[发明专利]机载LiDAR点云辅助的正射影像镶嵌线自动选取方法及系统

说明书

本发明提出一种机载LiDAR点云辅助的正射影像镶嵌线自动选取方法及系统，包括数据准备，包括输入两张有一定重叠区域的正射影像和对应重叠区域的点云数据，以及重叠区域中镶嵌线的起点位置S和终点位置E、点云格网的尺寸；基于点云数据通过动态规划获取初始镶嵌线，包括将点云按照平面坐标进行规则划分，得到规则体素，然后以体素为单元通过动态规划找出从S到E的最优镶嵌线，作为初始镶嵌线，其结点均为体素的中心；基于影像信息的镶嵌线优化，包括在通过点云动态规划得到的初始镶嵌线的基础上，利用影像信息进行优化，得到优化后平滑的镶嵌线。本发明大大降低了影像镶嵌线两边的视觉不一致问题，使镶嵌线成功避开房屋等高程突变的区域。

技术领域

本发明属于测绘科学与技术领域，涉及一种点云辅助的正射影像镶嵌线自动选取方法及系统，主要应用于航空摄影测量中正射影像的大范围拼接和机载LiDAR系统中正射影像的大范围拼接。

背景技术

由于地面起伏和影像成像角度的不同，纠正后的正射影像上植被、房屋等地物在不同影像上的成像位置具有差异，即影像视差，基于影像自身的灰度、梯度和纹理等信息，构建代价矩阵可在一定程度量化这种差异，以代价最小为标准，利用动态规划算法，求得最终镶嵌线，可在一定程度上绕开房屋、植被等障碍地物。这一过程中得到的镶嵌线具有全局最小的代价值，但并不能保证镶嵌线局部的视觉不一致性小。为此，可预先分割出重叠区域影像的前景区域，设置前景区域为镶嵌线不可通过区域，从而使最终的镶嵌线在局部代价更小。前景分割可通过两种方式实现：第一种，通过设定阈值T,使代价矩阵值大于阈值T的区域为前景区域，阈值T可利用迭代自适应的方式求得，满足镶嵌线的起点和终点连通；第二种，是一种基于对象的方法，首先将重叠区域的影像进行分割得到对象，基于对象构建超像素代价矩阵，设置阈值I，阈值I可利用迭代自适应的方式求得，使超像素代价满足起点所在超像素和终点所在超像素连通。上述仅依赖影像本身的自动镶嵌方法难以完全实现建筑物、植被等障碍地物的避让，因此引入房屋、道路矢量信息、DSM、点云等数据辅助镶嵌线的自动选取，可以提高自动镶嵌过程中障碍地物避让的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种点云辅助镶嵌线自动选取的技术方案，以简化点云辅助镶嵌线选取，提高大范围正射影像生成接边精度。

本发明技术方案提供一种机载LiDAR点云辅助的正射影像镶嵌线自动选取方法，包括如下步骤：

步骤一，数据准备，包括输入两张有一定重叠区域的正射影像和对应重叠区域的点云数据，以及重叠区域中镶嵌线的起点位置S和终点位置E、点云格网的尺寸；

步骤二，基于点云数据通过动态规划获取初始镶嵌线，包括将点云按照平面坐标进行规则划分，得到规则体素，然后以体素为单元通过动态规划找出从S到E的最优镶嵌线，作为初始镶嵌线，其结点均为体素的中心；

步骤三，基于影像信息的镶嵌线优化，包括在通过点云动态规划得到的初始镶嵌线的基础上，利用影像信息进行优化，得到优化后平滑的镶嵌线。

而且，步骤二中，定义原始点云为划分的点云体素为动态规划问题的目标函数为：

其中，指的是从起始体素到体素的最小代价，这一最小代价对应的是体素到体素的最优路径；指的是体素的相邻点云体素，β为调和系数，为从体素到某一个相邻体素的路径的局部代价函数。

而且，β的取值如下，

而且，局部代价函数定义为，

其中，λ为系数，与分别为体素与体素的平均归一化高程。

而且，步骤三中，定义基于点云获得的初始镶嵌线为在正射影像重叠区范围内将这一折线进行膨胀，得到缓冲区域，定义为