高空间分辨率遥感影像建筑物提取研究综述.pdf

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1、 应用研 究 地利格拉茨大学、 法国地理院以及中国解放军信息工程大学、 武汉 大学和国防科技大学A T R实验室等 2 1 ， 他们在提取理论和方法方面 取得了一定的成果。 从遥感影像提取建筑物的原理出发可以分为三 大类， 基于区域分割的方法、 利用辅助知识的方法以及基于直线和 角点检测与匹配的方法。 3 1 基 于区域分割的提取 方法 以分类为基本手段的建筑 自动提取方法其过程一般为： 先利用 监督、 非监督或面向对象的分类方法对影像进行初步分类 ； 再对建 筑所在的类别根据建筑自身的几何形状、 空间位置、 方位走向等特 征提取具体的建筑物目标。 基于区域分割的面向对象分类是其中常 用 的信

2、息 提取方法 。 该方法提取建筑物的流程是先通过区域分割将房屋信息从背 景中分离出来， 再以基于影像对象的分析处理提取所需要的信息。 其中初始分割是影响后续信息提取精度的重要制约因子， 目前分割 技术在生物、 医学领域的应用远远多于遥感领域 ， 在遥感影像分割 中的应用多集中于中低分辨率遥感影 。 在各类文献中， 相关的研 究主要针对T M， S P O T， S AR等影像数据类型 。 黄 慧萍_4 提 出多尺度 分割法则， 以任意尺度生成属性信息类似的影像多边形对象， 运用 模糊逻辑方法获得每个影像对象的屙陛信息， 并以影像对象为信息 提取的基本单元， 实现类别信息的自动提取， 但精度有待

3、提高； 陆关 祥等口 1 在复杂构造区域遥感图像的地质信息提取方法研究中， 采用 了小波变换的多层次T M图像分割； 张煜等【6 利用几何约束与影像 分割相结合的方式， 对航空影像半自动房屋提取方法进行了改进 ， 提高 了房屋边缘模糊像素的提取精度 ， 取得 了一 定的效果 ； L i u n 等 在对高分辨率影像进行多尺度分割时， 综合考虑了对象的色调 ， 纹 理 ， 形状 和上下文等信息 ， 分割 后利用模糊决策树分 类器对其进行 分类 ， 最后利用 随机Ho u g h 变换提取屋 顶的边缘 线 ； B a a t z 和S c h p e I s 提出了一种影像多尺度区域分割和决策树分

4、类相结合的方法， 把 光谱、 纹理及上下文信息结合起来用于目标地物的识别， 该方法在 针对高分辨率影像的分类应用研究中取得了较好的结果。 3 2利 用辅助 知识 的提 取 方 法 由于建筑物本身结构和周围环境的复杂性， 为了提高建筑物提 取精度 ， 很多学者提 出了通过 挖掘 图像 中的阴影 、 纹理 、 几何结构特 征， 结合语义网、 上下文等相关信息辅助提取建筑的方法。 其中R B I r v i ， 以及y u h t a y l i o w等利用阴影提取建筑物的研究属于此 类方法的开拓性成果。 此后， L i o w研究了阴影面积和周围地物的遮 盖关系等多种因素限制对建筑物提取精度的影

5、响 ； Y a n f e n g We i 等 先用直方图分割法提取出影像 中的阴影作为待提取建筑候选区的 辅助判据 ， 并利用C a n n y 算子和Ho u g h 变换提取建筑边界； S o h n 和 Do wma n 提出了基于窗 口傅立叶变换和二分树 ( Bi n a r S p a c e P a r t i t i o n i n g ， B S P) 技术并结合建筑物单元形状 ( B u i l d i n g Un i t S h a p e ， B US ) 的知识推理形成建筑物多边形的流程； F a b l e和 Hi n z 等尝试 了基于语义网络的遥感影像线性特

6、征解译 和提取 ， 利用上下 文信息建立 了影像提取模型 ； 翟辉琴等提出了利用小波变换和数学 形态学识别和提取高分辨率遥感影像上面状居民地的方法。 D u a n 等研究了以1 ： 1 0 0 0 0 数字地图和高分辨率卫星影像为数据源， 以G I S 数据为指导 ， 通过模糊分割提取房屋信息 的方法 ； S e b a s t i e n 等通过 引入形态学辅助提取高空间分辨率遥感影像上的建筑物信息。 此 外， 在城市三维建模研究过程中， 已经发展了以立体航空影像或 D E M作为辅助信息结合遥感影像提取三维建筑物的方法。 3 3基 于直线和角点检测与匹配的提取方法 基于线状特征的边缘提取

7、方法是利用边缘检测算法得到图像 中的边缘， 根据空间关系对图像 中已经提取的边缘线段进行分组， 搜索平行线， 进而搜索符合建筑物空间结构和轮廓的矩形， 得到建 筑物的位置。 T a e j u n g Ki m( 1 9 9 9 ) 等 1 将边缘线段组成线段空间关 系图， 按照图的搜索方法， 找寻可能的建筑物结构， 即可以构成建筑 物轮廓的线段集合。 Ki mI“ 等根据建筑屋顶边缘多呈平行线走向的 特点， 利用投票策略选定直线最多的方向为房屋边缘走向， 从而达 到识别建筑的目的。 T o d d 1 等利用模糊集推理的方法进行影像滤 波、 边缘检测和跟踪， 在高斯滤波预处理过程中， 利用基

8、于局部像素 特征的模糊推理控制其平滑度， 边缘跟踪时使用模糊推理进行引 导 。 基于边缘的提取方法在遮 蔽少 、 房屋 独立 和形体 较为简单的情 况下效果较好， 但它在边缘提取与直线跟踪拟合等步骤中使用了许 多阈值， 这些阈值难以适应不同的情况， 包括不同的房屋类型、 影像 条件， 实用上受到限制。 此类方法都是由底层的线搜索开始， 一层一 层地逐步推演获得更高层的目标信息。 其主要优点在于基于空间几 何关系搜索可能的目标， 大大弥补了基于灰度方法的漏检、 误检等 常见的缺陷， 充分利用了图像中目标边缘著特征， 通过多种理论方 法解决搜索问题， 大大了精确度。 这类方法的劣势表现两个方面：

9、其 一 ，此方法很难排除一些干扰信息； 其二， 线段搜索耗时长， 算法时 间效率差。 基于角点检测和匹配的方法是依据遥感影像上建筑物一般具 有较为明显的角点信息而提出的建筑物提取方法， 该方法先独立提 取房屋角点， 再根据一定的规则进行角点匹配， 达到提取房屋信息 的目的。 文献中该方法的研究仍不多见。 徐芳【 l 1 在其学位论文中实 现了基于角点检测的航空影像房屋半 自动提取； J ung a nd S c h r a mm 4 1提 出利用 窗口Ho u g h 变换先提取矩形屋顶的角点 ， 然后 通过几何形状限制确定矩形 中心点和方 向， 最后达到提取 矩形类屋 顶的目的。 基于角点检

10、测和匹配方法的缺点在于房屋的整体的几何 约束信息及直线边缘没有充分利用， 而且由于相互独立的角点提取 和匹配这些约束条件不易引入， 因某些角点背遮蔽或者模糊等原因 引起的角点匹配和提取的错误将导致整个提取的失败。 4、结 语 本文回顾了建筑物提取的研究历史， 对近年来国内外建筑物提 取的方法进行分析 ， 分类介绍了从遥感影像中自动提取建筑物理论 基础与相关方法。 各种方法对于高空间分辨率遥感影像建筑物提取 的算法各有优缺点， 很多算法在理论上都是全自动的， 但在实际应 用中则有很大的差异， 一些算法还停留在试验研究阶段， 离实际应 用的距离很远。 结合多种提取方法， 适当地利用阴影、 语义网等

11、辅助 信息是高分辨率影像复杂信息提取的发展趋势之一， 而基于分割的 面向对象影像分析方法也不可避免地成为城市建筑提取的重要方 法 。 面对呈指数级增长的海量遥感数据， 数据一 信息一 地学知识之 间的矛盾日显突出， 如何从海量的遥感数据中自动提取各种应用所 需的信息， 及时、 准确地更新空间数据库， 成为地理信息系统领域必 须解决的基本问题 ， 高空间分辨率遥感影像建筑物提取作为与人类 活动最为相关的遥感影像分析， 其研究也必将受到越来越多的关 注 。 参考 文献 1 安如， 赵 萍， 慧麟 遥感影像中居民地信 息的 自动提取 与制 图 J 地理科学， 2 0 0 5 ， 2 5 ( 1 )

12、： 7 4 8 0 2 B a l t s a v i a s E ，H a h n MI n t e g r a t i n g s p a t i a l i n f o r m a t i o n a n d 1 ma g e a n a l y s i s o n e p l u s o n e m a k e s t e n J I N TE R N A T I O N A L A R - C H I V E S O F P H 0 T 0 G R A M HE T R Y A N D R E M O T E S E N S I N G ， 2 0 0 0 ，3 3 ( B 2 ；P

13、 A R T 2 ) ： 6 3 7 4 3 陆灯盛 图像的信息分析及特征信息提取的研究 J 环境遥感， 下转第7 8 页 稚 薹 l 字i 数 【， 姆 ，十 应用研究 领结偶极子天线匹配前的等效电路如图3 ( a ) ， 其 值很小， 可 以忽略不计， 但 值不能忽略， 需要用一个感性元件与之匹配。 6 8 -1 0 1 2 1 1 6 号 _ 1 日 t0 8州 1 6 。1 2 1 0 B 4 2 0 一 2 已J 8 2 0 2 1 8 O 1 图 4领结偶极子天线实测水 平方 向图 无反射板 一一 膏反射扳 图 5领结偶极子天线实测驻波图 上接第7 6 页 1 9 9 1 。 6

14、( 4 ) ： 2 6 8 2 7 4 4 黄慧萍， 吴炳方， 李苗苗 高分辨率影像城市绿地快速提取技术与 应用 J 遥感学报， 2 0 0 4 ， 8 ( 1 ) ： 6 8 7 4 5 宋晓宇， 单新建 高分辨率卫星影像在城市建筑物识别中的初步 应用 J 遥感信息 2 0 0 0 ， ( 1 ) ： 2 6 3 0 6 张煜， 张祖勋， 张剑清 几何约束与影像分割相结合的快速半 自动 房屋提取 J 武汉测绘科技大学学报， 2 0 0 0 ， 2 5 ( 3 ) ： 2 3 8 2 4 2 7 L i u Z J 。 W a n g J 。L i u W P B u i l d i n g

15、e x t r a c t i o n f r o m h i g h r e s o l u t i o n 1 m a g e r y b a s e d o n m u l t i - s c a l e o b j e c t o r i e n t e d c l a s s i f i c a - t i o n a n d p r o b a b i l i s t i c H o u g h t r a n s f o r m I E E E 2 0 0 5 2 2 5 0 -2 2 5 3 8 B a a t z M 。 S c h p e A O b j e c t O r i e n t e d M u l t i S c a l e I m a g e A n a l y s i s i n S e m a n t i c N e t w o r k s C I n ：P r o c e e d i n g o f t h e 2 n d I n t e r n a - t i o n a S y mp o s i u m o n O p e r a t i o n a l i z a t i o n o f R e m o t e S en s i n g E n s c h e d e I T ( C ) 1 9 9 9 1 6 -