一种用于数字高程模型的超分辨率方法及其系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种数字高程模型DEM超分辨率的方法，包括：建立高分辨率DEM与低分辨率DEM的位置映射，对每一个低分辨率DEM测试区的子区域在低分辨率DEM搜索区进行相似块查找与相似性估计，选取相似性最高的一系列子区域作为相似块，将查找到的一系列相似块映射回高分辨率DEM实测区,将这些对应的高分辨率DEM实测区子区域块按其对应的相似权重相加得到一个新的子区域,将上述超分辨率后的高分辨率DEM缺失区的子区域拼接起来，加上高分辨率DEM实测区已有的数据就为一个完整的高分辨率DEM。通过本发明，减少了户外作业的工作量，有效地控制了成本，相对于基于不确定分析的方法而言，增加了DEM的应用精度。
【专利说明】一种用于数字高程模型的超分辨率方法及其系统
【技术领域】
[0001]本发明属于地形测绘领域，更具体地，涉及一种DEM超分辨率的方法及其系统。
【背景技术】
[0002]数字高程模型(Digital Elevation Model,简称为DEM),是建立数字地形模型的基础数据。而数字地形模型在国民经济中具有广泛的应用需求，人们对高精度地形模型的需求越来越高。为了获得高精度的地形模型，通常采用两种方式，一是采用更加先进的硬件设备或更密集的测量方式直接提高DEM的精度与分辨率，其生产成本高；二是通过分析DEM的模型和不确定性，进而采取对应的策略，减少或控制由DEM误差引起的曲面重建误差，以提高DEM的应用精度。比较而言，第二种方法成本大大降低，受到相关领域研究人员的重视，但是基于不确定性理论的地形重建精度本质上受制于DEM的分辨率和精度，重建精度的提闻相对有限。
【发明内容】
[0003]针对目前高精度地形模型建立中存在的问题，本发明采取一种新的策略，仅测量DEM部分区域的高分辨率、高精度数据，与原先获得的低分辨率、低精度全局DEM数据进行联合处理，生成较高精度的DEM。相对于全局测量而言，该方案减少了户外作业的工作量，有效地控制了成本，相对于基于不确定分析的方法而言，增加了 DEM的应用精度。
[0004]为实现上述目的，本发明提供了一种数字高程模型DEM超分辨率的方法，包括以下步骤:
[0005](I)建立高分辨率DEM与低分辨率DEM的位置映射；将测量得到高分辨率DEM区域定义为实测区，待超分辨率的高分辨率DEM区域定义为缺失区，将高分辨率DEM实测区对应的低分辨率DEM区域定义为搜索区，将高分辨率DEM缺失区对应的低分辨率DEM区域定义为测试区；
[0006](2)将高分辨率DEM缺失区分为一系列相互重叠的子区域，对应的低分辨率DEM测试区也分为一系列相互重叠的子区域；
[0007](3)对每一个低分辨率DEM测试区的子区域在低分辨率DEM搜索区进行相似块查找与相似性估计，选取相似性最高的一系列子区域作为相似块，同时计算出每个相似块对应的相似权重；
[0008](4)将步骤(3)中查找到的一系列相似块映射回高分辨率DEM实测区，将这些相似块对应的高分辨率DEM实测区子区域按其对应的相似权重相加得到一个新的子区域，即为超分辨率后的闻分辨率DEM缺失区相对应位置的子区域；
[0009](5)将步骤(4)中超分辨率后的高分辨率DEM缺失区所对应的子区域拼接起来，重叠部取均值即得到高分辨率DEM缺失区整体的超分辨率结果，加上高分辨率DEM实测区已有的数据就为一个完整的高分辨率DEM。
[0010]优选地,在所述步骤(2)中的子区域大小为3X3?9X9,相邻两个子区域的重叠度控制为20%~50%。
[0011]优选地，在所述步骤(3)中，对每一个低分辨率DEM测试区的子区域在低分辨率DEM搜索区进行相似块查找与相似性估计的操作过程具体为:
[0012]设t(j，k)为一低分辨率DEM测试区子区域，J，K分别表示子区域的宽和高0〈j〈J-l，0〈k〈K-l，j，k G N+，N+表示自然数，f(x, y)为低分辨率DEM搜索区，D(x, y)代表t(j，k)与搜索区f(x，y)中以点(x，y)为左上角顶点，宽高分别为J，K的子区域的相似距离，w(x，y)代表搜索区中以点(x，y)为左上角的宽高为J，K的子区域作为t(j，k)的相似块的相似权重，其中:
【权利要求】
1.一种数字高程模型DEM超分辨率的方法，其特征在于，用于根据全局低分辨率DEM数据以及测量得到的部分高分辨率DEM数据重建全局高分辨率DEM数据，所述全局高分辨率DEM数据包括测量得到的部分高分辨率DEM数据以及待超分辨率的高分辨率DEM区域，所述方法包括以下步骤: (1)建立高分辨率DEM与低分辨率DEM的位置映射；将测量得到的高分辨率DEM区域定义为实测区，待超分辨率的高分辨率DEM区域定义为缺失区，将高分辨率DEM实测区对应的低分辨率DEM区域定义为搜索区，将高分辨率DEM缺失区对应的低分辨率DEM区域定义为测试区； (2)将高分辨率DEM缺失区分为一系列相互重叠的子区域，对应的低分辨率DEM测试区也分为一系列相互重叠的子区域； (3)对每一个低分辨率DEM测试区的子区域在低分辨率DEM搜索区进行相似块查找与相似性估计，选取相似性最高的一系列子区域作为相似块，同时计算出每个相似块对应的相似权重； (4)将步骤(3)中查找到的一系列相似块映射回高分辨率DEM实测区，将这些相似块对应的高分辨率DEM实测区子区域按其对应的相似权重相加得到一个新的子区域，即为超分辨率后的闻分辨率DEM缺失区相对应位置的子区域； (5)将步骤(4)中超分辨率后的高分辨率DEM缺失区的子区域拼接起来，重叠部取均值即得到高分辨率DEM缺失区整体的超分辨率结果，加上高分辨率DEM实测区已有的数据就为一个全局高分辨率DEM。
2.如权利要求1所述的DEM超分辨率的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为: 设t(j，k)为一低分辨率DEM测试区子区域，J，K分别表示子区域的宽和高，0〈j〈J-l，0〈k〈K-l，j，k G N+, N+表示自然数，f(x, y)为低分辨率DEM搜索区，D(x, y)代表t(j，k)与搜索区f(x，y)中以点(x，y)为左上角顶点，宽高分别为J，K的子区域的相似距离，w(x，y)代表搜索区中以点(x，y)为左上角的宽高为J，K的子区域作为t(j，k)的相似块的相似权重，其中:
3.如权利要求2所述的DEM超分辨率的方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为: 设t(j，k)为一低分辨DEM测试区子区域，J，K分别表示子区域的宽高0〈j〈J-l，0〈k〈K-l，j，k G N+，N+表示自然数，f(x, y)为低分辨率DEM搜索区，R(x, y)代表t(j，k)与搜索区f(x，y)中以点(x，y)为左上角顶点，宽高分别为J，K的子区域的相关系数，w(x，y)代表搜索区中以点(x，y)为左上角的宽高为J，K的子区域作为t(j，k)的相似块的相似权重，其中:
4.如权利要求2或3所述的DEM超分辨率的方法，其特征在于，所述步骤(4)中超分辨率后的高分辨率DEM缺失区相对应位置的子区域的计算方法为: 对所述高分辨率DEM实测区中与所述低分辨率DEM搜索区中相似块对应的子区域按对应的权重系数相加，得到所述高分辨率DEM缺失区中的子区域:
5.如权利要求1所述的DEM超分辨率的方法，其特征在于，所述步骤(I)中建立高分辨率DEM与低分辨率DEM的位置映射具体为: 通过双线性插值将低分辨DEM扩充到与高分辨率DEM同一尺度，使得高低分辨率DEM数据形成一一对应的映射。
6.如权利要求1至5任一项所述的DEM超分辨率的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的子区域大小为3X3~9X9，相邻两个子区域的重叠度控制为20%~50%。
7.一种数字高程模型DEM超分辨率的装置，其特征在于，包括:第一模块，用于建立高分辨率DEM与低分辨率DEM的位置映射；将测量得到高分辨率DEM区域定义为实测区，待超分辨率的高分辨率DEM区域定义为缺失区，将高分辨率DEM实测区对应的低分辨率DEM区域定义为搜索区，将高分辨率DEM缺失区对应的低分辨率DEM区域定义为测试区； 第二模块，用于将高分辨率DEM缺失区分为一系列相互重叠的子区域，对应的低分辨率DEM测试区也分为一系列相互重叠的子区域； 第三模块，用于对每一个低分辨率DEM测试区的子区域在低分辨率DEM搜索区进行相似块查找与相似性估计，选取相似性最高的一系列子区域作为相似块，同时计算出每个相似块对应的相似权重； 第四模块，用于将所述第三模块中查找到的一系列相似块映射回高分辨率DEM实测区，将这些相似块对应的高分辨率DEM实测区子区域按其对应的相似权重相加得到一个新的子区域，即为超分辨率后的高分辨率DEM缺失区相对应位置的子区域； 第五模块，用于将所述第四模块中超分辨率后的高分辨率DEM缺失区的子区域拼接起来，重叠部取均值即得到高分辨率DEM缺失区整体的超分辨率结果，加上高分辨率DEM实测区已有的数据就为 一个完整的高分辨率DEM。
【文档编号】G06F19/00GK103455709SQ201310328588
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】侯文广, 李柳, 王学文, 丁明跃, 张旭明, 尉迟明 申请人:华中科技大学