[发明专利]用于将图像彩色化的地理空间建模系统及相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及地理空间建模的领域，更特别地，涉及图像的彩色化及相关方法。

背景技术

地理区域的地形(topographical)模型可被用于许多应用。例如，地形模型可被用于飞行模拟器和其他规划任务(planning mission)中。此外，人造结构(例如城市)的地形模型在诸如蜂窝天线放置、城市规划、灾害预备和分析以及地图测绘之类的应用中可极其有帮助。

目前正在使用各种类型的地形模型。一种常用的地形模型是数字高程模型(DEM)。DEM是地理区域的采样矩阵表示，其可由计算机以自动化方式生成。在DEM中，使坐标点对应于高度值。DEM典型地被用于对不同高程之间的转变(例如，谷、山)之间总体上平滑的地势(terrain)进行建模。即，基本DEM典型地将地势建模为多个弯曲表面，并且其间的任何不连续性因而被“缓和”。另一种常用的地形模型是数字表面模型(DSM)。DSM与DEM类似，但是可被认为除了关于地势的信息以外还进一步包括关于建筑物、植物和道路的细节。

授予Rahmes等人、被转让给本申请的受让人、并且全文以引用方式被并入在本文中的美国专利No.6,654,690公开一种用于基于高程对位置的随机间隔的数据对包括地势和其上的建筑物的区域制做地形模型的自动化方法。该方法包括处理所述随机间隔的数据以生成与预定位置栅格对应的高程对位置的栅格数据，处理所述栅格数据以区分建筑物数据与地势数据，以及对于建筑物数据执行多边形提取以制做包括地势和其上的建筑物的区域的地形模型。

图像和地形模型中的着色可被用于方便地将附加的数据呈现给用户。例如，可使用合成颜色即伪颜色来呈现合成孔径雷达(SAR)和红外数据。更特别地，在这些应用中，返回数据的范围被映射到颜色带上，诸如在红外传感器应用中，较大的返回值的区域典型地被着色为红色而低返回值的区域典型地被着色为蓝色。

尽管如此，在这些应用中，真实颜色可能是有帮助的，换言之，显示器着色基于地形模型中的对象的实际视觉电磁谱反射性质。例如，草场被着色为绿色并且水团被着色为蓝色。通过对分类和识别地形模型中的对象提供帮助，模型中的真实着色对于用户来说可能是有益的。

有益的真实着色的潜在的示例性应用可以包括用户观看其中具有金属目标的农田的SAR影像。金属目标是高返回值(SAR)的区域并且典型地被伪着色为白色。金属目标周围的农业区域是低返回值的区域并且典型地被着色为黑色。在被呈现以该假想的SAR图像时，用户无法精确地评估金属目标的周围环境。在此示例性应用中，真实着色将会为用户提供有价值的背景场景(context)，并且将会将低返回值的农业区域向用户呈现为绿色，从而为用户提供精确的背景场景和周围环境。

用于为地形模型和图像提供真实着色的方法可以包括例如手动技术、纹理化或铺盖真实着色、同一传感器技术(same-sensor techniques)以及伪着色。

发明内容

鉴于前述的背景，本发明的一个目的因而是提供一种为单色影像提供彩色化的地理空间建模系统。

根据本发明的这个以及其它目的、特征和优点由一种地理空间建模系统提供，所述地理空间建模系统包含：地理空间模型数据库，其中存储有地理区域的彩色化的三维(3D)模型；以及与地理空间模型数据库协作的处理器。该处理器被配置为基于彩色化的3D模型生成与采集的单色图像对应的估计的单色图像，生成所述估计的单色图像与采集的单色图像之间的单色差值图像，以及基于所述单色差值图像生成与采集的单色图像对应的彩色化的图像。彩色化的图像可包括例如合成颜色和真实颜色。有利地，采集的单色图像被彩色化。

更特别地，所述处理器可被进一步配置为至少通过基于单色差值图像来更新彩色化的3D模型，基于更新的彩色化的3D模型并且对应于采集的单色图像生成估计的彩色化的图像，以及基于估计的彩色化的图像对采集的单色图像进行彩色化以提供彩色化的图像，从而生成彩色化的图像。

另外，采集的单色图像可具有与其相关联的采集几何和传感器特性数据，并且，该处理器可被进一步配置为基于所述采集几何和传感器特性数据来生成估计的单色图像。

在一些实施例中，采集的单色图像可与比该地理区域大的区域相关联，并且该处理器可被进一步配置为对采集的单色图像的相应部分进行彩色化。在其它实施例中，采集的单色图像可与等于或小于所述地理区域的区域相关联，并且该处理器可被进一步配置为对所采集的单色图像进行完全的彩色化。