翟 瑋裴萬(wàn)勝趙 斐姜振海魏從信甘肅省地震局，蘭州 730000中國(guó)科學(xué)院寒旱所，蘭州 730000甘肅省地震局平?jīng)鲋行牡卣鹋_(tái)，甘肅平?jīng)?744000

PolSAR影像紋理特征在倒塌建筑物提取中的應(yīng)用分析

翟 瑋1，2）裴萬(wàn)勝2）趙 斐3）姜振海1）魏從信1）
1）甘肅省地震局，蘭州 730000
2）中國(guó)科學(xué)院寒旱所，蘭州 730000
3）甘肅省地震局平?jīng)鲋行牡卣鹋_(tái)，甘肅平?jīng)?744000

地震發(fā)生后及時(shí)獲取倒塌建筑物信息，指導(dǎo)應(yīng)急救援工作有效進(jìn)行，是減輕震害損失的有效方法。遙感技術(shù)憑借其時(shí)效性強(qiáng)、觀測(cè)范圍大的優(yōu)勢(shì)，在震害信息調(diào)查中已被廣泛應(yīng)用。全極化雷達(dá)（PolSAR）遙感不僅具有雷達(dá)全天時(shí)全天候的對(duì)地觀測(cè)能力，而且比單極化和部分極化獲取的信息量豐富得多，已被逐漸引用到震害評(píng)估研究中。目前用PolSAR影像提取倒塌建筑物時(shí)，人們主要關(guān)注極化信息，忽略了紋理信息的利用。完好建筑物具有明顯的外形輪廓，呈現(xiàn)有規(guī)律的排列，在SAR影像中表現(xiàn)為規(guī)則分布的高亮幾何形狀，具有明顯的紋理特征。而倒塌建筑物分布散亂，規(guī)則的結(jié)構(gòu)受到破壞、樓群空間關(guān)系模糊、二面角效應(yīng)不明顯，在SAR影像中多呈現(xiàn)較散亂的次高亮分布，規(guī)則的紋理特征被削弱。

在PolSAR影像中，倒塌建筑和完好的傾斜建筑物都主要呈現(xiàn)體散射特征，因此只依靠體散射識(shí)別方法很難將倒塌建筑準(zhǔn)確提取出來(lái)。經(jīng)過(guò)研究分析，引入Mean、Homogeneity、Entropy和Correlation四種基于灰度共生矩陣（GLCM）的紋理特征參數(shù)，依靠紋理差異對(duì)倒塌建筑和傾斜建筑進(jìn)行區(qū)分，具有較好的效果，能夠提高倒塌建筑物的提取精度。

在PolSAR影像中提取倒塌建筑物，先對(duì)影像進(jìn)行極化分解，提取出體散射分量，再根據(jù)倒塌建筑和傾斜建筑的Mean、Homogeneity、Entropy和Correlation四種紋理特征差異，設(shè)定兩種建筑物的分離閾值，將倒塌建筑物分離出來(lái)。從PolSAR影像中分別選取倒塌建筑樣本和傾斜建筑樣本（圖略），對(duì)它們的總功率（SPAN）影像的4種紋理特征進(jìn)行分析。依據(jù)圖像特征和欲提取目標(biāo)，在紋理特征提取過(guò)程中，窗口尺寸選擇15×15，方向選擇45°，計(jì)算圖像的GLCM二次統(tǒng)計(jì)特征量。在圖1中對(duì)比了兩種建筑物的4種紋理特征直方圖，并用綠色虛線標(biāo)示出倒塌建筑和傾斜建筑的分界線，以此設(shè)定分離閾值。從圖1可以看出，兩種建筑物樣本的4種紋理特征均表現(xiàn)出明顯差異，這說(shuō)明基于GLCM的這4個(gè)特征參數(shù)能夠有效鑒別兩種建筑物?？傮w來(lái)說(shuō)，倒塌建筑物的Mean值、Homogeneity值和Correlation值均大于傾斜建筑物，但Entropy值小于傾斜建筑。

從所選樣本的PauliRGB圖像可以看出，倒塌建筑與傾斜建筑均呈現(xiàn)體散射特征，無(wú)法將它們區(qū)分開。而加入Mean、Homogeneity、Entropy和Correlation 4種紋理特征后，可以將倒塌建筑與完好傾斜建筑進(jìn)一步區(qū)分，降低倒塌率的過(guò)評(píng)估，從而提高倒塌建筑物的提取精度。

圖1　倒塌建筑物樣本與傾斜建筑物樣本的4種紋理特征直方圖對(duì)比（虛線表示劃分兩種建筑物的界線）