基于最小距离变换的正射影像镶嵌拓扑网自动生成方法

基于最小距离变换的正射影像镶嵌拓扑网自动生成方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于最小距离变换的正射影像镶嵌拓扑网自动生成方法。数字正射影像(Digital Orthophoto Map，DOM)作为测绘的4D产品之一，其在生产过程中由于单幅遥感影像的幅宽限制，离不开测区范围内多幅正射影像见的镶嵌合并。镶嵌拓扑网的自动生成是影响DOM产品生产的关键步骤之一。为了避免以往利用大量矢量镶嵌线构拓扑多边形的复杂度，本发明提出了一种基于最小距离变换的栅格镶嵌多边形自动生成方法，并在此基础上发展了一种镶嵌拓扑网的自动生成技术。通过大量实验，表明该方法是合理、有效的，而且极大提高了整个测区正射影像镶嵌的自动化程度。
【专利说明】
基于最小距离变换的正射影像镶嵌拓扑网自动生成方法
技术领域
[0001]测绘科学与技术
【背景技术】
[0002]数字正射影像(Digital Orthophoto Map，DOM)作为测绘4D产品之一，由于能直观形象地反映地表各要素的分布及形态等，一直是基础地理信息数据的重要组成部分，也是目前最有价值的数字化地理信息产品。因此，如何快速、自动地进行DOM产品的生产是基础地理信息数据生产与更新的一个重要课题，对“智慧地球”建设具有重要意义。由于获取单片遥感影像的幅宽限制，制作DOM产品过程中离不开多片遥感影像间的镶嵌拼接。为了保证拼接时影像重叠区域像素值的平缓过渡，需要在重叠区域寻找合理的镶嵌线构成拓扑多边形，并在多边形内外设置一定范围的缓冲区，计算各相关影像对应像素值的权重大小。由此可见，镶嵌拓扑多边形的自动生成是影响DOM产品生产的关键步骤之一。而拓扑多边形的构成是在镶嵌线生成的基础上进行的。
[0003]自从Milgram于1975年提出计算机镶嵌技术以来，如何在影像重叠区域寻找镶嵌线已成为国内外众多学者的一个重要研究方向。2013年，周清华等人回顾并总结了目前的主要研究成果，将镶嵌线自动生成方法大致划分为:基于重叠区域影像差异的方法、基于同名点的方法、基于外部辅助数据的方法和基于形态学的方法，并指出基于形态学的方法是一个新的思路，是具有未来发展前景的一个研究方向。通常情况下，测区内的每张影像总有一些与其相互重叠的影像。为了构成这张影像的拓扑多边形，首先要利用上述镶嵌线自动生成方法来计算该影像与其周围各影像的镶嵌线，然后通常采用矢量线计算的方式进行求交、合并等来构成矢量拓扑多边形。而利用矢量线构拓扑多边形，其计算的复杂度会随着相互重叠影像数量的增加及其重叠方式的不规则性而不断提高。而且矢量线计算的正确性直接影响了拓扑多边形的构成精度。

【发明内容】

[0004]本发明的目的在于为了避免当大量正射影像相互重叠时利用矢量镶嵌线构成拓扑多边形的计算复杂性，并保证最后生成拓扑多边形的正确性。
[0005]本发明利用正射影像的有效范围二值图，基于形态学最小距离变换来计算相互重叠正射影像间的镶嵌线栅格影像并构成栅格拓扑多边形，然后在此基础上，通过矢量化该栅格拓扑多边形自动构成镶嵌拓扑网。
[0006]镶嵌线:正射影像两两之间重叠区域的中心线。
[0007]镶嵌多边形:通常情况下，测区内每张正射影像总存在着与其相互重叠的其它正射影像。这些正射影像就构成了一个影像数据集合。数据集中若以其中一张正射影像为主影像，那么该影像与其它影像两两之间都存在着镶嵌线。利用各镶嵌线和该影像的有效范围边界就构成了这张影像的镶嵌多边形。
[0008]镶嵌拓扑多边形:既然数据集内包含有多张正射影像且每张影像都有其对应的镶嵌多边形，那么由这些多边形按照地理位置合并就构成了该数据集覆盖区域的镶嵌拓扑多边形。
[0009]镶嵌拓扑网:利用镶嵌拓扑多边形进行矢量化处理，就得到了正射影像数据集覆盖区域的镶嵌拓扑网。
[0010]本发明提供了正射影像镶嵌拓扑网的自动生成方法。该方法可以对不同传感器类型的遥感影像进行全自动地生成具有良好几何特性的镶嵌拓扑网。它不仅大大减少了人工交互处理的工作量，同时也避免了大量矢量镶嵌线构拓扑网的计算复杂度，从而提高了正射影像镶嵌的效率，也就提高了 DOM的生成效率。
【附图说明】
[0011]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0012]图1是正射影像镶嵌网自动生成的技术流程。
[0013]图2是镶嵌线栅格图的计算过程。
[0014]图3是构成镶嵌多边形的示意图。
[0015]图4是镶嵌拓扑网的计算流程图。
【具体实施方式】
[0016]本发明的实施方式将在下文参照附图描述。
[0017]图1是根据本发明实施方式产生的镶嵌拓扑网自动生成的技术流程图，通过该流程图可以获悉整个测区正射影像的镶嵌拓扑网规划方法。根据图1，首先读取测区内的每张正射影像，按照101步骤提取其相应的有效范围，生成(0，I) 二值图；接着，按照102步骤根据每张影像的地理范围，计算与其相互重叠的所有正射影像，形成每张影像的影像数据集。在该数据集中，该影像相当于其他相关影像称为主影像；然后，按照103步骤对于每个正射影像数据集，先按照图2计算主影像与其他各相关影像两两之间的镶嵌线栅格图。在此基础上，按照图3的计算过程，利用主影像的有效范围二值图和镶嵌线栅格图生成该主影像相应的栅格多边形。按照该方式依次处理生成每个数据集主影像的栅格多边形；最后，按照104步骤将每个栅格多边形赋予不同的RGB颜色，并按照地理位置进行合并，产生一个整个测区的栅格拓扑多边形结构；之后，再对该拓扑多边形进行矢量化处理，从而产生了整个测区的正射影像镶嵌拓扑网。
[0018]图2是根据本发明实施方式产生的栅格镶嵌线计算流程图。镶嵌线是存在于两张正射影像的重叠区域。根据图2(A) (B)所示，首先计算正射影像1、2的有效重叠区域分别在影像1、2中的外扩I个像素宽度的二值图A和B ;接着，分别计算二值图A和B的最小距离变换图C和D ;然后，求这两张距离变换图的差值(见图2(E))，图中距离相等的像素点就形成了重叠区域的中心线，即影像I和影像2的镶嵌线。
[0019]图3是根据本发明实施方式产生的计算正射影像栅格多边形的示意图。通常情况下，测区中的每张正射影像都存在着多张正射影像与其相互重叠。那么，这张影像与其相互重叠的每张影像都存在着各自相应的栅格镶嵌线图。将这张影像的二值图与各栅格镶嵌线图按照地理位置进行合并处理即可获得其相应的栅格多边形。按照图3计算示意图举例说明其处理步骤如下:首先，按照图2分别计算得到影像A与影像B重叠区域的栅格镶嵌线(0,1) 二值图D、影像A与影像B重叠区域的栅格镶嵌线(0，1) 二值图E(见图3(A));接着，读取影像A的有效范围二值图，利用地理位置判断二值图D中取值为I时，影像A的对应位置赋值为2 ;如此逐像素处理后获得影像Al ;然后，继续判断二值图E中取值为I时，影像Al的相应位置同样赋值为2 ;逐像素处理后获得影像A2 ;最后，再判断影像A2，当像素值为I时，赋值255，否则赋值0，即可获得影像A最终的栅格拓扑多边形，如图3 (B)所示。
[0020]图4是根据本发明实施方式产生的构成镶嵌拓扑网的示意图。既然数据集中的每张影像都有其相应的栅格多边形，那么将这些栅格多边形按照地理位置合并即可获得整个数据集覆盖区域的镶嵌拓扑多边形。该多边形矢量化处理后即可获得该数据集覆盖测区的镶嵌拓扑网。以图4为例阐述镶嵌拓扑网的构成过程如下:首先利用最小距离变换法分别计算得到影像A、B之间的镶嵌线ab、影像A、C间的镶嵌线ac以及影像B、C间的镶嵌线be ;接着，按照图3介绍的镶嵌多边形构成方法分别计算得到影像A、B、C相应的栅格多边形Al、BI和Cl ;然后，根据各影像的地理位置，合并多边形Al、BI和Cl，并赋予不同的颜色，得到一个栅格拓扑多边形(见图4(C));最后，再对该栅格拓扑多边形进行矢量化，即可获得镶嵌拓扑网(见图4(D))。
[0021]创新点
[0022]I)采用正射影像有效范围二值图，基于最小距离变换法计算重叠影像两两之间的镶嵌线栅格影像图；
[0023]2)利用镶嵌线栅格影像图结合正射影像有效范围计算该正射影像的栅格多边形，避免了大量矢量镶嵌线以求交、合并等方式进行镶嵌多边形计算的复杂度，同时也保证了多边形规划的正确性；
[0024]3)整个测区镶嵌拓扑网的自动生成技术，以栅格计算和矢量化处理相结合的方式，不仅解决了矢量镶嵌线计算多边形的复杂性问题，而且极大减少了人工交互修改镶嵌线的工作量，从而实现了正射影像镶嵌拓扑网生成的全自动化并提高了正射影像镶嵌的处理效率。
【主权项】
1.基于最小距离变换的正射影像镶嵌拓扑网自动生成方法。2.根据权利要求1的正射影像镶嵌拓扑网自动生成方法，其中所述的拓扑网自动构建技术包含镶嵌线栅格影像生成、栅格多边形的构成、栅格拓扑多边形的构成以及拓扑多边形的矢量化；3.根据权利要求2的镶嵌线栅格影像的生成。首先，计算正射影像1、2的有效重叠区域分别在影像1、2中的外扩I个像素宽度的二值图A和B ;接着，分别计算二值图A和B的最小距离变换图C和D ;然后，求这两张距离变换图的差值图，图中距离相等的像素点就形成了重叠区域的中心线，即影像I和影像2的镶嵌线；4.根据权利要求3的栅格多边形的构成。通常情况下，测区中的每张正射影像都存在着多张正射影像与其相互重叠。那么，这张影像与其相互重叠的每张影像都存在着各自相应的栅格镶嵌线图。将这张影像的二值图与各栅格镶嵌线图按照地理位置进行合并处理即可获得其相应的栅格多边形；5.根据权利要求4的栅格拓扑多边形的构成。既然数据集中的每张正射影像影像都有其相应的栅格多边形，那么将这些栅格多边形按照地理位置合并即可获得整个数据集覆盖区域的镶嵌拓扑多边形；6.根据权利要求5的拓扑多边形矢量化。通过对测区正射影像镶嵌拓扑多边形的矢量化处理化，可获得覆盖整个测区正射影像的镶嵌拓扑网。在此基础上，利用该镶嵌拓扑网设置缓冲区，计算各正射影像各像素对应的权重大小，以便正射影像镶嵌过程重叠区域像素值的平缓过渡，从而有利于合格DOM产品的生成。
【文档编号】G06T17/05GK105894578SQ201510317679
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年6月11日
【发明人】黎珂, 魏钜杰, 王成墨
【申请人】北京吉威时代软件股份有限公司