基于异侧双视向高分辨率SAR图像的建筑物边界与三维结构参数提取

基于SAR卫星遥感图像的建筑物检测与三维参数反演在城市建设与规划、灾害损失评估、军事监视等领域具有广泛应用。由于城区环境的复杂性、密集建筑物间电磁波的多次散射，以及SAR成像固有的几何畸变与噪声的影响，建筑物的高分辨率SAR成像特征非常复杂，高层建筑物边界不完整且难定位。针对这些问题，本项目研究建筑物目标高分辨率SAR成像模型，建立SAR图像典型散射机制和几何特征与建筑物三维结构参数的定量关系；基于Hausdorff距离和角点特征研究城区左、右视向SAR图像的高精度配准方法；对配准后的各视向图像进行MRF分割，结合CFAR算法和Hough变换检测二次散射强回波分别得到建筑物朝向SAR传感器一侧的边界，检测叠掩、阴影区域并估算建筑物高度；研究基于散射特征空间分布提取建筑物房顶倾角、垂向空间结构的方法；在此基础上，基于成像模型和遗传算法融合利用双视向SAR图像精确提取建筑物边界和三维结构参数。

由于城区环境的复杂性、密集建筑物间电磁波的多次散射，以及SAR成像固有的几何畸变与噪声的影响，建筑物目标高分辨率SAR图像特征非常复杂，高层建筑物边界不完整且难定位。针对这些问题，本项目开展城市目标高分辨率SAR成像机理和散射机制研究，建立利用异侧双视向高分辨率SAR图像提取建筑物边界和三维结构参数方法。主要成果包括：（1）发展了基于射线追踪算法的高分辨率SAR图像模拟方法，并对单一目标和复杂场景进行了高分辨率SAR成像模拟分析。（2）开展了建筑物目标散射特征形成机制分析和定量关系模型研究，建立了典型散射特征与目标结构参数间的定量关系模型；分析了建筑物目标高分辨率SAR成像过程中的尺度与方向性效应，基于不同尺度和几何方位下的模拟SAR图像研究了高分辨率SAR图像上散射端元的分解与合成机制，并结合真实SAR图像开展了验证分析。（3）针对建筑物目标几何特征复杂，在不同视向SAR图像上差异大的特点，开展了基于Hausdorff距离和角点特征的城区不同视向SAR图像的高精度配准方法研究。（4）基于图像分割方法开展了高分辨率SAR图像建筑物目标提取方法研究，并且针对建筑物目标在高分辨率SAR图像上边界不完整的特点，提出了融合利用双视向SAR图像提取建筑物完整边界的方法。（5）在SAR图像模拟和散射特征研究的基础上，开展了建筑物目标结构参数提取与三维重建研究，针对建筑物SAR图像特征内部灰度波动性较大以及边界不完整的特点，提出了基于模型匹配的SAR图像建筑物三维结构参数反演方法。（6）针对单幅SAR图像建筑物目标信息不完整的特点，发展了基于遗传算法的双视向SAR图像建筑物三维结构参数反演优化方法。.通过研究，共发表论文10篇，申请发明专利2项，申请软件登记2项，培养研究生4名，圆满完成了项目任务书中的各项指标。