SAR图像建筑物三维信息提取方法研究

论文摘要

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种利用微波进行感知的主动传感器,具有全天时、全天候、多波段、多极化工作方式、穿透能力强等特点。SAR图像视觉可读性较差,并且受到相干斑噪声及阴影、透视收缩等几何形变的影响,使得SAR图像信息处理更加困难。对于SAR图像中建筑物目标的提取研究一直是SAR图像特征提取和目标检测识别领域一个重要的方向,对于民用和军用领域都有十分重要的意义。论文对单视SAR图像中建筑物成像特征以及三维信息提取方法进行了深入研究,并针对不同成像条件和应用需求提出了有效的提取方案。论文首先回顾了SAR工作原理以及SAR图像分辨率和成像主要特点,分析了SAR图像中建筑物的成像原理及成像特点,为后续章节提供了相应的理论前提。然后针对SAR系统成像分辨率进行研究,分析了地表分别为平面和曲面时斜距及地距分辨率之间的关系和影响地距分辨率的因素,并研究了临界空间和星载条件下建筑物成像区域分辨率的特点。之后在分析建筑物叠掩及阴影区域的基础上,结合建筑物二次散射特性,提出了一种从单视SAR图像中提取建筑物屋顶尺寸以及高度的方法。此方法针对地表为平面和曲面时分别进行了分析研究。为了验证此方法的有效性,分别针对仿真图像和实际SAR图像设计了典型建筑物三维信息提取算法,算法中为达到最佳的感兴趣区域分割效果,针对仿真图像和实际图像分别采用线灰度累加和恒虚警率(Constant False Alarm Rate,简称CFAR)检测的图像分割方法。实验结果表明,本论文提出的方法是行之有效的,在不同成像条件和应用需求下能够有效准确地提取建筑物的三维信息,对于单视SAR图像中建筑物的检测、识别和提取具有重要的应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的意义和目的
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.2.1 SAR图像特征提取
• 1.2.2 SAR图像建筑物提取
• 1.2.3 SAR图像建筑物高度信息提取
• 1.3 论文主要内容与结构安排
• 1.3.1 主要内容
• 1.3.2 结构安排
• 第2章 SAR基本工作原理及图像特征
• 2.1 引言
• 2.2 机载SAR工作原理
• 2.3 星载SAR工作原理
• 2.4 SAR图像分辨率
• 2.5 SAR图像主要特点
• 2.6 建筑物二次散射
• 2.7 本章小结
• 第3章 SAR成像系统图像分辨率的研究
• 3.1 引言
• 3.2 斜距与地距分辨率关系
• 3.2.1 地表为平面时斜距与地距分辨率关系
• 3.2.2 地表为曲面时的斜距与地距分辨率关系
• 3.3 斜距与地距分辨率实验结果分析及验证
• 3.3.1 地距分辨率的影响因素
• 3.3.2 与实际SAR系统数据比较验证
• 3.3.3 临界空间和星载条件下地距分辨率定性定量分析
• 3.4 建筑物成像区域地距分辨率的分析
• 3.4.1 SAR成像建筑物临界高度分析
• 3.4.2 建筑物叠掩及阴影区域分辨率分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 单视SAR图像中建筑物三维信息提取方法
• 4.1 引言
• 4.2 单视SAR图像中典型建筑物三维信息提取原理
• 4.3 典型建筑物三维信息提取仿真实验与结果
• 4.3.1 地表为平面时提取仿真实验
• 4.3.2 地表为曲面时提取仿真实验
• 4.4 与InSAR数据提取建筑物高度比较
• 4.5 实际SAR图像建筑物三维信息提取实验及结果
• 4.5.1 全局CFAR检测算法
• 4.5.2 目标分割区域规整化算法
• 4.5.3 实际单视SAR图像建筑物三维信息提取实验及结果
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢