ecognition影像解译软件及应用简介

eCognition

影像解译软件及应用简介李明杰

导师：钱乐祥2008年11月引言传统的遥感变化监测和信息提取主要是基于中低分辨率遥感卫星数据或航片，通过目视判读或基于像素的分类方法，信息提取的精度和效率不能兼顾。近15年来随着遥感技术的发展，遥感数据源不断增多，分辨率不断提高，信息提取技术已经成为制约遥感产业化应用的主要瓶颈。另外空间分辨率的空前提高，使得影像纹理信息极大的丰富，传统的基于像素的分类方法无能为力。基于eCognition的面向对象分类技术就是在这样的背景下产生的，它是数据向信息转化的助推器。面向对象分类方法eCognition是德国Definiens公司开发的全球第一个面向对象的影像分析软件，它模拟人类大脑的认知过程，从不同的尺度和周围对象的关系把握认知目标，是计算机高速处理和人类认知原理的完美结合，兼顾了速度和精度语义信息对于影像分析极其重要，而单个像素是无法表达语义信息的，只有有意义的影像对象及其相互关系才可以表达语义概念。你从下图能辨别出什么呢？Whatdoyousee?在上下文语意中，我们可以判断这是盘子inthiscontext:aplate在这个上下文语意中，我们可以判断蓝色的圆盘是车轮：inanothercontext:awheel面向对象的认知技术——模拟人类认知无法判断是什么东西，特征：黄颜色与黄颜色的花朵有关的东西，特征：黄颜色、花瓣黄色的花朵上蜜蜂的翅膀，特征：知识、黄颜色、花瓣黑黄蓝绿背景花瓣其他这居然是一朵花？为什么是一朵花？只能看到黄颜色为主可以判断出这是一朵黄花。特征：花瓣，黄颜色这是一朵上面有只蜜蜂的黄色向日葵。特征：知识、黄色、花瓣面向对象的认知技术——模拟人类认知认知网络

CognitionNetwork认知网络我们建立了对象的层次，每个对象通过和其它的对象的关系变的具有一定的意义。比如上下文关系。

Webuildahierachyofobjects.Eachobjectinthishierarchyesmeaningfulthroughit‘srelationshipstootherobjects,i.e.itscontext.汽车car轮子wheel蓝色的像素bluepixel底盘chassis视觉模式可能是人类最主要的信息源Thevisualchannelisprobablythemostimportantsourceofinformationforhuhans

组成影像images从影像提取信息是人类的一个关键的认知能力Extractinginformationfromimagesisakeyhumancapability

认知cognition计算机模仿人类独特的认知能力Computersbegin

toemulatethisuniquecapability

易康软件eCognitionDefiniens公司用易康软件把影像转换为知识DefiniensemployseCognitiontoturnimagesintoknowledge

影像智能imageintelligenceImages:AMajorSourceofInformation把影像转换为知识TurningImagesintoKnowledgeDefiniens产品线-从桌面版到企业版

DefiniensProductLines–fromDesktoptoEnterprise桌面版软件DesktopSoftwareeCognition1.0eCognition2.0eCognition3.0eCognition4.0DefiniensProfessional5.0DefiniensDeveloper7.0企业版软件EnterpriseSoftwareDefiniensDeveloper6.0DefiniensEII6.0DefiniensDeveloper7.0DefiniensEII7.0聚焦于科学研究和政府遥感市场FocusonscientificandgovernmentalRemoteSensingmarkets聚焦于商业和高产出市场Focusoncommercialandhigh-throughputmarkets1.升级TheUpgrade2.跨越TheRampup从桌面版到企业版

FromDesktoptoEnterpriseeCognition4DefiniensProfessional5DefiniensDeveloper7DefiniensEII数据管理DataManagement

自动工作空间WorkspaceAutomation

批处理功能BatchProcessing

元数据使用，投影功能Metadatausage,Projection

终端用户GUI，工作空间End-UserGUI,Workspaces

预处理，二次开发Preprocessing,SDK

变量功能，规则集加密Variables,RulesetEncryption

规则树ProcessTree

a域概念DomainConcept

单景影像处理SingleImageProcessing

模糊隶属度FuzzyLogic

类层次ClassHierarchy

产品性能IncreasingLevelofAutomationDefiniens企业版影像智能套件

DefiniensEnterpriseImageIntelligence™SuiteDefiniens开发者DeveloperDEVELOPRULEWAREDefiniens构架师ArchitectCONFIGURESOLUTIONDefiniens分析人员AnalystEXECUTEANALYSISDefiniens浏览ViewerREVIEWRESULTSImageAnalystInformationConsumer,Manager,OtherDepartmentsImageAlgorithmExpertDomainExpertRuleSetSolutionsResultsDefiniensGRIDSubmitSubmitSubmit服务器端产品–服务器ServerRoom客户端产品

–

工作站Definiens企业版影像智能软件-客户端

DefiniensEnterpriseImageIntelligence–ClientproductsDeveloperArchitectAnalystViewer结果浏览Reviewingresults

手动编辑ManualEditing

批处理BatchProcessinga

单个影像处理SingleImageProcessing

执行解决方案ExecutingSolutions

创建规则集CreatingRuleSets

创建解决方案CreatingSolutions

工作空间的自动化管理WorkspaceAutomation

Professional

ImageAnalyst

(DomainExpertise)DefiniensArchitectSolutionTailoringmadeeasy企业版客户端

EnterpriseClientsDefiniens

AnalystEXECUTEANALYSISDefiniensViewerREVIEWRESULTSInformationConsumer,Manager,OtherDepartments影像分析人员Submit地学专家Geoinformaticsexpert影像算法(ImageAlgorithms)DefiniensDeveloper通用规则库开发GenericRulewareDevelopment企业版的客户端

EnterpriseClientsDefiniens

AnalystEXECUTEANALYSISDefiniensViewerREVIEWRESULTSInformationConsumer,Manager,OtherDepartmentsImageAnalystSubmitBioinformaticsexpert(ImageAlgorithms)影像分析专家ImageAnalyst

(DomainExpertise)DefiniensDeveloperGenericRulewareDevelopmentDefiniensArchitect很容易生成解决方案SolutionTailoringmadeeasy企业版的构架

EnterpriseConfiguration可升级的处理和构架Scalableprocesses,scalableinfrastructureeCognition技术特点影像对象多尺度分割德国易康eCognition软件面向对象的遥感影像解译思想朝更接近人类思维模式的方向又迈进了一步，而且其解译的精度和效率通过下面介绍的一些影像解译实际应用项目得到了较系统客观的检验与验证；虽然其影像分割与人类视觉的理想模式还有一定的距离，但是相对于以往遥感影像解译软件的解译质量已有突破性改善，操作的灵活性和效率亦有重大改进，特别适用于对大比例尺影像的解译，可以在一定程度上解决当前急需的遥感影像解译问题，对于遥感影像在城市规划及农业、林业等领域的应用将有很大的促进作用。面向影像对象（1）面向像素的解算模式将像元孤立化分析，解译精度较低且斑点噪声难以消除，面向对象的方法可以解决上述问题。

（2）利用影像分割技术把影像分解成具有一定相似特征的像元的集合—影像对象；（3）影像对象和像元相比，具有多元特征：颜色、大小、形状、匀质性等多尺度影像分割

MultiresolutionImageSegementation使用aster数据进行森林破坏监测DeforestationMonitoringfromASTERdata.Rondonia,Brazil在一个工程中，针对不同的分类任务，生成不同尺度的影像对象层次Objectgenerationonmultiplescalestoadressdifferentlyscaledclassificationtaskwithinoneproject建立影像对象的层次网络，可以在不同的尺度同时表征影像信息。Buildupahierarchicalnetworkofimageobjects,whichallowstherepresentationoftheimageinformationcontentatdifferentresolutions(scales)simultaneously.分类-给对象赋予意义

Classification–puttingmeaningbehindobjects一旦创建了对象，就可以对他们进行分类.不仅可以利用光谱信息，而且还可以利用上下文信息。

Onceobjectsarecreated,theycanbeclassified.

Notonlyspectralpropertiesbutalsocontextualinformationcanbeused.在分类以后，可以利用复杂的空间关系，合并小的对象生成较大的对象Aftertheclassification,objectscanbemergedtoformevenlargerobjectswithcomplexspatialrelationships.与该软件相关的俗语认知网络语言：基于图形用户界面的编程语言，可以进行基于对象的规则集开发。CognitonNetworkLanguage™:GUI-basedprograminglanguageforobject-orientedrulesetdevelopment规则集：用来解决影像分析问题的处理算法集合Ruleset:sequenceofprocessalgorithmsusedtosolveimageanalysisproblems过程：影像分析流程中单个的处理步骤，如：分割、合并、分类等Processes:individualstepsintheimageanalysisworkflowperformingtaskslikeobjectgeneration(segmentation),changingshapesofobjects(fusion)andobjectclassification(classhierarchies,fuzzylogic,etc.)解决方案：把具有终端图形用户界面的规则集进行扩展，可以进行校准和手工编辑。Solution:extendedrulesetwhichtypicallycontainsanend-userGUI,iscalibrateableandcanbeusedformanualediting规则集-不是黑箱

TheRuleset-it’snotablackbox模拟人类认知过程，是一系列分割和分类过程的交替迭代TranslatethehumanrecognitionprocessaseriesofiterativesegmentationandclassificationstepsDefiniensDeveloper提供了语言进行高级影像分析算法的开发DefiniensDeveloperprovidesanartificiallanguagefordevelopingadvancedimageanalysisalgorithms.这些算法采用了面向对象影像分析和局部自适应处理原理Thesealgorithmsusetheprinciplesofobjectorientedimageanalysisandlocaladaptiveprocessing.这些是完全可以通过规则集来实现Thisisachievedbyprocesses.应用

Applications案例一、IKONOS影像信息提取试验北京玉渊潭周边2002年10月5日成像的1米彩色IKONOS数据；主要土地利用类型包括：水体、草坪、树、非植被（建筑、道路和施工裸地）

1.1多尺度分割1.2分类1.3分类1.4分类1.5结果导出矢量信息案例二、基于专题图土QB影像的土地利用分类（云南）

QB融合影像（局部）建筑用地矢量图层新建工程QB影像建筑用地矢量图层工程信息按矢量图层分割利用矢量属性分类编辑、插入NDVI寻找阈值利用featureview检视工具寻找合适的阈值（左图：符合阈值要求的对象（案例中的水体），右图：选择特征、设定阈值）建立完整的ruleset按照ruleset进行地物分类根据地物的光谱特征以及影像对象间的相邻关系，在影像上区分水体，道路，植被，裸地等地物类别。经过手动优化后的分类结果

三、其他行业的应用

规划行业——城市变化检测FCCFCCBuildingFootprintsOverlayedBuildingFootprints规划图——建筑物提取规划行业——用地分类QuickbirdMSImage(0.6MGSD)ImperviousSurfaceClassificationImperviousPervious规划行业——特定目标提取MapAirportsDenverInternationalAirportUSAApronandOtherFeaturesRunwayTaxiway规划行业——土地利用分析WaterRailroadResidentialGrassRecreationCommercialRoadsandParkingLotsLanduse/LandcoverLayerLandUseandSuitabilityAnalysis

Landuse/landcoverMap

规划行业BaselineAssessmentsVisualAccountofthelandUp-To-DateInformationSupportGISInfrastructureAssessments

ResidentialCommercial

IndustrialGreenSpace/Park

TransportationCorridor

TransmissionCorridorWetlandsQuickBird2.4mMultispectral

Sunnyvale,California

变化监测Changes20022005Delhi,IndiaNewconstructionscanbemonitoredusingQBimagery变化监测Changes20022005Delhi,IndiaIdentifyPotentialIllegalEncroachmentsofLand洪水监控PreFloodDuringFloodPre-FloodRiverProfileFloodedAreasFloodedAreaRiverBedRiverBedManmadereservoireliminatedfrombeingclassifiedasfloodedarea,usingproximityruletopre-floodriverbed.FloodMapping绿地提取TreeCrownLocationsQ