高分辨率遙感影像的建筑物提取方法研究綜述

谷勝濤

摘 要：隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步以及航空航天技術(shù)的發(fā)展，人們得到的遙感影像空間分辨率不斷提升，并在實(shí)際生活中獲得大面積普及機(jī)會(huì)，也成為遙感領(lǐng)域研究的重點(diǎn)方向之一。作為人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ姷娜斯さ匚?，建筑物已?jīng)成為城市化發(fā)展的標(biāo)志，利用高分辨率遙感影像提取建筑物數(shù)據(jù)信息，已成為當(dāng)下較為熱門的技術(shù)方式，能為智慧城市建設(shè)、城市土地利用、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等多方面提供準(zhǔn)確地信息數(shù)據(jù)服務(wù)。本文主要分析高分辨率遙感影像建筑物提取方法，以供參考。

關(guān)鍵詞：高分辨率;遙感影像;建筑物提取方法研究綜述

引言：

隨著遙感技術(shù)的進(jìn)步，光學(xué)衛(wèi)星影響的分辨率不斷提升，能夠更為明顯的反映出地物的光譜特征，使其結(jié)構(gòu)、紋理、形狀、細(xì)節(jié)等表現(xiàn)的更為突出。自上個(gè)世紀(jì)九十年代開始，該技術(shù)便逐漸擴(kuò)大使用范圍，在民用、商用等方面表現(xiàn)出較為顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)土地管理、資源調(diào)查、地圖更新、環(huán)境監(jiān)測(cè)、土地管理、災(zāi)害評(píng)估等多個(gè)方面應(yīng)用較多，成為有關(guān)部門獲取地理空間數(shù)據(jù)、信息等獲取與不斷更新的正確途徑。

一、高分辨率遙感影像的建筑物提取方法

（一）低層特征建筑物

在對(duì)建筑物進(jìn)行提取過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)利用高分辨率遙感影像中呈現(xiàn)出的具體光譜、邊緣、形狀與結(jié)構(gòu)等特征為基礎(chǔ)，以便能夠保證其提取的質(zhì)量。

（1）幾何特征

若建筑物本身表現(xiàn)出較為明顯的幾何特征，那么便可以直接通過(guò)其輪廓信息的處理，進(jìn)而完成對(duì)建筑物的提取工作。因?yàn)榇蟛糠纸ㄖ锏耐庠谳喞旧磔^為鮮明，多半是規(guī)則的形狀，整體呈現(xiàn)出矩形、或是直接由多個(gè)矩形構(gòu)成，因此，也可以直接在影像中提取直線信息，以此為基礎(chǔ)完成建筑物的提取。

（2）屋頂建筑材料

由于建筑物屋頂使用的材料類型較多，因此，建筑物內(nèi)的光譜會(huì)表現(xiàn)出特征不均勻的問(wèn)題，若建筑物不同，其光譜的差異性也會(huì)較大。但同其他地物相比較而言，建筑物仍舊表現(xiàn)出較高的亮度，與其周圍環(huán)境反差較大，表現(xiàn)出獨(dú)屬于建筑物的光譜、結(jié)構(gòu)等特征。

（二）高程信息建筑物

結(jié)合高程信息內(nèi)容完成對(duì)于建筑物的提取工作，能有效分離地面點(diǎn)與非地面店點(diǎn)，從中區(qū)分出那些屬于建筑物的重要部分，之后再將其與高分辨率遙感影像相結(jié)合，提取其中的光譜、邊緣信息內(nèi)容，最終實(shí)現(xiàn)建筑物的完美提取。實(shí)現(xiàn)這種提取方式的重要性在要基金研究區(qū)域內(nèi)所包含的影像數(shù)據(jù)、高程數(shù)據(jù)等內(nèi)容，這會(huì)導(dǎo)致該方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中可能會(huì)面臨較多的局限性，與此同時(shí)，利用機(jī)載LiDAR得到即將研究區(qū)域的高程數(shù)據(jù)，也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)研究、應(yīng)用過(guò)程會(huì)消耗較大的成本。

（三）陰影信息建筑物

在高分辨率遙感影像中，建筑物的影像常常會(huì)有各種陰影伴隨，利用建筑物與陰影的關(guān)系，便可以更好地完成建筑物提取工作。將陰影信息當(dāng)做輔助物完成建筑物的提取工作，能夠更好地分辨出影像中的建筑物，能將建筑物與道路、廣場(chǎng)更好地分割開來(lái)，能有效提升最終提取結(jié)果的準(zhǔn)確性，最大程度避免提取過(guò)程中出現(xiàn)偏差與問(wèn)題[1]。

（四）面向?qū)ο蠼ㄖ?/p>

面向?qū)ο笥跋穹治黾夹g(shù)提取面向?qū)ο蠼ㄖ飻?shù)據(jù)信息的具體方式，以影像的低層特征為基礎(chǔ)進(jìn)行多尺度分割，之后將其作為基本單元結(jié)合影像中的表現(xiàn)，利用影像對(duì)象特征屬性識(shí)別并對(duì)其對(duì)象進(jìn)行處理，進(jìn)而滿足建筑物提取的要求。面向?qū)ο蟮奶崛》椒ㄖ饕且詫?duì)象作為最基本的單元條件，從而能有效避免高分辨率遙感影像中可能存在較多對(duì)建筑物提取工作產(chǎn)生影響的與干擾的部分，還可以發(fā)揮影響光譜、形狀等低層特征的信息提取相關(guān)建筑物數(shù)據(jù)信息內(nèi)容。

二、建筑物影響處理方式

（一）色彩一致性處理

光照不均勻是高分辨率遙感影像中常見的現(xiàn)象，是其降質(zhì)的常見情況，會(huì)導(dǎo)致影像背景的光亮呈現(xiàn)不均勻狀態(tài)，導(dǎo)致地物細(xì)節(jié)上的各類信息模糊化處理，嚴(yán)重影響對(duì)其具體影響的解譯工作。因此，為有效解決該問(wèn)題，提高影像中建筑物提取的精確度，一般會(huì)選擇使用色彩一致性處理方式對(duì)其進(jìn)行處理。傳統(tǒng)的色彩一致性處理方法會(huì)導(dǎo)致影像中的地物顏色失去原本的真實(shí)感，因此，應(yīng)當(dāng)以色調(diào)保持為基礎(chǔ)使用色彩一致性處理方式。具體的處理過(guò)程為：首先，需要將輸入的影像內(nèi)容從RGB轉(zhuǎn)化成為HSV，之后小波域的增強(qiáng)影像亮度、飽和度。在對(duì)其進(jìn)行小波分解之后以高頻分量增強(qiáng)、次高頻分量保持、低頻分量抑制的方式完成處理工作。對(duì)于部分因?yàn)楸≡朴绊懚霈F(xiàn)的不均勻光照情況，應(yīng)當(dāng)從實(shí)際的成像機(jī)理出發(fā)，結(jié)合其具體的特點(diǎn)（飽和度較低、亮度較高、對(duì)比度校對(duì)）進(jìn)行改進(jìn)，使其能利用色彩一致性處理方式完成對(duì)影像的針對(duì)性處理[2]。

（二）視覺注意機(jī)制處理

（1）面向?qū)ο蟮慕ㄖ^(qū)

對(duì)城市進(jìn)行研究過(guò)程中最重要的便是建筑區(qū)，為了能夠保證研究效率不斷提升，降低其消耗的成本，應(yīng)當(dāng)發(fā)揮遙感技術(shù)的作用，完成相關(guān)信息的提取，還可以將其當(dāng)做是建筑物的輔助場(chǎng)景。在高分辨率遙感影像中，建筑區(qū)本身也會(huì)表現(xiàn)出較為明顯的紋理性特征。我們可以利用影像中表現(xiàn)出的紋理性狀態(tài)研究其描述方法，而后將其紋理特征作為底層特征，利用視覺注意模型模擬人類視覺系統(tǒng)對(duì)環(huán)境感知的具體過(guò)程，進(jìn)而分析其計(jì)算方法，最后對(duì)其進(jìn)行多尺度分割，從而完成建筑區(qū)高分辨率遙感影像的提取。

（2）面向?qū)ο蟮慕ㄖ?/p>

作為人們?nèi)粘Ｉ钇鹁硬豢杀苊獾沫h(huán)境，建筑物已經(jīng)成為遙感影像中極為重要的人工地物。隨著高分辨率的普及與研究，其遙感影響的信息已經(jīng)成為當(dāng)下城市建設(shè)發(fā)展的重要參考依據(jù)。在影像資料信息中，建筑物往往會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)邊緣、高亮度、紋理明顯等較為顯著的特點(diǎn)，因此，這個(gè)處理方式的重點(diǎn)在于如何更好地表現(xiàn)出建筑物的顯著性，同時(shí)結(jié)合視覺注意機(jī)制提取面向?qū)ο蠼ㄖ锏恼w框架。其具體的思路為：結(jié)合由上向下的先驗(yàn)知識(shí)與自下而上的影像底層特征，利用建筑物光譜特征指數(shù)分析其紋理特征，而后利用視覺注意機(jī)制下期顯著性計(jì)算方法的相關(guān)內(nèi)容對(duì)其進(jìn)行多尺度分割，而后計(jì)算建筑區(qū)、建筑物的顯著指數(shù)，結(jié)合陰影等信息輔助完成判別，從而完成建筑物高分辨率遙感影像的提取。

（三）陰影提取方式

在高分辨率遙感影像中，陰影存在情況較為普遍，也是其表現(xiàn)出的基礎(chǔ)特征。在該影像中，常常會(huì)見到建筑物與其陰影相依相存，因此，我們可以充分發(fā)揮陰影信息的作用，將其作為提取建筑物影響信息的判別輔助工具。其具體的研究思路主要如下所示：

根據(jù)陰影在影像中的具體表現(xiàn)特點(diǎn)為基礎(chǔ)，嚴(yán)格分析陰影表現(xiàn)出的色調(diào)、亮度的特性，同時(shí)分析其在光譜波段中的特性，以此為基礎(chǔ)建設(shè)相關(guān)知識(shí)信息庫(kù)，在后續(xù)分析過(guò)程中，便可以將影響從RGB轉(zhuǎn)化成為HSV，之后就可以對(duì)其進(jìn)行多個(gè)尺度的分割，最終根據(jù)知識(shí)信息庫(kù)中儲(chǔ)存的判別信息提取陰影信息[3]。

三、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)文中內(nèi)容可知，隨著城市化的進(jìn)程不斷加快，建筑物已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見的人工地物，也成為城市發(fā)展的重要標(biāo)志。目前，利用高分辨率遙感影像提取建筑物的信息已經(jīng)成為當(dāng)下獲取相關(guān)信息的重要的方式。而這些數(shù)據(jù)將會(huì)為城市的規(guī)劃與建設(shè)、土地利用現(xiàn)狀與變化、城市熱島效應(yīng)等提供有效幫助，還可以為地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、智慧城市建設(shè)等提供服務(wù)。因此，在實(shí)際工作中。應(yīng)當(dāng)重視對(duì)于數(shù)據(jù)信息更新的實(shí)時(shí)性與高效率。發(fā)揮高分辨率遙感影像技術(shù)的作用能有效降低成本，提升更新效率，因此，在建筑物信息提取方面具有較為現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]董燕生，陳洪萍，潘耀忠，方偉華.基于震后高分辨率衛(wèi)星遙感影像的建筑物瓦礫快速提取方法[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào)，2014，22（06）：1079-1088.

[3]陶超，譚毅華，蔡華杰，杜博，田金文.面向?qū)ο蟮母叻直媛蔬b感影像城區(qū)建筑物分級(jí)提取方法[J].測(cè)繪學(xué)報(bào)，2010，39（01）：39-45.