑物立面是否损毁。实验结果表明,本文方法在没有先验信息的情况下仅利用单时相倾斜航空影像就能简单高效地判定建筑物立面损毁。     

基于SLICO的无人机影像建筑物对象提取

提出一种基于超像素分割算法与随机森林算法的无人机影像建筑物提取,利用INPHO软件生成正射影像和点云数据,并用点云数据进行反距离插值运算和波段运算生成归一化数字模型(nDSM)影像。将正射影像与nDSM影像进行波段合成并仅对正射影像采用基于SLICO算法分割生成超像素,选择相应的特征利用随机森林分类器进行分类,从而得到建筑物的提取结果。研究结果表明密集的影像匹配点云生成的nDSM影像进行建筑物提取时,可有效地对农村区域和城市区域的建筑物进行提取,同时避免了面向对象方法中最佳分割尺度难以选择的问题,取得了较好的建筑物提取效果,降低了建筑物提取的成本。     

高分辨率遥感影像超像素的模糊聚类分割法

传统模糊C均值聚类在影像分割中只考虑影像的灰度特征,导致该算法用于高空间分辨率遥感影像分割时分割结果不理想。针对该问题,本文提出了一种高分辨率遥感影像超像素的模糊聚类分割方法。该方法首先利用分水岭变换算法产生多个超像素子区域;然后比较各个子区域间光谱特征的相似性;最后利用融合光谱特征的模糊C均值聚类对这些超像素子区域进行合并。试验选用4组不同场景的遥感影像,采用定性和定量相结合的方法评价试验结果。试验结果表明,该方法有效提高了分割区域的分割精度,并取得了较好的分割视觉效果。     

自适应无监督分类的PolSAR图像机场跑道区域快速检测

针对复杂PolSAR图像场景中机场目标区域检测问题,本文提出一种自适应无监督分类的机场目标快速检测方法,该方法首先对极化SAR相干矩阵分解提取PolSAR图像的特征值图,转化为超像素图实现图像去噪及降维。然后用SLIC超像素分割算法分割构造超像素。基于超像素图构建极化分类特征,并采用无监督的谱聚类方法提取出疑似机场跑道区域,其中的类别数确定利用VAT-DBE(Visual Assessment of cluster Tendency-Dark Block Extraction)算法获得。最后,在疑似区域内结合跑道结构特征进一步辨识检测出场景中的机场跑道区域。利用美国UAVSAR系统采集的多组全极化SAR实测数据对算法进行验证,并与两种已有的无监督跑道检测算法进行对比,实验结果表明,该算法能够快速准确检测出机场跑道区域,处理耗时可减小80%以上。具有更好的鲁棒性。     

多星形约束图割与轮廓规则化的高分遥感影像直角建筑物提取

提出了一种基于多星形约束的图割和轮廓规则化的交互式半自动提取高分影像上直角建筑物的方法。首先,通过人工在建筑物上画一条线的交互方式自动得到包含目标建筑物的影像图块;其次,利用双边滤波对该影像块进行保边去噪预处理并进行超像素分割;再次,以交互线所在的超像素为前景,以交互线所得的建筑物范围与影像块边界之间的超像素为背景,进行基于多星形约束图割方法得到建筑物图斑;最后,利用Harris算子检测图斑上的角点,并对角点分组拟合得到规则的建筑物轮廓。为验证本文方法的有效性,分别对两幅不同地区和不同空间分辨率的高分航空影像进行建筑物提取试验,结果表明,该方法不仅交互简单而且具有高效性、准确性和稳定性。     

基于DCNN特征的建筑物震害损毁区域检测

为了提高基于高空间分辨率遥感影像的建筑物震害损毁评估精度,引入深度卷积神经网络(deep convolutional neural network,DCNN)模型,提出一种利用DCNN全连接层特征结合支持向量机(support vector machine,SVM)进行遥感影像建筑物震害损毁区域检测的方法。首先,利用神经网络前馈方式从DCNN全连接层提取训练样本和待检测区域的特征;然后,基于样本训练SVM分类器;最后,对待检测区域的所有区块进行分类预测和投票确定是否损毁。以2010年海地地震遥感影像为例,建筑物损毁检测正确率可以达到89%,相比于传统的特征提取方法正确率提高了4%。实验结果表明该方法在建筑物震害损毁检测方面具有一定的应用潜力。     

利用超像素级上下文特征进行靠岸集装箱船检测

高分辨率光学遥感影像中靠岸集装箱船受到岸边建筑、阴影和背景环境的干扰严重，且其船身模式与相邻陆地上集装箱非常相似，较难实现自动化检测。针对这一难题，提出了一种利用超像素级上下文特征进行靠岸集装箱船检测的方法。首先，对图像进行过分割生成超像素，在超像素区域提取颜色、纹理特征并级联邻域超像素特征形成超像素级上下文特征；然后，将目标超像素作为正样本，并自适应地选择较难区分的背景超像素作为负样本来训练分类器，实现对目标、背景超像素的分类；最后，利用全连接条件随机场对分类结果优化，实现对靠岸集装箱船的检测。实验结果表明，该方法能够较为可靠地检测靠岸集装箱船，具有一定的应用前景。     

顾及超像素光谱特征的无人机影像自动模糊聚类分割法EI北大核心CSCD

针对现有流行模糊C均值聚类在影像分割中存在边界依附能力弱,分割不稳定及需要手动设置聚类数目等问题,提出一种顾及超像素光谱特征的无人机影像自动模糊聚类分割方法。相对于传统分水岭变换算法,该方法首先采用两步边界推进准则,生成轮廓更加精确、形状规则更加紧凑的超像素子区域;然后,提取子区域光谱特征并结合重缩放密度峰值算法自动获取聚类数目;最后,综合利用超像素光谱特征与隐式马尔可夫随机场思想对模糊聚类进行改进,实现超像素精确合并。通过两组影像数据的定性分析和定量评价表明,本文方法能准确定位目标边界,获得较好的视觉分割结果,同时有效提高了影像分割精度。     

SAR影像变化检测的前景特征流形排序法EI北大核心CSCD

SAR影像变化检测的差异图分析法存在的两个问题:①连通区域内的部分变化区域易被误判为未变化区域;②中心先验假设并不适用于检测位于SAR影像边界的变化区域。本文针对以上两个问题设计了一种超像素分割和前景特征流行排序(manifold ranking,MR)的SAR影像变化检测方法(MRSFCD)。首先,通过单像素和邻域对数比算子进行加权融合构造差异图,可以保持变化区域内部的一致性并抑制噪声干扰。其次,对差异图进行超像素分割。然后,改进超像素的无向图连接方式,不对边界四周的超像素进行连接,利用超像素分割结果和灰度信息进行三次邻接。最后,将基于前景特征流行排序后得到的显著性图与单像素对数差异图进行点乘,对其进行阈值分割得到最终的二值变化图。本文通过采用3组双时相影像进行试验。结果表明,相较于其他变化检测算法,本文方法有效地提高了变化检测的精度。     

基于Delaunay划分结合EM\MPM算法的图像分割方法

为了克服传统基于区域的图像分割方法对图像初始划分完全随机进而导致算法效率低下的缺点,本文提出了一种基于Delaunay划分并结合最大期望值(Expectation Maximization,EM)和最大边缘概率(Maximization of the Posterior Marginal,MPM)算法的图像分割方法。该方法首先提取图像特征点,并把特征点集作为构建Delaunay三角网的基础点集。利用Delaunay三角网的构建将影像划分成众多彼此连接的超像素,并假设这些超像素内的像素灰度值服从同一独立的正态分布,基于此完成特征场模型的建立,再运用EM\MPM方法分别模拟特征场模型和分割影像。为了验证本文提出的算法能够有效地分割图像,分别对模拟图像和真实图像进行分割测试,并和经典的初始划分完全随机的超像素影像分割算法进行对比,测试结果定性和定量地表明了该方法的有效性和准确性。     

基于生成对抗网络的建筑物损毁检测EI北大核心CSCD

建筑物作为自然灾害中最受影响的承灾体之一,其损毁信息的准确提取对灾后应急救援具有十分重要的意义。本文借鉴多模态的思想,提出了一种自动检测损毁建筑物的recursive-generative adversarial networks(RS-GAN)方法,将损毁建筑物检测分为灾前建筑物识别和灾后损毁建筑物检测两个任务,且分别在两个GAN分支中完成。RS-GAN加入联合损失函数将两个GAN分支进行连接,充分利用两个任务之间的潜在互利性提升检测效果。RS-GAN利用第1条GAN分支识别建筑物灾前形状与位置,并将识别结果作为第2条GAN分支的输入进行损毁建筑物检测任务,从而使检测结果具有更清晰的轮廓。该方法为端到端模型,在不需要过多的人工干预情形下,实现了损毁建筑物的自动检测。为了验证RS-GAN模型的效果,在圣罗莎和密苏里两个数据集上进行了测试。试验结果表明,RS-GAN方法拥有更好的检测性能,在圣罗莎数据集上的总体精度和平均精度分别达到了0.90和0.86。     

利用层间连接和平滑策略重建屋顶三维模型

面向数字城市和智慧城市建设急需城市建筑三维模型支撑的需要，本文基于机载LiDAR数据，以“顾及平整性的屋顶面片分割—屋顶层间连接—三维模型重建”为脉络，提出了一种采用层间连接和平滑策略的建筑屋顶三维模型重建方法。在屋顶面片提取过程中，充分顾及了屋顶面片的平整性；并在屋顶面片平整基础上，提出层间连接点的概念，以实现高效、快速的模型重建工作。试验部分，本文从屋顶面片重建完整率与正确率、重建几何精度及建筑物高程对于重建的影响3个方面作了较为详尽的评价与分析，并在国际摄影测量与遥感学会标准数据集支撑下，与国际同行进行试验对比。试验结果表明，建筑屋顶重建的完整率和正确率分别达到90%和95%；在偏移距离评价方面，平均偏移距离和标准差最优分别达0.05 m和0.18 m。因此，本文方法可有效完成建筑屋顶三维模型重建，重建模型准确度高、完整性好。     

综合Span图和纹理特征的高分三号影像建筑区提取

建筑区的识别和提取是城市环境规划与研究至关重要的工作。本文采用高分三号全极化SAR影像,提出了一种综合Span图和纹理特征的建筑区提取方法。首先基于Span图利用灰度共生矩阵算法提取图像的7种原始纹理特征,通过目视解译选择出4种纹理效果较好的统计量,然后利用主成分分析法去除他们之间的相关性,筛选出2个最佳纹理特征与Span图结合,最后对组合影像进行分类提取。本文将提取结果与综合灰度和纹理特征建筑区提取、无纹理特征提取方法结果进行对比,实验结果表明:本文方法提取建筑区边界轮廓更加清晰,精度可达92%,提取效果明显得到了优化。     

利用三角网遮蔽检测进行真正射影像制作

针对传统正射影像建筑物倾斜、重影等问题,提出了一种基于三角网遮蔽检测的真正射影像制作方法。该方法以三角形为检测单元,通过对三角形进行视觉排序来进行遮蔽区域的检测;采用权值影像的方式,利用相邻影像的可见部分对遮蔽区域进行纹理修补,生成真正射影像。实验结果表明,所提出的方法能够准确地检测出影像遮蔽区域,生成的真正射影像完整、无遮蔽。     

基于U型卷积神经网络的航空影像建筑物检测

经典的卷积神经网络结构在前向传播过程中分辨率不断下降,导致仅采用末层特征时难以实现建筑物边缘的精确分割,进而限制目标检测精度。针对该问题,提出一种基于U型卷积网络的建筑物检测方法。首先借鉴在图像分割领域中性能出色的神经网络模型U-Net的建模思想,采用对称式的网络结构融合深度网络中的高维和低维特征以恢复高保真边界;其次考虑到经典U-Net对位于特征金字塔顶层的模型参数优化程度相对不足,通过在顶层和底层两个不同尺度输出预测结果进行双重约束,进一步提升了建筑物检测精度。在覆盖范围达30 km²、建筑物目标28 000余个的航空影像数据集上的试验结果表明,本文方法的检测结果在IoU和Kappa两项关键评价指标的均值上分别达到83.7%和89.5%,优于经典U-Net模型,显著优于经典全卷积网络模型和基于人工设计特征的AdaBoost模型。     

Use of shadows for detection of earthquake-induced collapsed buildings in high-resolution satellite imagery

In this paper, we present a hybrid shadow-analysis approach that integrates the model- and property-based methods for detecting collapsed buildings after an earthquake using high-resolution satellite imagery. The framework of the proposed approach has four main steps. (1) The three-dimensional (3D) building model is established according to its footprint and height data stored in a geographical information system. (2) The theoretical shadow area of the building at the time that the post-seismic image was acquired is calculated. And the polygon of the ground shadow area of the building, which is called the theoretical ground shadow polygon, is extracted. (3) The theoretical ground shadow polygon is overlaid with the casting shadow area of the building, which is called the actual shadow area in the post-seismic satellite image, and the mean value of the digital number values of the post-seismic image pixels within the polygon of the theoretical shadow area is calculated. (4) The calculated mean value is compared with predefined thresholds, which are determined by the training pixels collected from the different types of shadows. On this basis, the shadows of totally collapsed, partially collapsed and uncollapsed buildings can be distinguished. A comprehensive experiment for Dujiangyan city, one of the urban areas most severely damaged in the May 2008 Wenchuan Earthquake, was conducted, and the experimental results showed the superiority of the proposed approach to the other existing ones.     

高分辨率遥感影像建筑物分级提取

高分辨率遥感影像建筑物信息自动提取是遥感应用研究中的一个热点问题,但由于受到成像条件不同、背景地物复杂、建筑物类型多样等多个因素的影响使得建筑物的自动提取仍然十分困难。为此,在综合考虑影像光谱、几何与上下文特征的基础上,提出了一种基于面向对象与形态学相结合的高分辨率遥感影像建筑物信息分级提取方法。该方法首先利用影像的多尺度及多方向Gabor小波变换结果提取建筑物特征点;然后采用面向对象的思想构建空间投票矩阵来度量每一个像素点属于建筑物区域的概率,从而提取出建筑物区域边界;最后在提取的建筑物区域内应用形态学建筑物指数实现建筑物信息的自动提取。实验结果表明,本文方法能够高效、高精度地完成复杂场景下的建筑物信息提取,且提取结果的正确性和完整性都优于效果较好的PanTex算法。     

图割能量驱动的高分辨率遥感影像震害损毁建筑物检测

为充分利用高分辨率遥感影像提供的细节信息,提高震害损毁建筑物检测精度,提出了一种图割框架下融合形状、边缘、角点等多种类型特征的损毁建筑物检测方法。该方法首先利用震前建筑物线划图提取包含单个建筑物的局部影像,用于图割能量函数建模,并分别根据建筑物的位置、形状、边缘以及角点构造能量函数的各约束项。在此基础上,通过最大流/最小割算法求解能量函数最小值,依据最小割能量进行地震前后局部影像中建筑物的相似性度量。最后利用最大期望算法(expectation maximization,EM)求得最小割能量的分类阈值,并根据错分率估值执行后处理以获得最终变化检测结果。采用2011年3月11日东日本大地震前后石卷港的高分辨率遥感影像进行试验,结果表明本文提出的方法能有效检测出损毁建筑物。