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合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)具有全天时、全天候的对地观测能力,在对时效性有较高要求的灾害应急监测、国土资源监测等领域具有重要意义,特别是在多云多雨地区发挥着不可替代的作用。城市是人口密集、社会经济活动集中的空间地域。因此,发展SAR数据的城市目标精细识别方法,对于现代城市建设和管理具有重要意义。SAR空间分辨率的提高让城市目标的多维特征得以体现,进而为开展城市形态和发展变化的动态监测提供了宝贵数据源。然而,建筑物目标的复杂性和SAR特殊的成像方式给高分辨率SAR图像的理解和应用带来了巨大的挑战。因此,急需开展建筑物目标高分辨率SAR图像信息提取研究,以推动雷达遥感技术在城市监测中的应用。 本文针对高分辨率SAR图像中建筑物信息提取展开研究。首先,针对建筑物目标SAR图像散射特征复杂性,分析了建筑物目标的形成机制以及影响规律;其次,分别以低矮尖顶建筑物和城市高层建筑物这两类典型的建筑物为依托,对分米级高分辨率SAR图像建筑物特征提取、建筑物检测以及几何信息提取进行了深入的研究。本文开展的主要工作如下: 1.高分辨率SAR图像建筑物特征分析。针对建筑物目标散射特征的复杂性,分析了建筑物目标成像的几何畸变特性、辐射畸变特性以及尺度特性;此外,基于距离向剖面分析,阐述了平顶和尖顶两类典型建筑物的特征形成机制,并定量分析图像特征与建筑物几何结构参数之间的数学关系;最后,分析了特征基元的组合模式及遮挡效应对建筑物特征的影响。 2.单景超高分辨率SAR图像低矮尖顶建筑物提取。以中电十四所机载X波段0.1m分辨率SAR图像为数据支撑,针对原始机载SAR图像上因目标强度“不一致性”而无法定性、定量开展大范围地物提取问题,首先研究了图像的辐射标定。设计外场定标实验,获取原始机载SAR数据;定标数据处理过程中,分析比较了传统的峰值法定标和积分法定标在高分辨率机载SAR图像中的适用性,并提出一种简单的天线方向图拟合模型,实现图像的高精度标定。 3.基于定标后的机载数据,针对图像超高空间分辨率带来的新型几何和辐射特征,开展新型特征的应用研究。首先,提出了基于屋脊线检测的低矮尖顶建筑物检测方法。在多尺度框架下提取建筑物线、面特征,并基于特征的融合实现建筑物检测。此方法能获取较好的检测精度,但虚警较高。其次,以完整、准确地获取独立建筑物轮廓为目标,在边缘线特征的基础上,提出了基于感知编组技术的建筑物轮廓构造方法。最后,针对高分辨率SAR图像上特征提取的破碎性和不稳定性,提出了基于过渡区多尺度分割的尖顶建筑物检测方法。基于过渡区分割,利用特征基元之间的相关性,统一提取、优化建筑物线、面特征。该方法在保证检测率的同时,有效的降低了建筑物检测虚警,并实现建筑物轮廓的精确提取。 4.单景高分辨率SAR图像高层建筑物信息提取。针对现有建筑物特征提取、建筑物检测方法对不同图像的适用性难以保证的问题,基于分米级SAR图像上建筑物强散射点特征,开展城市高层建筑物信息提取研究。首先,针对亮点特征的规则排列而形成的纹理特性,提出了一种基于频谱分析的建筑物朝向估计和建筑物表面模式点提取方法,适用于独立高层建筑物的表面模式重组和表面变化监测,也可为TomoSAR、PSI等提供PS点支撑;其次,利用亮点特征之间的方向性、非局部相似性和距离限制,提出了基于图理论的建筑物检测方法,具有效率高,虚警率低等优点,在城市稀疏区实现独立建筑物检测,在城市密集区实现建筑区提取。 5.基于几何约束的高分辨率SAR图像建筑物高度反演。针对高分辨率SAR图像上建筑物叠掩区破碎、提取不完全的问题,分别基于分米级SAR图像上建筑物强散射亮面和亮点特征,开展城市高层建筑物高度反演研究。首先,针对叠掩区亮而的分割破碎特性,提出了一种基于Affinity Propagation聚类的建筑物高度反演方法,计算精度高。其次,针对亮点型高层建筑物目标,提出了一种基于形状指数计算的建筑物高度反演方法。综合利用建筑物表面亮点在距离向和沿着楼层方向上的方向特征,快速获取建筑物高度。