[发明专利]基于高程和角度约束的遮挡检测方法

说明书

一种基于高程和角度约束的遮挡检测方法，属于图像处理技术领域。本发明的目的是基于角度的遮挡检测方法的基础上，为提高遮挡区域检测的精度和效率，对基于高程约束的遮挡检测算法进行了改进，提出了一种基于高程和角度约束的遮挡检测方法。本发明步骤是：保留对当前点进行可见性分析的结果信息，记录对应的五个参数，计算出变化单个像素距离产生的高程差，判断搜索路径上与前一层的交点是否可见。本发明具有精度高、可见性分析速度快等优点。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域。

背景技术

大倾斜航空影像在成像过程中，地形起伏和建筑物很容易引起遮挡，尤其在地形起 伏较大的地区，将存在大片的遮挡区。在对大倾斜航空影像进行几何校正时，如果不消除大 片的遮挡区域，将产生严重的重影现象，将对影像的应用产生严重的影响。

遮蔽检测算法根据处理时采用的地表数据形式的不同，可分为基于栅格数据的遮挡 检测算法和基于矢量数据的遮挡检测算法；根据基本原理的不同，可分为Z-buffer算法、基 于角度的遮挡检测算法、基于高程的遮挡检测算法、光线追踪遮挡检测算法、PBI算法、基 于三角网的遮挡检测算法，以及基于这些算法和数据特点的衍生算法。

(1)Z-Buffer算法

Z-Buffer算法的依据是：在同一条投影光线上的所有地物点，距离摄影中心近的地物点离投 影中心远的地物点。在进行遮挡检测时，需要记录原始影像上各个像点对应的Z-Buffer矩阵 和DSM网格的可见性矩阵，分别记为p_buffer和P_visible，其中p_buffer记录了对应物点P 和像点p的距离D和该物点P的坐标。采用Z-Buffer算法进行遮挡检测的过程为：首先将 p_buffer的深度都设置成无穷远，DSM网格的可见性都设置成可见，对DSM网格上的点P根 据共线方程进行校正时，计算点P对应的像点p和它们的距离D，根据p的坐标取出对应的 p_buffer，假如D＜p_buffer_D，将p_buffer中记录的物点位置记录为不可见，并使 p_buffer_D＝D，p_buffer_P＝P，否则将物点P记录为不可见，循环完成对整幅影像的可见性分析。

Z-Buffer算法思路简单、计算量小、效率高，但这种算法也存在致命的缺陷，只有在一个物点对应一个像点的前提下才能得到理想的效果，当一个物点覆盖多个像点时就可能 导致伪可见和M-Portion问题，当一个像点覆盖多个临近物点时就可能导致伪遮挡的问题。 因此Z-Buffer算法很难适应成像倾角大和地形起伏较大的影像。

(2)基于角度的遮蔽检测算法

基于角度的遮蔽检测算法基本原理是：在地底点和待检测点的水平连线上，每个地物点对应 的投影光线与水平面都有一个夹角，根据夹角的变化来分析待检测点的可见性。在地物点与 地底点的水平连线上，逐渐远离地底点的方向上，如果投影光线与水平面的夹角逐渐变小， 则没有遮挡；如果在某一位置突然变大，而后又变小恢复或小于原来的角度，则该段区域被 遮挡。

该算法具有简单明了、理论严密的特点，能适用于各种复杂的环境，不会存在Z-Buffer 算法的伪遮蔽、伪可见和M-Portion问题。但也因为对每一个地物点都要进行角度的比较来 分析其可见性，频繁的角度计算使得处理效率低、耗时长。同Z-Buffer算法一样，如果不通 过先验的信息确定合适的扫描方式，将会存在严重的重复计算，因此快速高效的扫描方式也 是该算法需要解决的关键问题，Habib采用螺旋扫描的方式来提高效率，同样，Z-Buffer算 法的改进算法的思路也都适用该算法以提高处理的效率。

(3)基于高程的遮挡检测算法