SAR图像建筑物信息提取
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高分辨率SAR影像建筑物信息提取
2017年12月19日星期二
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目录
• 一、背景与现状 • 二、建筑物SAR成像结构 • 三、SAR图像中检测建筑物 • 四、建筑物信息提取与三维重建
2017年12月19日星期二
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一、背景与现状
背景： 1. 2. 3. 基于SAR图像的城市基础设施（道路、桥梁、铁路、建筑物等） 解译对于城市环境进行分析具有重要意义 由于SAR传感器是一种主动遥感的技术，在获取城市三维信息时， 其相对于传统摄影测量技术具有不可比拟的优点 SAR传感器技术的发展，使之分辨率得到很大程度的提高，已经 达到分米级，建筑物等地物目标的几何结构特征等都能够很好的 显示在高分辨率SAR影像上 我国国情发展的需要和城市规划相关研究的需求
对于矩形的平顶建筑物在高分辨率的SAR 图像上所形成的叠掩的结构特征： (1) 该叠掩结构呈现高亮的现象，表现为一条L 型亮线。 (2) 在两个侧面上都有一定的长度的叠掩区域，并且这两个叠掩在建筑物的 拐角的地方相交在一起。 (3) 在两个侧面上的叠掩结构的方向垂直。 (4) 在同一侧面的叠掩结构沿着SAR 传感器入射的方向的长度是处处相等的， 这个长度值和建筑物的高度是密切相关的，可以根据这个长度来反演出建 筑物的高度。
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二、建筑物SAR成像结构
2. 建筑物几何结构：
尖顶建筑物
2017年12月19日星期二
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二、建筑物SAR成像结构
尖顶建筑物
a 地表一次散射区域 b 地表和墙表的二次散射区 域 c 墙面一次散射区域 d 房顶一次散射区域 e 目标在入射角������时，刚好 遮住的地表没有散射的区域
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四、建筑物信息提取与三维重建
对于矩形的平顶建筑物在高分辨率的 SAR 图像上所形成的叠掩的结构特征： (1) 该叠掩结构呈现高亮的现象，表现为 一条L 型亮线。 (2) 在两个侧面上都有一定的长度的叠掩 区域，并且这两个叠掩在建筑物的拐角 的地方相交在一起。 (3) 在两个侧面上的叠掩结构的方向垂直。 (4) 在同一侧面的叠掩结构沿着SAR 传感 器入射的方向的长度是处处相等的，这 个长度值和建筑物的高度是密切相关的， 可以根据这个长度来反演出建筑物的高 度。
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三、SAR图像中检测建筑物
L型结构高亮特征提取
SAR影像
光学影像
分割结果
骨架线提取结果
骨架线跟踪 2017年12月19日星期二
MBR获取
L型中心线获取
叠加到影像
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四、建筑物信息提取与三维重建
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四、建筑物信息提取与三维重建
由此可见，对于平顶建筑物，如果计算出阴影或者叠掩区域沿着SAR 入射 的方向的长度，再结合SAR 传感器的参数，就可以很容易的反演出建筑物 的起始的位置、长度、宽度，从而可以得到目标的轮廓大小，进而可以反 演出建筑物的高度。这样建筑物的基本几何信息都能被提取出来。
对人工的目标敏感，比如建筑物，桥梁，船舶，机场等等。
具有一定程度的表面穿透性，波长长的SAR可以穿透树叶和植被等物体。
2017年12月19日星期二
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二、建筑物SAR成像结构
2. 建筑物几何结构：
部分类型建筑物 SAR仿真图像
2017年12月19日星期二
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二、建筑物SAR成像结构
2. 建筑物几何结构：
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4.
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一、背景与现状
建筑物信息提取的研究现状： 1. 2. 3. 从建筑物的阴影和叠掩出发进行建 筑物的监测和提取 从各种入射角度和不同的屋顶类型 下进行阴影的检测和高度反演 对建筑物L型结构进行提取，并根据 不同的入射角的立体效果进行了高 度反演 用SAR图像和光学图像互相融合的方 法来提取建筑物的信息
如果建筑物的高度h 是不变的，SAR 系统的入射角度������在不断增加，前侧的a和b 的大小在不停的缩小，后侧的a和e的大小在不断的增加。这是因为，房顶的区 域被分成了两块，导致了尖顶建筑物散射区域的散射变化。
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三、SAR图像中检测建筑物
SAR图像建筑物最典型特征
2017年12月19日星期二
由此可以得到L型叠掩结构的参数模型：
SAR入射方向
19
参考文献
[1] 徐旭, 张风丽, 王国军,等. 基于L型结构中心线的SAR图像建筑物提取方法[J]. 计算机应 用研究, 2015, 32(6):1888-1891. [2] 傅兴玉, 尤红建, 付琨,等. 利用多尺度Hough变换提取高分辨率SAR图像建筑物L型结构 [J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2012, 37(4):394-398. [3]甘洪涌. SAR图像自动目标识别算法研究[D].哈尔滨理工大学,2014. [4]许可. SAR图像建筑物三维信息提取方法研究[D].哈尔滨工业大学,2009. [5]Michaelsen E, Soergel U, Thoennessen U. POTENTIAL OF BUILDING EXTRACTION FROM MULTI-ASPECT HIGH-RESOLUTION AMPLITUDE SAR DATA[J]. Cmrt, 2005:149154. [6] Zhang F, Shao Y, Zhang X, et al. Building L-shape footprint extraction from high resolution SAR image[C]// Urban Remote Sensing Event. IEEE, 2011:273-276.
L型结构高亮特征
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三、SAR图像中检测建筑物
信息提取总体流程
高分辨率 SAR图像 图像分割与 信号过滤 L型结构提取 获取建筑物叠掩 和阴影信息 建筑物三 维信息
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三、SAR图像中检测建筑物
L型结构高亮特征提取
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平顶建筑物
尖顶建筑物
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二、建筑物SAR成像结构
2. 建筑物几何结构：
平顶建筑物
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二、建筑物SAR成像结构
平顶建筑物
a 地表一次散射区域 b 地表和墙表的二次散射区域 c 墙面一次散射区域 d 房顶一次散射区域 e 目标在入射角������时，刚好遮住 的地表没有散射的区域 随着h 的增大： a ，b ，d 的大小在减小； a +b+c和e的大小在增大。
4.
5.
模拟计算迭代匹配的方法计算建筑 物的高度等信息
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一、背景与现状
建筑物信息提取的研究现状：
建筑物 信息提取
多时相
多角度
多数据源
研究趋势
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二、建筑物SAR成像结构
1. SAR图像特点：
全天候的作业能力，风雨等恶劣的天气能够对无线电产生的影响程度十分有限。 全天时的作业能力，由于SAR是主动地发射无线电波，和太阳的照射无关，因此 白天和黑夜均可以工作，可以24小时不停机的工作。 对电介质等（如水分含量、生物量、冰雪等）特性特别地敏感。 大气的成分对SAR没有任何影响，因此适合多时相的分析，例如动态监测。 能精确的测量距离，可以达到一些应用中所需要的要求。 对地表的粗糙度敏感，比如海洋风速等。 对目标的结构敏感（可以用于极化）。
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目录
• 一、背景与现状 • 二、建筑物SAR成像结构 • 三、SAR图像中检测建筑物 • 四、建筑物信息提取与三维重建
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一、背景与现状
背景： 1. 2. 3. 基于SAR图像的城市基础设施（道路、桥梁、铁路、建筑物等） 解译对于城市环境进行分析具有重要意义 由于SAR传感器是一种主动遥感的技术，在获取城市三维信息时， 其相对于传统摄影测量技术具有不可比拟的优点 SAR传感器技术的发展，使之分辨率得到很大程度的提高，已经 达到分米级，建筑物等地物目标的几何结构特征等都能够很好的 显示在高分辨率SAR影像上 我国国情发展的需要和城市规划相关研究的需求
对于矩形的平顶建筑物在高分辨率的SAR 图像上所形成的叠掩的结构特征： (1) 该叠掩结构呈现高亮的现象，表现为一条L 型亮线。 (2) 在两个侧面上都有一定的长度的叠掩区域，并且这两个叠掩在建筑物的 拐角的地方相交在一起。 (3) 在两个侧面上的叠掩结构的方向垂直。 (4) 在同一侧面的叠掩结构沿着SAR 传感器入射的方向的长度是处处相等的， 这个长度值和建筑物的高度是密切相关的，可以根据这个长度来反演出建 筑物的高度。
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二、建筑物SAR成像结构
2. 建筑物几何结构：
尖顶建筑物
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二、建筑物SAR成像结构
尖顶建筑物
a 地表一次散射区域 b 地表和墙表的二次散射区 域 c 墙面一次散射区域 d 房顶一次散射区域 e 目标在入射角������时，刚好 遮住的地表没有散射的区域
2017年12月19日星期二
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四、建筑物信息提取与三维重建
对于矩形的平顶建筑物在高分辨率的 SAR 图像上所形成的叠掩的结构特征： (1) 该叠掩结构呈现高亮的现象，表现为 一条L 型亮线。 (2) 在两个侧面上都有一定的长度的叠掩 区域，并且这两个叠掩在建筑物的拐角 的地方相交在一起。 (3) 在两个侧面上的叠掩结构的方向垂直。 (4) 在同一侧面的叠掩结构沿着SAR 传感 器入射的方向的长度是处处相等的，这 个长度值和建筑物的高度是密切相关的， 可以根据这个长度来反演出建筑物的高 度。
15
三、SAR图像中检测建筑物
L型结构高亮特征提取
SAR影像
光学影像
分割结果
骨架线提取结果
骨架线跟踪 2017年12月19日星期二
MBR获取
L型中心线获取
叠加到影像
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四、建筑物信息提取与三维重建
2017年12月19日星期二
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四、建筑物信息提取与三维重建
由此可见，对于平顶建筑物，如果计算出阴影或者叠掩区域沿着SAR 入射 的方向的长度，再结合SAR 传感器的参数，就可以很容易的反演出建筑物 的起始的位置、长度、宽度，从而可以得到目标的轮廓大小，进而可以反 演出建筑物的高度。这样建筑物的基本几何信息都能被提取出来。
对人工的目标敏感，比如建筑物，桥梁，船舶，机场等等。
具有一定程度的表面穿透性，波长长的SAR可以穿透树叶和植被等物体。
2017年12月19日星期二
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二、建筑物SAR成像结构
2. 建筑物几何结构：
部分类型建筑物 SAR仿真图像
2017年12月19日星期二
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二、建筑物SAR成像结构
2. 建筑物几何结构：
2017年12月19日星期二
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4.
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一、背景与现状
建筑物信息提取的研究现状： 1. 2. 3. 从建筑物的阴影和叠掩出发进行建 筑物的监测和提取 从各种入射角度和不同的屋顶类型 下进行阴影的检测和高度反演 对建筑物L型结构进行提取，并根据 不同的入射角的立体效果进行了高 度反演 用SAR图像和光学图像互相融合的方 法来提取建筑物的信息
如果建筑物的高度h 是不变的，SAR 系统的入射角度������在不断增加，前侧的a和b 的大小在不停的缩小，后侧的a和e的大小在不断的增加。这是因为，房顶的区 域被分成了两块，导致了尖顶建筑物散射区域的散射变化。
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三、SAR图像中检测建筑物
SAR图像建筑物最典型特征
2017年12月19日星期二
由此可以得到L型叠掩结构的参数模型：
SAR入射方向
19
参考文献
[1] 徐旭, 张风丽, 王国军,等. 基于L型结构中心线的SAR图像建筑物提取方法[J]. 计算机应 用研究, 2015, 32(6):1888-1891. [2] 傅兴玉, 尤红建, 付琨,等. 利用多尺度Hough变换提取高分辨率SAR图像建筑物L型结构 [J]. 武汉大学学报(信息科学版), 2012, 37(4):394-398. [3]甘洪涌. SAR图像自动目标识别算法研究[D].哈尔滨理工大学,2014. [4]许可. SAR图像建筑物三维信息提取方法研究[D].哈尔滨工业大学,2009. [5]Michaelsen E, Soergel U, Thoennessen U. POTENTIAL OF BUILDING EXTRACTION FROM MULTI-ASPECT HIGH-RESOLUTION AMPLITUDE SAR DATA[J]. Cmrt, 2005:149154. [6] Zhang F, Shao Y, Zhang X, et al. Building L-shape footprint extraction from high resolution SAR image[C]// Urban Remote Sensing Event. IEEE, 2011:273-276.
L型结构高亮特征
2017年12月19日星期二
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三、SAR图像中检测建筑物
信息提取总体流程
高分辨率 SAR图像 图像分割与 信号过滤 L型结构提取 获取建筑物叠掩 和阴影信息 建筑物三 维信息
2017年12月19日星期二 14
三、SAR图像中检测建筑物
L型结构高亮特征提取
2017年12月19日星期二
平顶建筑物
尖顶建筑物
2017年12月19日星期二
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二、建筑物SAR成像结构
2. 建筑物几何结构：
平顶建筑物
2017年12月19日星期二
9
二、建筑物SAR成像结构
平顶建筑物
a 地表一次散射区域 b 地表和墙表的二次散射区域 c 墙面一次散射区域 d 房顶一次散射区域 e 目标在入射角������时，刚好遮住 的地表没有散射的区域 随着h 的增大： a ，b ，d 的大小在减小； a +b+c和e的大小在增大。
4.
5.
模拟计算迭代匹配的方法计算建筑 物的高度等信息
2017年12月19日星期二
4
一、背景与现状
建筑物信息提取的研究现状：
建筑物 信息提取
多时相
多角度
多数据源
研究趋势
2017年12月19日星期二
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二、建筑物SAR成像结构
1. SAR图像特点：
全天候的作业能力，风雨等恶劣的天气能够对无线电产生的影响程度十分有限。 全天时的作业能力，由于SAR是主动地发射无线电波，和太阳的照射无关，因此 白天和黑夜均可以工作，可以24小时不停机的工作。 对电介质等（如水分含量、生物量、冰雪等）特性特别地敏感。 大气的成分对SAR没有任何影响，因此适合多时相的分析，例如动态监测。 能精确的测量距离，可以达到一些应用中所需要的要求。 对地表的粗糙度敏感，比如海洋风速等。 对目标的结构敏感（可以用于极化）。