[发明专利]一种对象语义约束的真正射影像优化采样方法

说明书

技术领域

本发明属于地理空间信息系统技术领域，特别是涉及一种对象语义约束的真正射影像优化采样方法。

背景技术

随着高分辨率影像的日益普及，城市地区立体空间分布的地形地物导致的影像投影差、遮挡、阴影等问题凸显出来，严重影响了数字正射影像（DOM）的准确判读和应用效能，造成正射影像与建筑物矢量图叠加困难。已有的正射纠正处理技术遇到巨大困难，自上世纪90年代以来，国际上开始探索兼顾地形和地物起伏的“真正射影像”生产技术。真正射影像纠正的关键在于：（1）使用高精度高分辨率的数字表面模型（DSM）代替传统的数字高程模型（DEM）进行几何纠正，改正针孔成像造成的几何形变与位移；（2）准确检测并采样恢复遮挡与阴影区域，保证真正射影像的纹理结构完整真实。

根据几何纠正对遮挡检测的依赖关系，目前的真正射纠正方法可分为间接法和直接法两大类：（1）间接法继承了传统正射影像处理，针对真正射纠正的需要增加了遮挡检测与遮挡补偿两个环节，在几何纠正之前对物方DSM独立进行遮挡检测或可见性分析，对可见区域进行几何纠正，对遮挡区域进行纹理补偿。但逐像片遮挡检测计算量大、复杂费时，且依赖于检测算法的结果精度；遮挡补偿需要对不同成像角度的邻近影像上的可见区域纹理进行挖补式纹理采样，补偿像素的选择原则主要有底点最近原则和顺序选取修复原则。挖补式补偿易造成影像纹理的不连贯，使得后期影像镶嵌与匀光等辐射处理的难度增加，需要人机交互而难以实现自动化。（2）直接法是基于多视影像的空三解算、密集匹配生成DSM，同时记录地面点与影像点之间一对多的可视对应关系，在几何纠正的采样过程中选取地面点对应的最佳可见像素，避开了间接法中复杂的遮挡检测与遮挡补偿；且以像素为单位组合生成真正射影像，简化了影像拼接与镶嵌过程。因此直接法被认为是最有前途的全自动处理方法，但存在如下难点：多视匹配对影像重叠度依赖性较强，如在建筑物密集的城市区域，影像的航向和旁向重叠要求至少达到68%和75%；生成的DSM点云缺乏准确的地物轮廓边界特征信息，且部分点云经内插后不能完全贴合地表，容易导致地物边缘模糊和局部失真；多视匹配与同名点记录计算量大，往往需要并行处理，对软硬件要求很高。

综上所述，已有的间接法和直接法均局限于“像素级”的真正射纠正处理，对地面采样间距（GSD）十分敏感，且对DSM精度要求很高，而生成高精度的DSM并进行逐像素纠正也使得计算量剧增，处理代价巨大。随着影像分辨率的提高，高低起伏的地物对象在影像上往往由多个像素组成，“像素级”真正射影像处理方法忽略了对象纹理结构及其相互关系，难以保证地物几何特征的准确性、纹理结构的完整性。因此，需要引入面向对象的思想，将“像素级”处理提升到“对象级”：有效利用像素本身灰度信息及像素间的关联信息，通过对象的提取与语义表达简化、突出重要的感兴趣信息。将影像分割与立体匹配相结合，对二维影像与三维场景进行“对象级”分割，有效解决成像遮挡造成的立体匹配的困难，建立三维目标特征与二维影像特征之间的映射关系。综合利用对象的语义信息，进行真正射影像优化采样，可有效剔除遮挡和阴影等不理想纹理，获得优质可靠的真正射影像。目前本领域尚未有相关技术方案出现。

现有技术可参见以下参考文献：

[1] Albertz J, Wolf B. Generating True Orthoimages without a 3D Surface Model[J]. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. 2004, 35(3): 693-698.

[2] Amhar F, Josef J, Ries C. The generation of true orthophotos using a 3D building model in conjunction with a conventional DTM[J]. International Archives Photogrammetry, RemoteSensing. 1998, 32 (4): 16-22.