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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于空间关系的遥感影像多目标检索方法研究 姓名：张斯斯 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：程起敏 2011-01-18 华中科技大学硕士学位论文 I 摘 要 随着物联网、智慧地球等概念的提出，遥感影像在人们的日常生活中扮演着越来 越重要的角色。然而，由于遥感影像内容复杂丰富的特点，从遥感影像数据中快速 获取感兴趣信息是一个公认的难题。基于内容的图像检索为遥感影像的检索提供了 很好地解决方案，它通过分析图像的内容（包括颜色、纹理、形状、对象及空间关 系、上下文及语义等）实现图像检索。 空间探测技术和通信技术的发展使得目前可获取的高分辨率遥感影像数据每
2、天 都在以惊人的速度增长，对象及空间关系级别的检索和对于高分辨率遥感影像复杂 目标的识别具有非常重要的意义。 本文首先研究了遥感影像的检索涉及的关键技术， 包括遥感影像数据的组织和管 理方法、影像特征的提取和表达、特征向量相似性度量方法和检索性能评价标准等。 然后对空间关系的分类和表达做了深入的研究，介绍了多种空间关系的表达模型， 包括空间关系的点集拓扑表达、投影间隔表达、方向关系的表达和力直方图等。接 下来重点研究了基于空间关系的遥感影像检索方法，包括基于遥感影像纹理分割和 投影间隔空间关系的检索方法、基于力直方图的尺度旋转不变多目标空间方位关系 的遥感影像检索方法以及融合纹理和空间关系的遥
3、感影像检索方法等，通过实验效 果以及检索性能定量分析证实了本文检索方法的可行性。最后探讨了遥感影像检索 原型系统的架构及功能模块设计。研究结果表明利用空间关系特征在实现遥感影像 检索方面具有较高的检索性能；融合空间关系和其它特征一同检索的实验，能有效 地弥补单一利用空间关系检索的不足，取得更好的检索效果。本文的研究对于促进 遥感影像的信息提取和共享、拓宽遥感影像数据的应用具有理论及应用价值。 关键词：遥感影像检索，空间关系，投影间隔空间关系，方位关系 华中科技大学硕士学位论文 II Abstract With the concept of the internet of things and
4、smarter planet proposed, remote sensing images play an increasingly important role in peoples daily life. However, the content of remote sensing images is complicated and various. As a result, quick obtaining of desired information from remote sensing image data becomes a recognized difficult proble
5、m. Content- based image retrieval technology which realizes image retrieval by analyzing the image content (including color, texture, shape, objects and spatial relationships, context and semantics, etc.) - provides an excellent solution for remote sensing image retrieval. The development of space e
6、xploration and communication technology accelerates the growth of remote sensing image data of high resolution at amazing speed every day. Retrieval on object level as well as space relationship level and identification to complicated objects remote sensing image of high resolution are full of high
7、importance. This paper studies the key technologies concerning the retrieval of remote sensing images at first. Those technologies contain the organizing and management methods of remote sensing image data, the extraction and expression of image feature, the measurement of characteristic similarity,
8、 the evaluation standard of retrieval performance, and so on. In succession, further research is performed on the classification and expression of spatial relations. A variety of representation models about spatial relations are introduced, such as the topological expression of point set, the projec
9、tion interval expression, the expression of the direction relations and force histogram, etc. Next, this paper focuses on retrieval methods of the spatial- relations- based remote sensing images. These methods consist of the ones based on texture segmentation and projection interval relationship, ba
10、sed on force histogram scale and rotation invariant multi- object orientation relationship, based on integration of texture and spatial relationships and so on. Through experimental results and quantitative analysis on the retrieval performance, the feasibility of these retrieval methods depicted in
11、 this article are fully confirmed and consolidated. Finally, this paper explores the design of structure and function modules of remote sensing image retrieval prototype system. Research results suggest that the use of spatial relationship i n remote sensing image data retrieval makes better retriev
12、al performance. 华中科技大学硕士学位论文 III The remote sensing image retrieval, which integrates texture and spatial relationships, can effectively compensate for the insufficiency caused by using single spatial relationship, and accordingly obtains better retrieval effect. This research has theoretical and ap
13、plication value on extraction of remote sensing image information, sharing and broadening remote sensing image data. Key words: Remote sense retrieval, Spatial relationship, Projection interval relationship, Orientation relationship 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文
14、 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研 究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识 到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保 密，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名
15、： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华中科技大学硕士学位论文 1 1 绪论 1.1 选题背景和意义 遥感是本世纪 60 年代初发展起来的一门新兴技术，是一门实用的、先进的空间 探测技术。航空航天技术、传感器技术、计算机技术、网络技术的飞速发展，为遥 感影像数据的获取、处理和应用打开了广阔的前景。遥感影像数据作为空间信息的 一种载体，已经成为建设国家空间数据基础设施和数字地球的重要基础数据。特别 是随着全球范围内对地观测系统、国家信息高速公路、国家空间数据基础设施等重 大计划的实施，人类对地球不同层面，不同现象的综合观测能力以及信息的处理、 传输和应用能力达到
16、了空前的水平12。 然而， 如何从众多的大型遥感影像数据库中， 如何快速浏览和高效检索到感兴趣的目标，仍然是一件繁琐而艰难的工作，已经成 为遥感影像信息提取和共享的瓶颈难题。 遥感影像数据是一种信息丰富、覆盖面广、多分辨率、多时相、多光谱的地球空 间信息载体，因此遥感影像检索要比常规图像检索复杂的多，实现遥感影像的信息 挖掘更是一个极富挑战性的工作。在目前的图像检索系统中，例如 Google 图片、百 度图片，通过人工注释的方式来标注图片的内容，检索也是通过文字内容的匹配来 实现。这种方式有很多弊端：由于大量的遥感数据每天被源源不断地获取并添加到 图像数据库，标注这些图像的内容将是一项繁琐而耗时的工作；而且由于遥感影像 内容十分丰富，工作人员可能忽略了图像中某些重要的特征或产生变化的部分，导 致标注的失误；另外，由于不同的人对同一事物描述方式的不同，也可能影响最终 的检索效果。因此，基于内容的图像检索技术的出现为快速高效检索感兴趣目标图 像提供了一种有力工具。 基于内容的图像检索(CBIR,Content-
