数字正射影像拉花区域的处理方法
【专利摘要】本发明公开了一种数字正射影像拉花区域的处理方法，包括步骤：一、获取被测量区域的原始测量数据；二、正射影像的地面格网范围确定；三、拉花检测：对当前所处理航空摄影图像的纠正图像上的各格网点分别进行拉花检测，过程如下：301、投影光线方位确定；302、拉花判断：判断沿所确定投影光线上是否存在其它与当前检测点在原始影像上对应的像素点相同的格网点：当存在时，说明当前检测点为“拉花”点；反之，说明当前检测点为未“拉花”点；四、影像纠正：根据拉花检测结果，对当前所处理航空摄影图像进行纠正。本发明方法步骤简单、设计合理且效率高、使用效果好，能解决现有正射影像的拉花处理方法存在的效率低、使用效果较差等问题。
【专利说明】数字正射影像拉花区域的处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航空摄影测量【技术领域】，具体涉及一种数字正射影像拉花区域的处理方法。
【背景技术】
[0002]正射影像制作是指同时消除地形起伏和相片倾斜引起的影像变形的过程。正射影像是根据有关参数和数字高程模型(DEM)，利用相应的构像方程式，计算地面点对应的像点坐标，并对原始影像进行灰度重采样，使得成为一幅既有正确平面位置又有丰富纹理信息的影像的技术。
[0003]正射影像是对原始影像进行微分纠正和灰度重采样的结果图，而原始影像由于中心投影和地形起伏的影响并不能保证地面上的每个位置都能在影像中成像。因此，在数字微分纠正中，重采样时对于摄影信息充足的区域采样较为稀疏，对于摄影信息匮乏区域采样过密或者重复采样，从而导致图像出现颗粒感或者拉伸的现象，沿一个方向拉伸过度时会出现区域纹理失真的现象，我们称之为“拉花”现象。根据中华人民共和国测绘行业标准《CH/T9008.3-2010》中“基础地理信息数字成果1:500、1:1000、1:2000数字正射影像图”的规定，数字正射影像的质量元素主要有空间参考系、位置精度、逻辑一致性、时间精度、影像质量、元数据质量、表征质量和附件质量。而“拉花”问题的存在严重影响了质量元素的位置精度和影像质量。
[0004]目前，在国内外文献和专利中，还没有针对“拉花”提出的自动化解决方案，在通常的生产过程中，当出现拉花现象的正射影像时，一般都要通过利用人工的方法对“拉花”区域进行寻找，并到相应的纠正影像图或者原图当中去定位，寻找相应的纹理对“拉花”区域进行替补，以此来解决“拉花”问题，但这种人工的处理方法非常费时费力，特别是在“拉花”区域比较多的情况下，生产效率非常低。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种数字正射影像拉花区域的处理方法，其方法步骤简单、设计合理且效率高、使用效果好，能有效解决现有正射影像的拉花处理方法存在的效率低、使用效果较差等问题。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种数字正射影像拉花区域的处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
[0007]步骤一、获取被测量区域的原始测量数据:对被测量区域进行航空摄影测量，摄取被测量区域的航空摄影图像，并获得被测量区域的原始测量数据；所述原始测量数据为DEM测量数据，所述DEM测量数据为数字高程数据；
[0008]步骤二、正射影像的地面格网范围确定:先根据步骤一中所述原始测量数据，获取步骤一中当前所处理航空摄影图像的纠正图像，所述纠正图像为根据当前所处理航空摄影图像在地面上的投影范围和需生成正射影像的地面分辨率进行划分所形成的格网图像，所述格网图像的大小与当前所处理航空摄影图像的正射影像的大小相同且所述格网图像上的各格网点分别与所述正射影像上的各像素点一一对应，所述正射影像为对所述航空摄影图像进行数字微分纠正和重采样后获得的影像，所述航空摄影图像为所述正射影像的原始影像；之后，根据当前所处理航空摄影图像的外方位元素和内方位元素，计算得出当前所处理航空摄影图像的四个角点的地面坐标；然后，根据计算得出的四个角点的地面坐标，确定所述纠正图像的格网范围；
[0009]当前所处理航空摄影图像的四个角点分别为点A、点B、点C和点D，点A、点B、点C和点D的地面坐标分别为(X1, Y1)、(X2, Y2)、(X3, Y3)和(X4，Y4)；根据公式
【权利要求】
1.一种数字正射影像拉花区域的处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤一、获取被测量区域的原始测量数据:对被测量区域进行航空摄影测量，摄取被测量区域的航空摄影图像，并获得被测量区域的原始测量数据；所述原始测量数据为DEM测量数据，所述DEM测量数据为数字高程数据； 步骤二、正射影像的地面格网范围确定:先根据步骤一中所述原始测量数据，获取步骤一中当前所处理航空摄影图像的纠正图像，所述纠正图像为根据当前所处理航空摄影图像在地面上的投影范围和需生成正射影像的地面分辨率进行划分所形成的格网图像，所述格网图像的大小与当前所处理航空摄影图像的正射影像的大小相同且所述格网图像上的各格网点分别与所述正射影像上的各像素点一一对应，所述正射影像为对所述航空摄影图像进行数字微分纠正和重采样后获得的影像，所述航空摄影图像为所述正射影像的原始影像；之后，根据当前所处理航空摄影图像的外方位元素和内方位元素，计算得出当前所处理航空摄影图像的四个角点的地面坐标；然后，根据计算得出的四个角点的地面坐标，确定所述纠正图像的格网范围； 当前所处理航空摄影图像的四个角点分别为点A、点B、点C和点D,点A、点B、点C和点D的地面坐标分别为(X1, Y1)、(X2, Y2)、(X3, Y3)和(X4，Y4);根据公式
(1)，计算得出四个角点的地面坐标；公式(I)中，I为正整数且i = 1、2、3、4;(XS，Ys, Zs)为当前所处理航空摄影图像的所述外方位元素中的摄影中心点坐标，f为所述内方位元素中的一个参数且其为步骤一中对被测量区域进行航空摄影测量时所用航摄仪的焦距；(Xi，yi)为当前所处理航空摄影图像上四个角点的二维平面坐标；Z为被测量区域的地面平均高度；
当前所处理航空摄影图像的旋转矩阵
对所述纠正图像的格网范围进行确定时，根据公式
(2)，计算得出所述纠正图像的格网范围；公式(2)中Xmin和Xmax分别为四个角点的地面坐标中横坐标的最小值和最大值，Yniin和Yniax分别为四个角点的地面坐标中纵坐标的最小值和最大值；gridsize为预先设定的所述正射影像的分辨率，所述正射影像的大小为mXn个像素点，所述纠正图像上包括mXn个格网点；其中，m和η分别为所述纠正图像中格网点的列数和行数； 步骤三、拉花检测:结合步骤一中所述的原始测量数据，对当前所处理纠正图像上的各格网点分别进行拉花检测，并且各格网点的拉花检测方法均相同；对任一个格网点进行拉花检测时，过程如下: 步骤3 O 1、 摄影光线方位确定:根据公式
,对当前检测点的投影光线方位进行确定；其中，当前检测点为当前状态下进行拉花检测的格网点；公式(3)中，α为当前检测点的投影光线相对于投影中心的方位角，所述投影中心为当前所处理航空摄影图像的摄影中心点在地面上的投影点；(Xp，Yp)为当前检测点的地面坐标； 步骤302、拉花判断:判断当前所处理纠正图像中沿当前检测点的投影光线上，是否存在其它与当前检测点在所述原始影像上对应的像素点相同的格网点:当判断得出存在其它与当前检测点在所述原始影像上对应的像素点相同的格网点时，说明当前检测点为“拉花”点；反之，当判断得出不存在其它与当前检测点在所述原始影像上对应的像素点相同的格网点时，说明当前检测点为未“拉花”点； 当前检测点的投影光线为步骤301中所确定当前检测点的摄影光线在所述纠正图像上的投影线； 步骤303、多次重复步骤301至步骤302，直至完成当前所处理纠正图像上所有格网点的拉花检测过程； 步骤四、影像纠正:根据步骤三中的拉花检测结果，对当前所处理航空摄影图像的纠正图像进行纠正，获得纠正后的正射影像； 对当前所处理航空摄影图像的纠正图像进行纠正时，根据步骤三中对各格网点的拉花检测结果，对所述纠正图像上的各像素点分别进行数字微分纠正，并对各像素点的灰度值进行重采样。
2.按照权利要求1所述的数字正射影像拉花区域的处理方法，其特征在于:步骤四中影像纠正完成后，还需对纠正后的正射影像进行高斯平滑处理。
3.按照权利要求1或2所述的数字正射影像拉花区域的处理方法，其特征在于:步骤302中拉花判断完成后，还需根据拉花判断结果，对当前检测点或当前检测点所在的面元进行标记；其中，对当前检测点进行标记时，将当前检测点标记为“拉花”点或未“拉花”点；对当前检测点所在的面元进行标记时，将当前检测点所在的面元标记为“拉花”面元或未“拉花”面元；所述纠正图像上标记为“拉花”点的像素点所处区域为“拉花”区域，所述纠正图像上标记为未“拉花”点的像素点所处区域为非“拉花”区域。
4.按照权利要求1或2所述的数字正射影像拉花区域的处理方法，其特征在于:步骤二中所述的(Xi，yi)为当前所处理航空摄影图像上四个角点的像点坐标观测数据； 步骤301中所述的(Xp，Yp)为当前检测点的地面坐标，并且按照公式[Xn = Xm- + in X gridsize.、Jv/ 1.(4)，对(Xp，Yp)进行计算；公式⑷中(Xp，yP)为当前检测点的[Yp =^mm+JpxSndsize像点坐标观测数据，ip为当前待修复点在当前所检测纠正图像中所处的列数，jpS当前待修复点在当前所检测纠正图像中所处的行数。
5.按照权利要求1或2所述的数字正射影像拉花区域的处理方法，其特征在于:步骤302中判断沿当前检测点的投影光线上是否存在其它与当前检测点在所述原始影像上对应的像素点相同的格网点时，需采用一个检测窗口进行检测，且所采用检测窗口的尺寸为2X2个像素点~9X9个像素点。
6.按照权利要求5所述的数字正射影像拉花区域的处理方法，其特征在于:步骤302中判断沿当前检测点的投影光线上是否存在其它与当前检测点在所述原始影像上对应的像素点相同的格网点时，在所述未纠正的正射影像上沿当前检测点的投影光线由前至后移动所述检测窗口，并对各检测窗口分别进行拉花判断，并且沿当前检测点的投影光线上所有检测窗口的拉花判断过程均相同；其中，对沿当前检测点的投影光线上任一个检测窗口进行拉花判断时，过程如下: 步骤3021、像素坐标差值计算:对当前所判断检测窗口内的各格网点，相对于当前检测点在当前所处理航空摄影图像上的像素坐标差值分别进行计算；当前所判断检测窗口内的各格网点均为拉花判断点，并且当前所判断检测窗口内的所有拉花判断点在当前所处理航空摄影图像上的像素坐标差值的计算方法均相同；其中，对当前所判断检测窗口内任一个拉花判断点相对于当前检测点在当前所处理航空摄影图像上的像素坐标差值进行计算时，包括以下步骤: 步骤1、当前所计算拉花判断点的地面坐标计算:根据公式
计算得出当前所计算拉花判断点的地面坐标(XtpYq);公式(4)中，(Xp, Yp)为当前检测点的地面坐标，As为当前所判断检测窗口的中心点到当前检测点的水平距离； 步骤I1、当前所计算拉花判断点的像点坐标计算:根据公式
计算得出当前所计算拉花判断点的像点坐标O^yq);公式(7)中，Zq为当前所计算拉花判断点的高程值； 步骤II1、当前所计算拉花判断点相对于当前检测点在航空摄影图像上的像素坐标差值计算:根据公式Δχ = Xq-Xp和Ay = yq-yp,计算得出当前所计算拉花判断点相对于当前检测点在航空摄影图像上的像素坐标差值ΛΧ和Ay; 其中，(xp, yp)为当前检测点的像点坐标，且(Xp，yp)根据公式
,进行计算；公式(6)中，，4为当前检测点的高程值； 步骤IV、多次重复步骤I至步骤III，直至计算出当前所判断检测窗口内所有拉花判断点相对于当前检测点在当前所处理航空摄影图像上的像素坐标差值； 步骤3022、拉花判断点的拉花判断:根据步骤3021中的像素坐标差值计算结果，对当前所判断检测窗口内的各拉花判断点分别进行拉花判断，并且当前所判断检测窗口内所有拉花判断点的拉花判断方法均相同； 对任一个拉花判断点进行拉花判断时，将步骤3021中计算得出的当前所判断拉花判断点的像素坐标差值Δ X和Δ y分别与阈值δ Xpixelsize进行差值比较:当Δχ〈δ Xpixelsize且Δ y〈 δ Xpixelsize时,说明当前所判断拉花判断点的拉花判断结果为拉花；否则，说明当前所判断拉花判断点的拉花判断结果为未拉花；其中，δ =1~2且pixelsize为所述原始影像上的像素大小； 步骤3023、检测窗口的拉花判断:根据步骤3022中当前所判断检测窗口内所有拉花判断点的拉花判断结果，对当前检测窗口进行拉花判断:当当前所判断检测窗口内所有拉花判断点的拉花判断结果均为未拉花时，说明当前所判断检测窗口的拉花判断结果为未拉花；否则，说明当前所判断检测窗口的拉花判断结果为拉花； 步骤3024、多次重复步骤2021至步骤2023，直至完成沿当前检测点的投影光线上所有检测窗口的拉花判断过程；其中，所述检测窗口在投影光线上的移动总长度为3Xd_GSD~S，其中，d_GSD为所述正射影像的地面分辨率，
步骤3025、当前检测点的拉花判断:根据步骤3024中的拉花判断结果，对当前检测点进行拉花判断:当沿当前检测点的投影光线上所有检测窗口的拉花判断结果均为未拉花时，说明当前检测点的拉花判断结果为未拉花；否则，说明当前检测点的拉花判断结果为拉花。
7.按照权利要求1或2所述的数字正射影像拉花区域的处理方法，其特征在于:步骤一中所摄取被测量区域的航空摄影图像的数量为多张，当前所处理航空摄影图像为多张所述航空摄影图像的一张影像；步骤四中进行影像纠正过程中，对当前所处理航空摄影图像的纠正图像上的“拉花”点进行纠正时，利用航空摄影测量所摄取的与当前所检测航空摄影图像存在重叠区域的航空摄影图像进行纠正。
8.按照权利要求7所述的数字正射影像拉花区域的处理方法，其特征在于:对当前所处理航空摄影图像的纠正图像上的“拉花”点进行纠正时，利用当前所处理航空摄影图像的对角相邻影像进行数字微分纠正； 当前所处理航空摄影图像的对角相邻影像的方向角θ为j、-或—M或者接近于￡、芊、-冬或-芊；其中，对角相邻影像的方向角
；公式(7)中，(Xs’，Ys’，Zs’)为所述对角相邻影像的摄影中心
点坐标。
9.按照权利要求3所述的数字正射影像拉花区域的处理方法，其特征在于:所述纠正图像上标记为“拉花”区域的数量为一个或多个；利用当前所处理航空摄影图像的对角相邻影像进行数字微分纠正后，对于所述纠正图像上剩余的未被纠正的“拉花”点，采用该“拉花”点所处“拉花”区域的平均高程对该该“拉花”点进行数字微分纠正。
10.按照权利要求6所述的数字正射影像拉花区域的处理方法，其特征在于:步骤II所述的\和步骤III中所述的Zp均为步骤一中所述原始测量数据中的测量值。
【文档编号】G06T7/00GK104180794SQ201410442529
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年9月2日 优先权日:2014年9月2日
【发明者】刘敏, 郭永春, 梁菲, 姚春雨, 左涛 申请人:西安煤航信息产业有限公司