基于L型结构中心线的SAR图像建筑物提取方法

针对在高分辨率SAR图像上具有明显L型结构高亮特征的建筑物目标,提出了一种提取高分辨率SAR图像建筑物L型结构中心线,并进而提取建筑物几何信息的方法.运用基于Gabor纹理特征和模糊C均值的方法对SAR图像进行分割,再结合骨架提取、骨架跟踪、最小外接矩形提取、最小二乘准则等技术实现了L型结构中心线的提取,最后利用中心线获取了建筑物的长度、宽度和方位角信息.基于机载SAR图像的实验表明,利用提出的方法从SAR图像提取的建筑物几何结构和方位信息具有较高的精度.     

基于高亮特征匹配的双视向SAR图像建筑物高度提取

由于城区场景的复杂性和SAR成像几何畸变的影响,基于单幅SAR图像的建筑物高度提取常常存在很大困难。针对这一问题,利用建筑物目标SAR成像形成的叠掩、二次散射、较强单次散射等散射机制对应的高亮特征非常典型,并且对方向性敏感的特点,提出了一种基于双视向SAR图像高亮特征与几何模型匹配的建筑物高度提取方法。首先分析了建筑物目标的SAR图像散射特征及对雷达视向的敏感性,然后构造了建筑物目标在双视向SAR图像上高亮特征几何模型,然后基于灰度均值、灰度概率分布、边界信息定义匹配函数,并利用多种群遗传算法进行优化求解,最终得到建筑物目标的高度信息。基于模拟和机载SAR图像的试验表明该方法的建筑物高度平均反演误差小于1m,可以有效提高建筑物高度反演的精度。     

基于能量最小化的星载SAR图像建筑物分割方法

针对星载合成孔径雷达 (Synthetic aperture radar, SAR) 图像信噪比低、建筑物目标几何变形大以及周围背景复杂的特点, 本文提出了一种基于能量最小化的星载SAR图像建筑物分割方法.基于星载SAR图像数据构造条件概率能量项, 推动变形曲线向建筑物目标边界演化; 在能量泛函模型中定义长度能量项以保证变形曲线的平滑; 在水平集方法获取的SAR图像初始分割结果的基础上, 以高分辨率光学遥感影像中建筑物目标的轮廓作为先验信息, 构造先验形状能量项约束曲线在第二阶段的演化, 最终实现SAR图像建筑物的分割.实验结果表明, 该方法显著提高了建筑物目标轮廓的分割精度.     

基于重复结构检测的三维建筑物精细模型重建

基于单幅图像的城市建筑物建模是计算机图形学和计算机视觉的一个研究热点.针对具有显著重复结构特征的单幅城市建筑物输入图像,提出了一种通过简单交互方便快速地生成建筑物三维模型中精细细节结构的方法.首先,根据用户的简单交互重建建筑物基本主体部分的三维几何模型;然后,根据输入图像,通过检测水平方向和垂直方向上的边界线自动检测建筑物各个墙面的重复结构,并对重复细节结构按照其包围盒的特征进行分类;其次,通过用户描绘细节结构的局部线画图,根据建筑物细节结构与基本主体部分的射影几何关系,恢复对应凹凸细节结构的几何模型;最后,根据检测得到的建筑物表面重复结构,分别自动生成相同类型的重复细节结构,得到三维建筑物精细模型.实验结果表明,该方法能够简单便捷地重建出具有较强真实感的三维建筑物模型.     

建筑物目标高分辨率SAR图像模拟方法

随着TerraSAR-X,Cosmo-SkyMed和Radarsat-2等高分辨率合成孔径雷达(SAR)卫星系统的升空,星载SAR图像空间分辨率达到了米级。在这些高空间分辨率SAR图像中,单个建筑物结构的散射特征能够得到明显的展现,推动了SAR在城市监测中的应用。而城市环境的复杂性给SAR图像的解译和应用带来了巨大的挑战,由于SAR图像模拟有助于图像的解译和应用,因此城市目标高分辨率SAR图像模拟成为一个研究热点。提出了一种基于射线追踪法的图像模拟方法,它能够模拟城市目标SAR图像上叠掩、阴影和多次散射等主要特征,非常有利于SAR图像的解译。该模拟方法首先构建虚拟SAR传感器,发射电磁波射线与场景中三维模型相互作用,并接收回波信号成像,电磁波的传播以及与场景的多次散射在整个过程中都能够被追踪。为了评价该模拟方法的有效性,首先通过模拟平顶屋、尖顶屋模型的SAR图像,然后选择国家体育馆和大场景小区三维模型作为输入,将生成的模拟图像与真实TerraSAR-X聚束模式图像进行比较。结果表明:该模拟器能够模拟城市目标的散射特征并应用于图像的理解和变化检测。     

基于单幅图像的三维建筑物交互累进式建模

基于单幅建筑物图像,提出一种以简单交互方式累进式重建三维建筑物场景的方法.在以单幅建筑物图像为背景的画布上,用户首先标记建筑物的2个基面并对输入图像进行校正预处理,校正过程中充分利用透视图像中的平行线交于同一个图像消影点的特点,由射影变换快速消除建筑物图像中的透视失真并恢复建筑物图像中的线条平行关系;然后在经校正处理后的图像上描绘建筑物基本轮廓线条,系统自动查找轮廓线条平行垂直关系,利用二维线画图中各线条的平行、垂直及顶点共面关系作为约束建立能量函数计算线画图中所有顶点的深度值,并根据结构对称性特点完善建筑物模型几何结构,生成建筑物场景的粗糙模型;最后利用建筑物图像呈现的精细细节结构和其与建筑物粗糙模型主体结构的几何位置关系确定细节结构顶点的深度值,并根据输入图像中可见部分纹理信息进一步合成建筑物表面纹理,得到精细真实的三维建筑物模型.实验结果表明,该方法能够方便、高效地重建输入图像中的建筑物场景,并且具有较强的真实感.     

引入坐标映射原理的弹载SAR图像几何校正算法

针对弹载合成孔径雷达(SAR)在下压阶段采用频谱分析(SPECAN)算法时所得到的SAR图像存在几何失真的问题,提出一种基于坐标映射思想的高精度弹载SAR图像几何校正算法.首先根据弹载SAR下压阶段的三维几何关系建立点目标的回波模型;然后详细分析了适于下压阶段SPECAN算法的坐标映射原理,通过将SAR图像坐标系上的点逐一映射到空间地距坐标系中完成几何校正.仿真实验结果表明,文中算法是有效的,误差分析结果也表明该算法比其他算法精度高.     

基于全变差的Bandelet变换域SAR图像相干斑抑制方法

根据SAR图像的特性,提出了一种基于全变差最小化的Bandelet变换域SAR图像相干斑抑制方法。该方法首先对SAR图像进行Bandelet变换,得到图像的Bandelet系数和几何流,然后采用主成分分析法提取图像的Bandelet系数和几何流的主成分,利用全变差最小化的方法确定阈值,并通过循环递归运算处理重构后的图像。实验表明:该方法在抑制图像相干斑的同时较好地保留了几何结构信息,并去除了伪吉布斯现象。     

二面角的双基地散射特性分析

二面角效应是高分辨率 SAR 图像非常重要的特征,其主要是建筑物的墙面和地面及其他人造物体形成的二面角造成的强反射。为了减小二面角的雷达散射截面积(Radar cross section,RCS) ,常用的技术是改变二面角的几何结构。双基地雷达是一种几何配置灵活的雷达,具有一定的反隐身能力。本文主要利用几何光学分析了不同张角二面角的散射特性及其SAR图像表现形式。针对二面角的多次散射问题,计算了散射次数和最终出射角度的通项公式,并给出了双基地条件下二面角RCS的定量计算公式。仿真结果表明,不同张角的二面角RCS和双基地雷达的几何结构密切相关,在特定的双基地雷达几何配置下,二面角在双基地SAR图像中 表现为角点处的强点。     

城市目标高分辨率SAR遥感监测技术研究进展

高空间分辨率SAR卫星为城市监测提供了宝贵数据源。在高分辨率SAR图像上,目标的多维特征得以体现,可以大大提高对城市目标的识别能力。但由于城市目标的复杂性、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,使得城市目标在高分辨率SAR图像上的特征更为复杂。围绕城市目标电磁散射特性与SAR成像机理、城市目标精细结构提取与三维重建等内容,介绍了国内外相关的研究进展,指出了该领域未来的研究方向。     

Three-dimensional space-borne synthetic aperture radar (SAR) imaging with multiple pass processing

Three-dimensional (3D) synthetic aperture radar (SAR) imaging via multiple-pass processing is an extension of interferometric SAR imaging. It exploits more than two flight passes to achieve a desired resolution in elevation. In this paper, a novel approach is developed to reconstruct a 3D space-borne SAR image with multiple-pass processing. It involves image registration, phase correction and elevational imaging. An image model matching is developed for multiple image registration, an eigenvector method is proposed for the phase correction and the elevational imaging is conducted using a Fourier transform or a super-resolution method for enhancement of elevational resolution. 3D SAR images are obtained by processing simulated data and real data from the first European Remote Sensing satellite (ERS-1) with the proposed approaches.     

Computer vision based on a hypothesization and verification scheme by parallel relaxation

Shape recovery from a monocular image is addressed. It is often said that the information conveyed by an image is insufficient to reconstruct 3D shapes of objects in the image. This implies that shape recovery from an image necessitates the use of additional plausible constraints on typical structures and features of the objects in an ordinary scene. We propose a hypothesization and verification method for 3D shape recovery based on geometrical constraints peculiar to man-made objects. The objective is to increase the robustness of computer vision systems. One difficulty with this method lies in the mutual dependency between proper assignment of constraints to the regions in a given image and recovery of a consistent 3D shape. A concurrent mechanism has been implemented which is based on energy minimization using a parallel network for relaxation. This mechanism is capable of maintaining consistency between constraint assignment and shape recovery.     

一种自动鲁棒的三维人脸重建方法

三维人脸模型已经广泛应用到视频电话、视频会议、影视制作、电脑游戏、人脸识别等多个领域。目前三维人脸建模一般使用多幅图像，且要求表情中性。本文提出了基于正、侧面任意表情三维人脸重建方法。首先对二维图像中的人脸进行特征提取，然后基于三维人脸统计模型，通过缩放、平移、旋转等方法，及全局和局部匹配，获得特定的三维人脸。基于二维图像中的人脸纹理信息，通过纹理映射，获得完整的三维人脸。通过对大量实际二维人脸图像的三维人脸重建，证实了该方法的有效性和鲁棒性。     

Procedure-based component and architecture modeling from a single image

This paper advocates a new component-aware framework to reconstruct 3D architecture from a single image. Different from existing work, our motivation is to obtain a complete set of semantically correct 3D architectural components, which enables part reusability towards rapid model reproduction and facilitates model variation. The core of our system is a novel algorithm to adaptively segment repeated curved stripes (e.g., roof tiles, building floors) into individual elements, based on which 3D dimensions as well as architectural components are derived from a single image. Specially for Chinese architectures, we further devise an interactive method to identify outer columns based on user-specified inner columns. Finally, 3D components are generated and shape rules are derived, from which the buildings and their variants are constructed. Our new component-aware framework minimizes the use of data resource (i.e., one single image) and emphasizes component utility during rapid 3D architecture reproduction by advocating a component-aware approach.     

遥感图像辅助的折反射全向图三维重构

提出了一种针对室外场景的单幅折反射全向图三维重构方法,能够自动重构出全向图中360°视野内景物的三维模型,并实现自由漫游。基于全向图与遥感图匹配把全向图分为水平地面、垂直建筑物立面和垂直背景景物面三类区域,得到全向图场景的基本结构;在此基础上利用折反射光路投射模型计算出全向图中每个像素点的三维几何位置,从而实现了折反射全向图的重构。实验证明该方法具有采集简单、视野大、处理过程全自动化、能够重构非平面场景等特点。     

基于角点检测的图像分割算法及在三维重建中的应用

针对基于单幅图像的三维重建方法的多解性和病态性的难点问题,提出了一种基于Harris多尺度角点检测的图像分割算法,将复杂的工程图像分离成若干个简单基本几何形体,分别对其重建以避免直接恢复深度信息的病态解问题;为了提高基于角点的图像配准算法的配准精度,把多分辨分析的思想引入到经典的Harris角点检测中,构造了基于小波变换的灰度强度变化公式,并得到了具有尺度变换特性的自相关矩阵,从而使改进的Harris角点检测算法具有旋转、平移和尺度的不变性;实验验证了改进算法的快速、准确和稳定的特性。     

Template Assembly for Detailed Urban Reconstruction

We propose a new framework to reconstruct building details by automatically assembling 3D templates on coarse textured building models. In a preprocessing step, we generate an initial coarse model to approximate a point cloud computed using Structure from Motion and Multi View Stereo, and we model a set of 3D templates of facade details. Next, we optimize the initial coarse model to enforce consistency between geometry and appearance (texture images). Then, building details are reconstructed by assembling templates on the textured faces of the coarse model. The 3D templates are automatically chosen and located by our optimization‐based template assembly algorithm that balances image matching and structural regularity. In the results, we demonstrate how our framework can enrich the details of coarse models using various data sets.     

基于Contourlet域的SAR图像去噪算法

从SAR图像斑点噪声特性和Contourlet变换系数的统计特点出发,将Contourlet变换与二元收缩去噪模型相结合,提出一种新的基于Contourlet变换的SAR图像去噪方法。对于高分辨率SAR 图像,该算法能更有效地去除SAR图像上的斑点噪声。