城区正射影像镶嵌线自动化提取模型及应用研究

论文摘要

影像镶嵌是大范围数字正射影像（Digital Orthophoto Map,DOM）制作的关键步骤之一,城区影像由于建筑、车辆和树木等地物类型繁多;地物斑块较为破碎;且地物几何关系更为复杂,遮挡严重,需要使镶嵌线避开这些存在投影差的区域以避免在镶嵌影像上产生几何错位与色彩差异。目前实际生产中,镶嵌线的自动提取仍然是制约DOM自动化生产的关键问题。为此本文提出了适用于大范围城区正射影像生产的镶嵌线自动化提取模型,从处理流程上分为全局初始镶嵌网络生成与初始镶嵌网络优化调整两个部分。围绕着模型概念的提出及实际应用研究,本文关键工作及创新点如下:（1）改进了基于Voronoi图的初始镶嵌网络生成方法。首先基于影像集有效区域中心点集生成Voronoi图作为初始镶嵌网络,形成对每幅DOM的有效划分;然后通过阈值化将数字表面模型（Digital Surface Model,DSM）分为障碍区域（建筑物、树木等存在投影差的区域）与非障碍区域（地面）,再进行形态学处理使得障碍区域更加凸显。最后基于DSM处理影像对镶嵌网络顶点进行调整优化,避免拼接漏洞的产生,形成无缝镶嵌影像;并使得镶嵌网络顶点避开建筑与树木等存在投影差的障碍区域。（2）提出并改进了基于DSM与跳点搜索（Jump Point Search,JPS）算法的镶嵌线自动提取方法。对于每一条待优化的镶嵌线段,基于DSM处理影像构建搜索代价影像,然后使用改进的JPS算法检测影像上的关键跳跃节点并对其评估,获取一条避开障碍区域的最优镶嵌线。最后进行影像拼接融合,消除接缝痕迹,并使得色彩过渡自然。本文对常规JPS算法的评价函数进行了优化使得镶嵌线可以沿着初始镶嵌线分布,保留影像质量较高的区域;同时制定了强制穿越规则使得代价影像被障碍区域完全阻隔时仍然可以成功提取出镶嵌线。（3）使用德国Vaihingen公开数据对本文模型进行了实验验证,并基于桂林某地区城区DOM开展了应用研究,同时与Dijkstra算法,以及OrthoVista和ArcGIS这两种商业软件进行了对比分析。结果表明,本文模型提取的镶嵌线可以更为有效地避开建筑、树木和车辆等存在投影差的地表实体,形成高质量的无缝镶嵌影像。在应用研究中,本文模型获取的镶嵌线穿越明显障碍物数量仅为其他算法的38%-55%。此外,由于模型中JPS算法可以跳过大量无关像素节点,只对关键的跳跃点进行评估,其处理效率较传统算法有着较大的提高。本文模型及其他三种对比方法处理耗时分别为11s、121s、376s和215s,优势较为明显。总体说来,本文提出的城区正射影像镶嵌线自动化提取模型可以满足大范围、海量影像的高效镶嵌生产需求。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 陈松

导师: 陈刚

关键词: 影像镶嵌,数字正射影像,数字表面模型,算法

来源: 中国地质大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,计算机软件及计算机应用

单位: 中国地质大学

分类号: P237;TP391.41

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000109

总页数: 74

文件大小: 5453K

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标签：影像镶嵌论文;  数字正射影像论文;  数字表面模型论文;  算法论文;