基于小图斑的无人机影像数据批量裁切方法与流程

文档序号:19741530发布日期:2020-01-18 05:18阅读:711来源:国知局
基于小图斑的无人机影像数据批量裁切方法与流程

本发明涉及无人机影像数据处理及应用领域,具体涉及一种基于小图斑的影像批量裁切方法。



背景技术:

近年来,随着无人机技术的不断成熟,基于搭载遥感传感器的无人机数据采集与应用发展也日趋成熟。无人机影像数据已然成为了地理信息重要的数据来源,它具有高时效性、高空间分辨率、大数据量等特征,被广泛地应用在气象监测、资源调查与监测、突发事件处理等领域,具有十分重要的研究价值和应用前景。

通常情况下,在无人机影像数据应用领域中,应用和研究人员通常需要使用tb级甚至pb级存储设备存放无人机影像数据,这种大体量的空间数据对于计算机运算能力、算法运算效率均有着严苛地要求。针对无人机影像大数据量特性,研究人员分别从拼接、无人机影像渲染、分析等角度开展了系列研究,然而上述研究通常是将单幅无人机照片或者影像处理为一幅尺度更大、应用范围更广泛的区域,而忽略了对于特定感兴趣区域的影像提取工作,特别是在土地复垦调查、地理国情普查等工作中,往往是对某个复垦区域或者变化地区进行精细的对比、分析工作,而对于区域外的影像则不必关心。传统的无人机影像处理方法均注重影像的整体性,在运用无人机影像从事土地复垦调查、地理国情普查工作时,占用了大量的计算机内存空间,一定程度上降低了生成效率。

因此,一方面,找到一种适用于特定研究区域或者具备多个生产区域的影像裁切方法是解决这一问题的重要思路;另一方面,在土地复垦数据核查时,通常需要处理上千甚至上万个图斑对象,这就对裁切效率及批处理的支持度提出新的需求。然而,现有的影像处理方法均难以有效解决这一问题。如名称为“实时影像自动裁切方法”(申请号cn00109285.5)、名称为“基于虚拟打印技术不同比例尺正射影像裁切分幅输出方法”(申请号201610196808.0)、名称为“一种基于cad和gis协同的分幅影像生成方法及系统”(申请号201510613077.0)的专利中公开的影像裁切方法,均无法适用上述问题。



技术实现要素:

本发明致力于解决无人机影像数据体量过大造成的应用效率低下问题,特别是在土地复垦调查和地理国情普查工作中,基于无人机影像进行图斑核查和制图效率较为低下的问题,提供一种基于小图斑的、可以批量裁切无人机影像的方法。

本发明采用的技术方案如下:

基于小图斑的无人机影像数据批量裁切方法,包括以下步骤:

(1)对小图斑数据和无人机影像数据进行处理,遍历所有的小图斑,获取当前图斑的几何位置,并将当前图斑定位至地图窗口的中心位置;

(2)基于当前图斑的几何信息,通过构造带空洞的遮盖面的方式,对无人机影像数据进行裁切,其中,裁切模式包括两种可选模式:缓冲区裁切和包围盒裁切;所述缓冲区裁切是通过对当前图斑进行外向缓冲,构造缓冲面,通过当前地图窗口构造与其窗口大小一致的窗口面,利用空间擦除算法从窗口面中擦除缓冲面,形成带缓冲空洞的遮盖面;所述包围盒裁切是通过当前图斑获取其包围盒并构造包围盒面要素,然后用窗口面擦除包围盒面要素,得到带有包围盒空洞的遮盖面;

(3)基于影像输出接口,利用重采样手段对地图窗口进行重采样输出,并构建当前图斑的无人机影像空间坐标文件,然后将窗口移动至下一个图斑处。

进一步地,所述步骤(1)的具体过程为:

a)按照矢量叠加栅格的原则,组织小图斑数据和无人机影像数据,并针对矢量小图斑做符号化处理,确保待裁切小图斑视觉上不可见;

b)利用要素遍历方法,获取所有待裁切的小图斑信息,以此为基础构造小图斑遍历器;

c)依次取出遍历器中每一个小图斑,逐个获取图斑几何位置,通过移动地图窗口位置实现当前图斑定位。

进一步地,所述步骤c)中,执行遍历器,判断遍历器是否指向结束位置,如果不是,则取出当前索引位置的小图斑的序列号及图斑编号信息;然后通过当前遍历的小图斑序列号,从图斑要素类中获取该编号图斑的图形信息,提取小图斑图形的包围盒,并将包围盒的范围赋值给地图窗口。

进一步地,所述步骤(2)中,裁切的具体过程为:

a)获取地图窗口四角点的地理坐标;

b)创建与地图窗口尺寸一致的临时面作为压盖面,并完全覆盖在无人机影像上;

c)利用构造的包围盒面要素或者缓冲面,通过几何擦除,生成图斑域中空的遮盖区域。

进一步地,所述步骤c)中,以步骤b)创建的压盖面为被擦除对象,以包围盒或缓冲区为擦除对象,生成一个带有空洞的、覆盖整个地图窗口的裁切区域,该裁切区域中间部分为透明空洞,可视无人机影像,四周部分为白色区域,不可见无人机影像。

进一步地,所述步骤(3)的具体过程如下:

a)设置无人机影像的输出参数;

b)实例化影像输出类:依据输出参数,基于影像输出接口构造tif输出类,并设置tif输出类为地理tif文件类型,同时指定该类型需要输出影像坐标信息;

c)获取地图窗口屏幕坐标信息,计算给定重采样分辨率下点阵长度和宽度;建立屏幕像素坐标与地理坐标映射关系,利用影像输出类将地理空间数据转换为屏幕像素数据;

d)构造坐标文件:基于像素坐标和地理坐标映射关系,计算像素分辨率、旋转系数及参照点坐标;

e)存储裁切的影像及构造的坐标文件。

进一步地,所述步骤d)的坐标文件中包括x方向像素分辨率、x方向旋转系数、y方向旋转系数、y方向像素分辨率、左上角像素中心点x坐标和左上角像素中心点y坐标。

经过实践检验,本发明提供的缓冲区裁切、包围盒裁切方法能够较好地实现自定义选择的图斑影像区域裁切定制需求,最大限度满足了对高分辨率影像非图斑区域的数据保密需求。此外,本发明的批量裁切功能可以极大地提高影像裁切效率,减少人工裁剪工作量。利用该种方法可以有效解决大量图斑核查需求下的无人机影像快速裁切的问题,提高无人机影像数据的使用效率。

附图说明

图1为本发明裁切方法的流程示意图。

图2为本发明小图斑数据遍历与定位过程示意图。

图3为本发明无人机影像裁切区域构造流程示意图。

图4为本发明实施例中无人机影像裁切区域示意图,a)缓冲区裁切区域,b)包围盒裁切区域。图中虚线表示小图斑形状,在裁切时不予显示。

图5为本发明裁切区内无人机影像及坐标文件输出示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。

本发明的基于小图斑的无人机影像数据批量裁切方法着眼于大批量的核查图斑无人机影像裁切需求,如图1所示,包括小图斑遍历与定位、无人机影像裁切区域构造、裁切区内无人机影像输出及坐标文件输出,为解决无人机数据大体量与实际应用区斑块化之间提供了一条新的技术路线,有利于降低无人机影像数据的空间存储占用,提高了影像裁切工作效率。

本实例以windows7为操作系统环境,microsoftvisualstudio2010为开发环境,c#为开发语言,arcgisobjects10.2为二次开发平台;运行环境为arcgis10.2软件,小图斑文件以shapefile文件存储,无人机影像文件及最终裁剪结果文件为tif和tfw文件,具体实施过程如下:

一、小图斑遍历及定位:读取批量裁切的小图斑集合文件,获得每一个小图斑的空间及属性信息,并将当前获得的小图斑定位至地图中心位置。包括以下几个步骤:

步骤1裁切遍历前处理

裁切遍历前处理是指按照“先矢量后栅格”的顺序组织和符号化图层,具体步骤:将待裁剪的小图斑数据以shapefile文件格式加载到arcgis软件中,并设定图斑的面填充值为空值、轮廓线颜色值为空值;加载整体无人机影像tif文件,保持图斑面图层叠加在无人机影像图层之上。

步骤2构造小图斑遍历器

构造小图斑遍历器是指利用查询接口读取图斑要素类,并构造遍历循环,具体步骤:通过ifeaturequery和ifeaturecursor接口构造小图斑图层的遍历结构,通过查询语句获取小图斑中的所有图斑信息,并将查询结构集合作为遍历器对象,然后构造一个要素游标,使该游标指向遍历对象的第一个要素。

步骤3小图斑遍历与定位

小图斑遍历与定位是指对于遍历器中的图斑读取与空间定位,具体步骤:采用要素游标的移动实现小图斑逐步向下移动,对于每一个遍历到的游标,需要将游标类型转换为ifeature类型,并获取图斑编号和图斑序列号,该图斑的编号将会作为图斑所裁剪的影像名称;获得该游标的几何形状,并通过获取图斑的包围盒信息,将包围盒的四角坐标值设置为当前地图窗口的地理坐标值,完成对于图斑的定位过程;重复上述过程,即可逐个遍历和定位小图斑数据,当游标指向为空时,说明图斑已经遍历完毕,遍历过程如图2所示。

二、无人机影像裁切区域构造:针对每一个小图斑,采用给定距离包围盒、缓冲区算法构造需要裁切的影像区,然后采用空间擦除运算,以当前地图为主体,擦除生成带有包围盒或缓冲面空洞的临时压盖面。包括以下几个步骤:

步骤1获取裁切地图窗口几何位置

获取裁切地图窗口位置是指获取当前空间参考下的地图窗口大小一样的面要素,具体步骤:基于当前裁切图斑所在地图窗口,获取到窗口的四角坐标信息,然后基于无人机影像的地理坐标系统,调用ae的坐标转换接口,建立屏幕坐标向地理空间坐标下的地理坐标转换模型,实现地图裁切窗口的四角位置对应的在影像上的坐标值,以此创建一个窗口面要素。

步骤2构造裁切压盖面

构造裁切压盖面是指获取当前坐标系下与地图窗口尺寸一致的覆盖面。具体步骤:基于获取的窗口四角位置在无人机影像坐标系下的坐标信息,通过ienvelope接口,构造一个矩形对象,矩形的尺寸与当前地图窗口大小一致,并设定该矩形对象的填充颜色为rgb(255,255,255)白色、轮廓颜色为rgb(255,255,255)白色,此时,地图窗口被这样的临时压盖面所覆盖,无人机影像则被完全遮盖。

步骤3选择裁切方式

裁切方式主要包括缓冲区裁切和包围盒裁切两种,裁切模式的原理为:选择构造一个掩模区域的几何形状,该几何形状将会作为裁切量,针对步骤2中的压盖面进行“扣洞”式擦除操作,形成一个带有掩模区域形状的带洞压盖面,从而从视觉上形成一个仅展示图斑裁切掩模形状的无人机影像的地图窗口效果。构造裁切掩模区域的方法主要包括包围盒构造方法和缓冲区构造方法。对于包围盒裁切方式,读取当前图斑形状的最大、最小点,并构造该图斑的最小包围盒,以此生成待裁切矩形包围盒几何形状;对于缓冲区裁切方式,则采用多边形缓冲区算法,输入缓冲半径值,并构造出待裁切的缓冲区域形状。

步骤4构造包围盒

构造包围盒是指构造当前图斑的最小包围盒,具体步骤:通过读取当前图斑的几何形状信息,获取图斑几何的x坐标的最大值、最小值;y坐标的最大值和最小值,通过上述maxx、minx、maxy、miny四个值,构建一个矩形形状,该矩形即为当前图斑的包围盒。

步骤5构造缓冲面

构造缓冲面是指构造当前图斑的给定缓冲半径(30米)下的外向缓冲面,具体步骤:以当前图斑几何形状为基础,利用ae几何形状的buffer函数,输入一个指定的缓冲半径数值,如30米,则对于当前图斑的每一条边均向外作距离30米的平行线,然后依次求算出每一条边的外向平行线,计算外向平行线两两之间的交点,依次连接由外向平行线围成的封闭形状即为图斑的缓冲面。

步骤6生成裁切区

生成裁切区是指利用空间擦除方法对于窗口面和包围盒(缓冲面)进行擦除,保留带洞的遮盖面,形成视觉效果上的裁切区。具体步骤:基于步骤1到步骤4中构建好的压盖面和裁切形状(包围盒或者缓冲区),调用ae接口中的空间擦除运算函数,输入被擦除对象为压盖面,擦除对象为裁切形状,则产生一个带有空洞形状的白色窗口,透过空洞可见图层下方的无人机影像,而非空洞区域的地图窗口则被白色掩模所遮挡,从而形成视觉上的无人机影像裁剪效果,步骤1-4的实施效果如图3所示。

三、裁切区内无人机影像输出及坐标文件输出:基于影像输出接口,对已经构造好的无人机影像裁切区域进行给定分辨率的重采样输出,同时基于无人机影像的空间坐标系构造裁切成果坐标文本文件,完成当前小图斑的裁切影像及坐标文件输出,并自动移动窗口到下一个待裁切的图斑区域。包括以下几个步骤:

步骤1设置影像输出参数

设置影像输出参数是指规范好输出影像的图形特征,具体是指在构造采样输出类之前,预设好影像采样参数,主要包括重采样像素分辨率(dpi值)、图像缩放比、输出格式、输出文件路径及文件名。像素分辨率是输出影像的采样分辨率,dpi值越大,影像采样密度越大,数据量也相应越大,反之亦然;图像缩放比一般取值为1,这样不会改变图像的空间尺度;输出格式设置为tif文件格式;输出路径及文件名可以由程序指定路径及从图斑编号生成文件名。

步骤2实例化影像输出类

实例化影像输出类是指依据输出参数,基于影像输出接口构造tif输出类,并设置tif输出类为地理tif文件类型,同时指定该类型需要输出影像坐标信息。基于iexport接口,构造一个exporttifclass类,该种类型能够实现输出tif类型的采样结果,然后将步骤1中的像素重采样分辨率、图像缩放比参数赋值给exporttifclass类。

其中重采样分辨率值对应属性resolution,图像缩放比对应属性resampleratio。通常情况下resolution设置越大,采样结果的分辨率越高,其裁切时间也越长,反之采样结果则月底、裁切时间越短;resampleratio值大于1,则图像采样结果被放大给定值的倍数,值位于[0,1]区间内,则采样图像缩小给定数值的倍数,一般对于影像裁切而言,该数值设定为1,表示与原始图像一致。

步骤3地图窗口图像扫描点阵映射与获取

地图窗口图像扫描点阵映射与获取是指利用扫描方式对于当前窗口进行重采样,具体步骤:通过给定的采样分辨率和采样压缩比值,扫描当前窗口的采样高度、宽度,计算出采样粒度(扫描的行数、列数),然后通过调用地图窗口的映射方法,将地图窗口上的空间信息转换为输出的设备上下文数据,然后调用exporttifclass类的startexporting和finishexporting方法,完成影像重采样的输出。

步骤4构造坐标文件

构造坐标文件是指对于输出的裁切影像构造一个同名的坐标文件,具体是指基于当前地图空间上采样空间域,获取地理坐标系下的采样区高度和宽度,然后结合给定的采样分辨率和图像缩放比例,计算出水平方向(x方向)的像素分辨率值及旋转系数、垂直方向(y方向)的像素分辨率及旋转系数;通过获取地图空间上的采样空间域的左上角点的坐标值。

坐标文件以*.tfw格式存储,文件类型数据为文本型,内容组织顺序为:水平方向(x)像素分辨率、x方向旋转系数、y方向像素分辨率、y方向旋转系数、左上角像素中心点x坐标、左上角像素中心点y坐标。

步骤5存储裁切影像及坐标文件

存储裁切影像及坐标文件是指对于裁切的影像及坐标文件的批量输出。具体是指依据当前裁切的图斑编号,将构造好的图像数据和坐标信息分别以小图斑编号为名,写入到预先设定的影像裁切存储位置中。通过设置exporttifclass类的继承接口iexport方法指定exportfilename属性,在指定路径下存储重采样文件路径,批量裁剪时,文件名为小图斑的图斑编号;对于坐标文件,通过文本流的方式,将坐标文件写入到裁切影像存储的路径下,并以图斑编号命名。

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