基于高分辨率SAR图像的建筑区域检测

发布时间：2020-04-11 07:01

【摘要】：合成孔径雷达(SAR)相比于普通的光学成像系统而言,其最大的特点就是能够不分时段、不分天气地进行对地观测。正因为这种持续性强、抗干扰性强的特点,使得其在对地观测领域中应用甚广,尤其是在城区规划应用中,在这其中建筑区域的提取工作更是尤为重要。在SAR图像中,建筑区域自身所带有的叠掩、二面角等效应使得其整体区域具有很强的结构性特征,这也就为后续的研究提供了很强的研究切入点。本文针对SAR图像建筑区域检测中受相干斑噪声干扰,底层特征不稳健等问题,结合神经网络的高层特征提取能力,提出了基于加权输入的卷积神经网络和基于改善的全卷积神经网络的SAR图像建筑区域检测算法。研究的内容如下所示:1.基于加权输入的卷积神经网络的建筑区域检测方法。本文采用卷积神经网络模型检测建筑区域,通过高斯加权预处理过程降低检测结果受到图像块边缘结构的影响。此外,通过投票判定方法实现像素到像素的检测过程,使得在避免SAR图像中建筑区域特征表示困难的同时,提升了检测精度,并且形成了端到端的统一检测框架。最后在高分辨率TerraSAR-X图像上验证了算法的有效性。2.基于改善的全卷积神经网络的的建筑区域检测方法。本文采用全卷积神经网络来实现SAR图像建筑区域检测,并做了如下改善:(1)提出上下文网络模型,在原有网络基础上加入上下文网络改善感受野,提升检测精度。这是由于在训练过程中,利用迁移学习来降低对数据集要求以及训练难度,但是由于浅层卷积利用低分辨率图像训练得到,在高分辨率SAR图像上语分义割效果受限。由于感受野受限,使得在局部模糊区域上检测结果不一致,降低了最后的检测精度。(2)加入全连接条件随机场-循环神经网络结构。从而加强检测结果像素之间的联系,提升检测精度,形成端到端、像素到像素的检测框架。最后在高分辨率TerraSAR-X图像上验证了相应算法的有效性。
【图文】：

示意图,系统成像,示意图

２．１逦ＳＡＲ图像成像机理及相干斑噪声模型逡逑２．１．１逦ＳＡＲ成像原理逡逑ＳＡＲ是高分辨率相干成像雷达的一种，其具体的几何成像示意图如下图２．１逡逑所示，从该图中可以看到，ＳＡＲ系统的天线照射方向与ＳＡＲ系统自身的飞行方逡逑向是成垂直方向的［１８］，其对应的入射角为０。逡逑随着星载ＳＡＲ系统匀速前行，朝着雷达照射区域方向，雷达会沿飞行方向逡逑以固定时间间隔发射电磁脉冲，在发射后再利用天线作用产生回波（包含信号强逡逑度信息与相位信息）。最后，综合多次观测结果，将以合成的长天线方式进行后逡逑处理。逡逑图２．１邋ＳＡＲ系统成像几何示意图［１６］逡逑雷达系统中能够分辨空间中相邻目标的最小距离称为ＳＡＲ图像的分辨率。逡逑其中与飞行方向垂直，即平行于距离向的分辨率称之为距离分辨率，而相应的与逡逑飞行方向平行，平行于方位向的分辨率称之为方位分辨率。当雷达发射的电磁波逡逑脉冲的长度越短

示意图,相干斑噪声,效果,示意图

例如，对于一个分布均匀的目标而言，比如说一片草覆盖的地域，若该片区逡逑域没有受到相干斑斑点噪声的影响，，那么其在影像上的像素值则会呈现出淡的色逡逑调值，如下图２．２中Ａ所示；然而，倘若该区域受到相干斑点噪声的影响，每个逡逑分辨单元内单个草的叶片的回波会导致影像上的某些区域的像素值比平均值更逡逑加亮，而其他区域的一些像素值则会比像素平均值更暗，如下图２．２中Ｂ所示。逡逑这样，该目标也就表现出了相干斑斑点噪声效果。逡逑ｍ逡逑W逡逑，逦＼逡逑Ｉ邋１邋Ｉ邋ａｍ邋ｊ邋ｍ邋ｉ逡逑三三三ｅ逦ｍｂ－逡逑、逦Ａ逦Ｂ逡逑图２．２相干斑噪声效果示意图逡逑１１逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.52

【参考文献】