基于遥感影像建筑物的变化检测研究

第２９卷第７期　甘肃科技　ｆ．２９　Ｎｏ．７　２０１３年４月　Ｇａｎｓｕ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｐｒ．　２０１３　基于遥感影像建筑物的变化检测研究　王志松　（兰州交通大学，甘肃兰州７３００７０）　摘要：随着自然灾害的频繁发生和城市违法建设的增多，在灾后救援、灾后评估和城市规划、城市管理工作中对于　掌握建筑物变化的情况越来越重要，应用遥感技术进行变化检测成为研究热点。通过基于图像增强和二次特征的　方法以及阴影分析法进行了建筑物的变化检测研究。　关键词：遥感；变化检测；建筑物；阴影　中图分类号：ＴＰ７５　黑白航空相片到具有几个较宽光谱波段的Ｌａｎｄｓａｔ　１研究背景和意义　Ｍｓｓ／ＴＭ和ＳＰＯＴ等多光谱遥感系统，一直到最近出　变化检测是遥感应用的主要领域之一，也是目　现的具有数十个甚至上百个狭窄波段的ＭＯＤＩＳ、　前遥感应用方法研究中的热点之一。它是通过观测　ＡＶＩＲＩＳ、ＨＹＤＩＣＥ等高光谱遥感系统，从一天内多次　不同时间的目标对象来确定其在状态上的差异的过　重复访问的气象卫星到具有数十天重访周期的资源　程；具有利用多时相数据量化分析时间影响的能力。　卫星，现代遥感技术为研究人员提供了多尺度、多角　建筑物的变化检测也是研究的热点问题，它的变化　度、多次重复的对地观测能力，可以获取较为全面的　主要受两方面的影响：自然环境和人为因素。　海量观测资料，为深入研究建筑物变化检测过程中　近些年来全球重大自然灾害事件日趋频繁，灾　的各种现象和规律提供了有利条件。　害的监测预警和防灾减灾关系到生产安全、工程安　全、公共安全和社会持续稳定发展，是国家和社会的　３常用研究方法概述　重大需求，是构建和谐社会的重要保障。随着空间　分析现有的文献发现，大多数检测方法都是在　信息技术的飞速发展，空间信息技术在减灾中的作　特定的应用条件下提出来的。从广义上讲，变化检　用日益突显。　测方法分为三类：目视解译法；像素级变化检测法；　为掌握城市变化，实施有效管理，各级政府城乡　对象级变化检测法。目视解译是在计算机辅助下，　规划主管部门迫切需要掌握城市中的合理规划布　分析者根据自我经验知识在影像上标识认为发生了　局、土地使用、违法建筑区域、非法占地等方面的信　变化区域的过程。这种方法最终的检测结果很大程　息。常规的违法建设发现手段主要是依靠执法部门　度上依赖于解译者的经验和知识，比较费时、费力。　的现场巡视和群众举报，然而巡查力量和巡查时间　像素级检测方法是比较单个像素的光谱特征。该方　有限，难免出现纰漏。通过遥感变化检测的手段获　法虽然实现了数字化的检测变化的目的，但其主要　取城市空间地理信息，进行城市违章建筑的快速监　缺点是不能充分利用邻近像素的空间和上下文关　测，无疑是更高效的方式，同时又为执法部门提供科　系，结果图中“椒盐”噪声干扰较强。对象级变化检　学客观、定量的依据。　测方法则弥补了上述缺点，综合利用相邻像素间的　２遥感技术的发展　空间、纹理和结构信息，对空间信息丰富，地物目标　细节信息清楚的高分辨率遥感影像具有很好的应用　现代遥感技术的发展趋势和方向可归结为“三　前景。　多”：多平台、多传感器类型、多分辨率（多时间分辨　率和多空间分辨率）。从低空飞行的飞机到高空运　４基于图像增强和二次特征的方法　行的人造卫星，从可见光和红外到微波、激光传感　通过对震害影像中建筑物变化的分析，采用图　器，从数公里地面分辨率的气象卫星到十米级的资　像增强和二次特征的方法来进行建筑物的变化检　源环境卫星直至亚米级的航空摄影，从单一通道的　测，为救灾、灾后评估等工作提供有效的服务，方法　３８　如下：　甘肃科技　第２９卷　由于ＩＫＯＮＯＳ具有４个波段，可以去除植被以及水　１）将地震前后遥感影像进行空问配准，尽量多　选取控制点对，来提高配准精度，消除误差。　体的影响。而后将初始分割的结果从ＲＧＢ空间转　换到空间，得到初始分割的轮廓，完成本影与落影的　分割，在此基础上得到建筑物墙面与地面的交线，作　为建筑物的定位边缘（建筑物定位边缘的得到取决　２）进行灰度匹配，使用直方图变换匹配法，使　输入图像灰度值的直方图与所希望的直方图形状一　致。　３）剔除非建筑物区，因为高分辨率遥感图像数　据量很庞大，计算机处理时间很长，如果不进行适当　于两期影像中的未受光墙面和阴影均可见）。最　后，对两期影像的建筑定位边缘做边缘差分图，以此　得到建筑的变迁信息。考虑到两期影像存在配准误　的筛选，减小处理区域，便不能满足地震应急的需　求。为此，要将非建筑物区剔除，以保证建筑物区域　评估。通过分类将非建筑物区划分出来，并赋予某　个灰度值，如２５５（或０），在以后的处理中，可很方　便地避开这些区域。　４）运用遥感图像震害增强显示进行变化检测。　取３幅地震前后图像，分别将它们赋予红、绿、蓝３　色，如果地震前后各有１幅图像，则取震前图像２　次，分别赋予蓝、绿色，地震后图像赋予红色。然后　进行合成，形成一幅新的图像。在这幅图像中，白色　灰色为未发生变化的区域，而特殊颜色的区域为　变化区域。这些有特殊颜色的区域就包含由地震引　起的地物的变化，如建筑物倒塌、地质灾害等，据此　判断震害分布及震害的性质。　５）运用二次特征进行变化检测，一幅图像有多　种二次特征，这要根据工作的需求来确定。图像的　特征运算主要有边缘检测运算、纹理运算等。通过　这些运算，分别形成新的图像，然后对这两幅新的图　像进行新的运算，可以采用减法、比值、或是相关系　数等运算。这些运算直接检测图像结构的变化，从　而将一些噪声或由于非地震原因引起的变化降低到　最低水平。在高分辨率的遥感图像上，震害通常引　起图像结构的变化，特别是建筑物图像结构的变化。　由于各种原因的存在，新的图像在没有发生地震的　区域也还存在一些异常，为此，要确定一个阈值，来　区分非地震异常与地震异常。大于阈值的区域为震　害建筑物受损区。　５基于阴影分析法　运用ＩＫＯＮＯＳ影像的阴影进行城区建筑物变化　检测，首先采用融合后有监督的最大似然分类方法，　分割出影像中阴影的大概区域，此时的阴影包含了　建筑物的本影与落影（本影是由建筑物没有接受到　阳光而引起的，表现为建筑物色调较暗的墙面。落　影则是由于建筑物的遮挡，落在地面上的阴影）。　差，对后期影像做缓冲区，如果前期影像的建筑定位　边缘没有落在缓冲区内，认为存在建筑的拆迁。反　之，却不能肯定一定没有发生变化。进一步，运用落　影长度信息和ＩＫＯＮＯＳ数据头文件中带有的太阳高　度角和卫星高度角估算建筑物高度。据此，可以根　据提取出来的阴影长度来估计同一地区两个时相的　建筑高度是否发生了变化，进一步确定建筑是否存　在变化。　，一　（　＝　！：　（　—Ｇ）　＋（Ｇ—　）　＋（Ｂ一　）　，一　（　＝旦！：　（Ｒ—Ｇ）　＋（Ｇ—　）　＋（Ｂ—Ｒ）　，一　（皇＝　２：　（　—Ｇ）　＋（Ｇ—Ｂ）　＋（　—Ｒ）　６结语　提出了图像增强和二次特征的方法，通过对地　震前后图像的合成处理或者对二次特征的运算分　析，来显示震害的分布情况，为震害评估及救灾决策　提供了有效的服务。还提出了阴影分析法，该方法　的优点在于无需建立立体模型，主要的局限是要求　建筑的未受光墙面可见。目前这些方法的应用还是　有一定的针对性和局限性，存在人机交互的模式，对　于复杂情况和自动变化检测还有待进一步研究。　参考文献：　［１］付忠良．图像阚值选取方法一Ｏｔｓｕ方法的推广［Ｊ］．　计算机应用，２００９，２０（５）：３７－３９．　［２］Ｓａｌｖａｄｏｒ　Ｅ．Ｃａｓｔ　ｓｈａｄｏｗ　ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ｉｎｖａｆｉａｎｔ　ｃｏ１．　ｏｒ　ｆｅａｔｕｒｅｓ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｖｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｉｍａｇｅ　Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ．　ｉｎｇ，２００４，（９５）：２３８－２５９．　［３］李德仁．利用遥感影像进行变化检测［Ｊ］．武汉大学　学报（信息科学版），２００３，２８（特刊）：７—１２．　［４］　马建伟，赵忠明．基于影像区域特征人工目标变化检　测方法［Ｊ］．计算机工程，２００７，３３（１７）：１９９－２０１．　［５］　马建文，田国良，王长耀，等．遥感变化检测技术发展　综述［Ｊ］．地球科学进展，２００４，１９（２）：１９２—１９６．