1.一种高分异源遥感坍塌建筑物检测方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,获取待检测区域的光学影像和SAR影像,基于对象的内切圆圆心的光学‑SAR对象集合提取策略,构建统一的光学‑SAR地物对象集合;
步骤2,结合统一的光学‑SAR地物对象集合,基于双回波中坍塌语义知识的定量表示方法,在SAR影像中提取高层双回波坍塌语义特征,得到双回波坍塌语义直方图;
步骤3,基于面积、对角线、转动惯量和标准差这四种属性,采用形态学属性剖面建筑物提取方法分别对光学影像和SAR影像进行底层视觉特征提取,分别得到光学影像视觉直方图和SAR影像视觉直方图;
步骤4,基于步骤2得到的双回波坍塌语义直方图以及步骤3得到的光学影像视觉直方图和SAR影像视觉直方图,采用改进主动学习SVMs进行坍塌建筑物检测,获得坍塌建筑物检测结果。
2.根据权利要求1所述的一种高分异源遥感坍塌建筑物检测方法,其特征在于,所述步骤1的具体过程如下:步骤1.1,影像分割
获取待检测区域的光学影像和SAR影像,采用软件eCognition对光学影像进行分割,得到光学影像对象集合Ropt,采用基于马尔科夫随机场的ICM算法对SAR影像进行分割,得到SAR影像对象集合Rsar;
步骤1.2,粗配准仿射变换方程的建立
Step1,利用公式(1),计算Ropt的第i个对象与Rsar的第j个对象的矩不变量dij,并遍历所有可能的组合;
其中,φi(n)表示Ropt的第i个对象的第n个矩不变量,ψj(n)表示Rsar的第j个对象的第n个矩不变量;
Step2,为Ropt中的每个对象在Rsar中选择一个与之矩不变量最小的对象,从而构成一个匹配对象对集合Ropt‑SAR,同样,为Rsar中的每个对象在Ropt中选择一个与之矩不变量最小的对象,从而构成另一个匹配对象对集合RSAR‑opt;
Step3,保留Ropt‑SAR和RSAR‑opt中相同的匹配对象对,作为最终的匹配对象对集合Rmatch;
Step4,在Rmatch中计算每个对象的内切圆圆心,则Rmatch中的每对匹配对象对都得到一对匹配的内切圆圆心,将内切圆圆心作为特征点,从而获得建立粗配准仿射变换方程所需要的匹配特征点对集合Pmatch;
Step5,结合Pmatch与公式(2),建立光学影像与SAR影像间的粗配准仿射变换方程;
其中,(x,y)为光学影像中某像素坐标,(x′,y′)为光学影像中某像素在SAR影像中的对应像素坐标,a0、a1、a2、b0、b1、b2均为粗配准仿射变换方程参数;
步骤1.3,对象内切圆圆心的投影与区域增长
以光学影像为基准,将Ropt中的每个对象的内切圆圆心依据粗配准仿射变换方程投影到SAR影像中,获取SAR影像中的投影点集合,基于投影点进行区域增长,从而将SAR影像划分为与Ropt中每个对象一一对应的连通区域,最终得到统一的光学‑SAR地物对象集合Runi。
3.根据权利要求1所述的一种高分异源遥感坍塌建筑物检测方法,其特征在于,所述步骤2的具体过程如下:步骤2.1,潜在双回波像素PDBP检测
采用Hough变换对SAR影像进行直线检测,获得初始潜在双回波像素集合,在此基础上,对初始潜在双回波像素集合中的任意一个像素e,在像素e的8邻域内寻找同属于初始潜在双回波像素集合中的像素,若满足条件的像素只有1个,则视像素e为端点,否则,e为非端点;当e为端点时,在以e为中心的5乘以5窗口内继续寻找同属于初始潜在双回波像素集合中的像素,将找到的像素的8邻域和e的8邻域重叠部分的像素作为潜在双回波像素;遍历初始潜在双回波像素集合中的所有像素,获得SAR影像中最终潜在双回波像素集合;
步骤2.2,坍塌语义直方图的构建
在SAR影像中,结合统一的光学‑SAR地物对象集合Runi与PDBP的空间位置关系,设计坍塌语义视觉单词并构建双回波坍塌语义直方图,令Runi中对象总数为N,对于任意一个对象定义视觉单词如下:
1)Step1,寻找与 轮廓重叠或相邻的模糊线段 从轮廓上任意一个像素g出发,在g的8邻域内寻找PDBP,若存在一个PDBP,定义为r,则在r的8邻域内寻找PDBP,保留在r的8邻域内新找到的PDBP与r,并根据这些像素计算拟合直线 在此基础上,分别对在r的8邻域内新找到的每个PDBP的8邻域中继续寻找新的PDBP,若存在新的PDBP,则计算新的PDBP到 的距离,当距离小于预设值m时,保留该PDBP;以此类推,遍历所有存在的新的PDBP,所有获得保留的PDBP构成模糊线段Step2,对轮廓上的下一个像素g',重复Step1,得到g'对应的模糊线段;遍历轮廓上所有的像素,构成候选模糊线段集合S1,保留线段长度大于阈值Ta的所有模糊线段,构成模糊线段集合S2;
Step3,对于集合S2中任意一条线段 的两个端点在 轮廓上的垂足,截取垂足间轮廓线段 同时满足以下两个条件的 构成更新的模糊线段集合S3:(1)计算 与 的平均曲率的差值,平均曲率的差值小于阈值Tb;(2)采用最小二乘法分别对 与 进行直线拟合,计算拟合得到的两条直线的斜率差,斜率差小于阈值Tc;S3即为所构建的第一维视觉单词;
2)在S1中,保留线段长度小于等于阈值Ta的模糊线段,即为所构建的第二维视觉单词;
3)除1)和2)中已被赋予视觉单词的PDBP外,其余位于 轮廓上或轮廓外1个像素内的PDBP即为所构建的第三维视觉单词;
4)在位于 轮廓内部的像素范围内,从任意一个像素u出发,寻找满足条件的候选模糊线段集合inner,其中,除搜索起点与范围不同外,其余步骤与1)中S1搜索步骤完全相同,将inner作为所构建的第四维视觉单词;
5)在位于 轮廓内部的像素范围内,定义未被赋予视觉单词的PDBP为PDBPres,PDBPres与 全部像素数量的比值为 定义SAR影像中的PDBP像素总数与SAR影像全部像素数量的比值为 若满足 则PDBPres为所构建的第五维视觉单词;否则,将PDBPres归为还未被赋予视觉单词的PDBP;
6)在位于 轮廓内部的像素范围内,还未被赋予视觉单词的PDBP即为所构建的第六维视觉单词;
基于以上六维视觉单词,从而获得 的双回波坍塌语义直方图Icsh。
4.根据权利要求3所述的一种高分异源遥感坍塌建筑物检测方法,其特征在于,所述阈值Ta、Tb和Tc采用如下自适应提取策略:令 表示在Ta、Tb和Tc的不同组合条件下对象 所提取的S3中像素的数量,Ta、Tb和Tc的取值区间分别为[0,t]、[0,1]、[0,1],t为对象 外接矩形对角线长度,当 取得最大值时的Ta、Tb和Tc构成 的最优解,即阈值Ta、Tb和Tc的提取值。
5.根据权利要求3所述的一种高分异源遥感坍塌建筑物检测方法,其特征在于,所述步骤3的具体过程如下:基于形态学属性剖面MAPs中的面积、对角线、转动惯量、标准差四种属性,采用形态学属性剖面建筑物提取方法分别对光学影像和SAR影像进行底层视觉特征提取,获得光学影像和SAR影像分别对应的多尺度集合MAPsopt和MAPssar,在MAPsopt中,计算每一个属性剖面中对象 的灰度均值,得到 对应的光学影像视觉直方图Iosh,同理,得到 对应的SAR影像视觉直方图Issh。
6.根据权利要求1所述的一种高分异源遥感坍塌建筑物检测方法,其特征在于,所述步骤4的具体过程如下:在分类节点,采用主动学习SVMs分类器,将统一的光学‑SAR地物对象集合Runi中的任意一个对象 划分为未坍塌建筑物、坍塌建筑物或其他;
在主动学习SVMs标记样本的过程中,利用待标记样本与已标记样本间的类别不确定性指标CUI对样本进行精炼从而优化主动学习过程,实现坍塌建筑物检测,具体如下:Step1,分别计算待标记样本hk属于已标记正类样本 和已标记负类样本 的可能性:其中, 分别表示待标记样本hk属于已标记正类样本 已标
记负类样本 的可能性, 表示同属于第l类正类样本中的第p个样本,p=1,2…P,P为第l类正类样本中的样本数量; 表示同属于第l类负类样本中的第q个样本,q=1,2…Q,Q为第l类负类样本中的样本数量;
Step2,计算待标记样本hk在第l个分类器上的CUI,计算公式如下:
Step3,计算待标记样本hk的类别决策函数值fl(hk),当满足CUI取最小,且fl(hk)取最大时,对待标记样本hk进行标记,将标记好的样本加入到训练样本中重新训练模型;重复以上步骤,对样本进行精炼,从而获得最终的坍塌建筑物检测结果。