基于暗通道原理的单幅山脉遥感图像高程值提取方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于遥感图像处理和分析领域，特别是一种基于暗通道原理的单幅山脉遥 感图像尚程?目息提取方法。
【背景技术】
[0002] 遥感图像在民用和军事领域都有非常广泛的应用，产生了巨大的社会和经济效 益。根据单幅遥感影像估计高程信息可以应用于滑坡、泥石流等自然灾害的检测。我国是 一个自然灾害多发的国家，因此，单幅遥感影像高程值提取在遥感图像处理中具有重要的 应用价值。
[0003] 现今，在国内外并没有见到有关单幅山脉遥感影像高程估计研究的报道。但是，有 不少学者致力于遥感图像的建筑物高度的检测。现在通过高分辨率遥感影像获取建筑物高 度信息的方法主要有两种。第一种是利用立体像对进行立体测量。第二中是从单幅遥感影 像入手以算法推倒为主，研究地面阴影与高度的关系，或研究单幅影像成像姿态与地面高 程信息的关系。利用高分辨率遥感影像立体像对专门完成建筑物高度的量算以此实现对建 筑物高度检测的应用很少，此领域基本侧重于城市三维建模和数字测图应用。由于建筑物 是比较规则的地物，运用它的这一特性许多学者开始研究如何从单幅航片、高分辨率遥感 图像中提取建筑物高度的算法，这也是当前研究的热点。单幅影像的立体测量基本都是从 成像姿态和共线方程原理入手建立几何关系，或是从建筑物阴影的长度来求解其高度，至 今未有更精确，更简便的方法。主要包括两种方法，一是利用成像姿态和共线方程求解建筑 物高度。单张影像的立体量测基本都涉及卫星和太阳的高度角、方位角以及与建筑物的几 何关系、影像的摄影姿态等参数，一般都需借助共线方程建立几何关系，最后完成建筑物高 度的解算。另一种方法是利用阴影长度检测建筑物高度。这种方法工作量小，成本相对航 空摄影测量要低，其突出优点是数据获取方便，能得到实时性强的数据。首先需要检测建筑 物阴影的长度和方向，然后根据卫星、太阳的高度角和方位角等与阴影的几何关系求解建 筑物高度。在这种方法中，研究者都做了无地形干扰、建筑物外部轮廓简单且垂直地表的假 设。由于实际情况往往与此不符，所以此方法存在局限性。
[0004] 2009年，何恺明等人提出了一种运用暗通道先验去雾的算法，将暗通道原理应用 于单幅图像去雾，取得了较好的效果。同时，在去雾的过程中，产生了准确的景深图像，此图 像能够反映景物与镜头之间的距离。He利用Levin等人提出的soft matting过程计算得 到优化透射图。由于soft matting过程的时间和空间复杂度均较高，近来有不少学者提出 了一些改进方法，例如基于加权暗通道的方法，此方法对图像的边缘和非边缘部分使用不 同的权值，从而达到优化的目的；基于透射梯度优先和多分辨率处理的方法；基于联合双 边滤波的方法等。我们将该算法应用于遥感图像高程估计，得到了一个大致符合事实的高 程信息图。但由于太阳光照、山脉高度等因素，会造成遥感图像局部地区有阴影，而阴影的 存在，掩盖了该地区原本的高程信息，大大影响了所得高程信息图的准确性。
[0005] 由上可知，现有技术中尚不能准确的对存在阴影的山脉遥感图进行图像高程信息 提取。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种基于暗通道原理的单幅山脉遥感图像高程值提取方 法，能够提取出包含阴影的单幅山脉遥感图像的较准确的山脉相对高程信息。
[0007] 实现本发明的技术解决方案为：一种基于暗通道原理的单幅山脉遥感图像高程值 提取方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1、确定卫星遥感图像中山脉的阴影区域；
[0009] 步骤2、对步骤1中确定的阴影区域亮度进行调整，得到每块阴影区域的调整参 数；
[0010] 步骤3、对步骤2中调整后的图像应用暗通道原理进行处理，得到初步的高程信息 图；
[0011] 步骤4、利用软抠图算法对初步的高程信息图进行优化，得到最终的高程信息图。
[0012] 本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明能够提取出存在阴影的单幅山 脉遥感图像的较准确的相对高程信息；2)本发明的方法易于理解，操作简单，通过图像可 以直接得到其高程信息图；3)本发明的方法运算时间短，运算结果准确度高，与事实相符 合。
[0013] 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明中阴影处理的示意图，其中图（a)是输入图像，图（b)是确定的阴影 模板。
[0015] 图2是本发明中应用暗通道的示意图，其中图（a)是暗通道图像，图（b)是初始高 程图，图（c)是软抠图优化的高程图。
[0016] 图3是本发明中定性分析的示意图，图3的图像大小为467*392;其中图3 (a)为 山脉遥感图像，图3(b)为该地区的地形图，图3(c)为本发明算法的结果，图中，亮度越大表 示高程越大，亮度越小表示高程越小。
[0017] 图4是本发明中定量分析的示意图，图4的图像大小为394*365 ;图4(a)为山脉遥 感图像，图4(b)为本发明的算法结果，亮度越大，高程越大，图4(c)显示的是本图的7个 米样点。
[0018] 图5为本发明的基于暗通道原理的单幅山脉遥感图像高程值提取方法流程图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明的一种基于暗通道原理的单幅山脉遥感图像高程值提取方法，包括以下步 骤：
[0020] 步骤1、确定卫星遥感图像中山脉的阴影区域；具体为：
[0021] 步骤1-1、判断图像中的像素点是否为阴影点，如果红绿蓝三通道的值均小于灰度 阈值点M，则判定该点为阴影点，否则不为阴影点；
[0022] 步骤1-2、将面积S小于面积阈值N的阴影区域排除，保留面积S大于等于面积阈 值N的阴影区域；
[0023] 步骤1-3、使用形态学闭运算去除阴影区域内部的空隙，得到卫星遥感图像中山脉 的阴影区域。
[0024] 步骤2、对步骤1中确定的阴影区域亮度进行调整，得到每块阴影区域的调整参 数；对阴影区域亮度进行调整具体为： / -I m
[0025] 步骤2-1、根据公式= 确定各阴影区域的调整参数，其中，i表示各阴 影块的序号，ls(i)表示每块阴影的平均亮度，Iu表示图像中除阴影块的其他区域的亮度， a (i)表示每块阴影区域的调整参数；
[0026] 步骤2-2、采用步骤2-1中得到的调整参数，对阴影区域进行亮度调整，得到调整 后图像。
[0027] 步骤3、对步骤2中调整后的图像应用暗通道原理进行处理，得到初步的高程信息 图；对调整后的图像应用暗通道原理进行处理所用公式为：
[0028]
[0029] 式中，?〇)为初步的高程信息图，ω为常量参数，Ω (X)是一个以X为中心的小图 像块，Γ是I的一个颜色通道，A是大气光向量。
[0030] 步骤4、利用