[發明專利]基于多時相遙感影像陰影提取城市建筑物高度的方法

有效

• 申請號: 201710077106.5
• 申請日: 2017-02-14
• 公開（公告）號: CN107679441B
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 楊海波;王宗敏;毛鵬磊
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06T7/60;G06T7/62;G06T17/05
• 代理公司: 鄭州博派知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 41137
• 代理人: 伍俊慧

1.基于多時相遙感影像陰影提取城市建筑物高度的方法，其特征在于，包括以下幾個步驟：

步驟一：獲取包含目標區域的原始高分辨率遙感影像，對其進行裁剪、輻射定標、大氣校正以及波段融合預處理，得到連續兩年的目標區影像；

步驟二：結合影像分類的方法與經驗知識，選擇合適的訓練區樣本，利用支持向量機分類器對目標影像進行監督分類處理，然后對分類結果進行影像分類后處理，提取分類后處理結果中的陰影與建筑物轉化為矢量區域，并將陰影矢量加載至目標區影像上顯示；

步驟三：選取分類后處理效果準確的結果，沿著陰影投影方向即原始影像數據的衛星方位角繪制覆蓋目標區域的等間距平行線段，將所作陰影方向平行線段與陰影區域進行求交集的處理，得到陰影方向的交集線段；或者用等間距平行線線段對陰影矢量區域進行分割，將每個建筑物對應的陰影區分割成多個等寬度的不規則圖形；

步驟四：提取步驟三中得到的陰影方向的交集線段，逐一獲取每個陰影區域對應交集線段的長度，去除最小值與最大值后求得平均值，作為該陰影在影像上的投影方向長度；或者打開每個陰影區域對應的屬性表，統計分割的不規則多邊形小區域面積，對屬于同一陰影區域的多邊形，求其平均值U，然后將不規則多邊形視為一條邊沿陰影投影方向，另一邊沿建筑物輪廓的平行四邊形，用面積平均值U除以間距，得到建筑物沿陰影方向的投影長度；

步驟五：太陽、衛星以及建筑物陰影三者間存在三種不同的關系，通過選取帶有頂點的規整標志建筑，提取其對應的陰影矢量區域,并加載至影像上進行分析來確定三者間的關系；其中，陰影中軸線與標志建筑中軸線夾角為θ，若0°≤θ90°，則太陽與衛星處于同側，此時步驟四所得影像上陰影方向的長度小于實際陰影長；若90°≤θ180°，則太陽與衛星處于不同側，但此時步驟四所得影像上陰影方向的長度大于實際陰影長；若θ＝180°，太陽與衛星處于不同側，但此時步驟四影像上所得陰影方向的長度即為實際陰影長；

步驟六：結合步驟五中夾角θ的情況，確定太陽、衛星以及建筑物陰影三者間的關系，利用原始影像中的太陽高度角、衛星高度角信息建立對應數學模型，計算建筑物高度；

步驟七：利用步驟六中得到的兩個年份的建筑物高度，構造線性回歸方程，從而得到目標建筑物高度精確的結果；

步驟八：利用影像分類后處理得到的建筑物面狀矢量，結合步驟七中的建筑物高度信息，通過ArcScene10.2功能構筑相應的建筑物三維模型。

2.根據權利要求1所述的基于多時相遙感影像陰影提取城市建筑物高度的方法，其特征在于，所述步驟一中使用的原始高分辨率遙感影像是購得的WorldView影像數據，具有四個分辨率為1.8米的多光譜波段和一個分辨率為0.5米的全色波段，在影像上找到目標區域，利用目標區域的矢量圖對各個波段進行裁剪；然后分別對裁剪后的多光譜波段和全色波段影像進行輻射定標、大氣校正，消除大氣分子和氣溶膠散射對影像質量的影響；最后將處理過的多光譜波段與全色波段進行波段融合，得到分辨率為0.5米的目標區域合成影像，便于接下來的操作。

3.根據權利要求1所述的基于多時相遙感影像陰影提取城市建筑物高度的方法，其特征在于，所述步驟二中，訓練區樣本的選擇首先需要憑借人工解譯的經驗，將目標區域影像中的所有地物進行分類，在中地物類別分為水體、建筑物、陰影、道路、裸地以及綠地六類；在ENVI中，每一類別選擇20個樣本后，對其進行樣本分離性的評定，分離性大于0.9的符合要求，為合適的樣本，否則需要重新進行選擇；監督分類后，對分類結果進行主要成分分析以及聚類分析，是為了將分類的陰影以及建筑物聚合在一起，去除斑塊，便于接下來陰影長度的計算。

4.根據權利要求1所述的基于多時相遙感影像陰影提取城市建筑物高度的方法，其特征在于，所述步驟三中的衛星方位角，以及步驟六中的太陽高度角、衛星高度角均是從所用原始影像數據文件中查找到的；步驟三中分割的不規則小區域數量要多，以便使得每個分割的小區域圖形都能夠近似抽象化為平行四邊形。