高光谱高空间分辨率遥感影像建筑物提取及场景理解

摘要

建筑物作为与人类生活生产密切相关的重要地物，是衡量城市发展的重要指标之一，利用遥感影像对其进行自动化批量提取无疑为城市的发展提供更加迅速、高效的地理信息基础数据，相对于传统人工方法也更加省时省力。场景理解是随着遥感数据的大量积累而提出的一个较新的概念，以解决如何让计算机如同人脑一样“理解”影像，并对海量影像进行自动识别、分类、管理等等。建筑物场景理解拟寻求与建筑物相关的影像自动识别、分析、理解的方法，为城市信息化、精细化管理，智慧城市建设等提供科学依据。基于此，本文主要在大面积批量提取建筑物并对建筑物场景进行高效分类等方面进行了一些研究，主要工作及创新点如下:
　　①提出高光谱高空间分辨率遥感影像面向对象的多尺度分割和低层多特征提取及融合的方法。针对目前单一低层特征描述刻画地物不精细现状，利用最优分割参数对高光谱高空间分辨率遥感影像进行多尺度分割，然后提取具有代表性多类低层特征并进行融合，得到各个对象的高维低层特征。高维低层特征能够较好的刻画地物特性，这个过程是对高光谱遥感影像进行降维处理，减少计算量;而对高分辨率遥感影像是一个升维处理，提高特征的表达精度。
　　②本文研究了基于高维低层特征的稀疏表示分类方法，并在稀疏表示过程中加入Fisher约束条件。建筑物的提取是利用对象层次上的高维低层特征，结合稀疏表示分类方法，并在字典学习过程中加入了Fisher约束准则，解决传统稀疏表示方法构成的字典较难捕获相似类别的相对差异性信息问题。批量识别分类结果显示，因遥感影像在数据源、成像质量、地物复杂度上各有差异，导致分类结果良莠不齐，但建筑物提取结果避免了基于像素进行分类所产生的细碎图斑。总体来看，成像质量好、地物复杂度低的影像识别分类结果优于其他影像。但一对多的样本处理，大面积、多形态、高差异的建筑物提取都在以往的研究成果中属于少数。
　　③本文研究了基于中层语义，利用RBF-NN模型进行建筑物场景分类方法。神经网络具有强大学习功能，结合中层语义，实现高光谱高空间分辨率遥感影像在同一个体系中进行场景分类分析处理。结果显示，可以利用较少的样本得到较好的分类结果，验证了方法的有效性。这也不同于利用整幅影像全局或局部的数理统计特征信息进行场景分类的传统方法。
　　④初步形成从高光谱高空间分辨率遥感影像低层多特征提取及融合，到建筑物提取分析，最后上升到建筑物场景分类这一较为完整的体系。并结合实验验证该体系的实用性和有效性，为以后多源遥感影像的特征提取分类及场景理解提供一种思路。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 遥感影像建筑物提取及场景理解的研究背景与意义

1．1．1 遥感影像建筑物提取研究背景与意义

1．1．2 遥感影像场景理解的研究背景与意义

1．2 遥感影像建筑物提取与场景理解国内外研究现状

1．2．1 遥感影像建筑物提取国内外研究现状

1．2．2 遥感影像建筑物提取面临的挑战

1．2．3 遥感影像场景理解研究现状

1．2．4 遥感影像场景理解面临的挑战

1．3 本文研究内容与组织结构

1．3．1 本文研究内容与关键技术

1．3．2 本文组织结构

第二章 面向对象的遥感影像建筑物提取与场景理解基础理论

2．1 面向对象技术

2．1．1 多尺度分割理论

2．1．2 区域异质性准则

2．2 遥感影像多特征提取及融合

2．2．1 遥感影像光谱特征

2．2．2 遥感影像颜色特征

2．2．3 遥感影像纹理特征

2．2．4 遥感影像形状特征

2．2．5 遥感影像多特征融合技术

2．3 稀疏表示分类

2．3．1 基于稀疏表示的遥感影像分类

2．3．2 Fisher约束字典学习算法

2．4 基于中层语义的遥感影像场景理解

2．4．1 基于中层语义的遥感影像场景理解

2．4．2 神经网络模型

2．5 本章小结

第三章 基于稀疏表示的面向对象高光谱高空间分辨率遥感影像建筑物提取

3．1 高光谱高空间分辨率实验数据介绍

3．1．1 高光谱遥感影像数据

3．1．2 高空间分辨率遥感影像数据

3．2 面向对象的高光谱高空间分辨率遥感影像多尺度分割实验

3．2．1 高光谱遥感影像面向对象的多尺度分割

3．2．2 高空间分辨率遥感影像面向对象的多尺度分割

3．3 多特征提取实验

3．3．1 高光谱遥感影像特征提取

3．3．2 高空间分辨率遥感影像多特征提取

3．4 面向对象的多特征融合实验

3．4．1 高空间分辨率遥感影像面向对象的特征提取

3．4．2 高空间分辨率遥感影像面向对象的多特征融合

3．5 面向对象的高光谱高空间分辨率遥感影像建筑物提取实验

3．5．1 高光谱高空间分辨率遥感影像样本选取

3．5．2 高光谱高空间分辨率遥感影像建筑物提取

3．5．3 基于像素的高光谱高空间分辨率遥感影像建筑物提取实验

3．6 实验结果分析

3．6．1 高光谱遥感影像建筑物提取实验结果分析

3．6．2 高空间分辨率遥感影像建筑物提取实验结果分析

3．7 本章小结

第四章 基于神经网络的高光谱高空间分辨率遥感影像建筑物场景理解

4．1．2 基于RBF-NN模型的高光谱高空间分辨率遥感影像建筑物场景分类

4．2 实验结果分析

4．3 本章小结

5．1 本文总结

5．2 不足与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果