[發(fā)明專(zhuān)利]基于塊的影像匹配數(shù)字表面模型的全局高程優(yōu)化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710087309.2
• 申請(qǐng)日: 2017-02-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106960450B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃旭;金彥;胡堃;葉輝;周超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 武漢云航工程地球物理研究院有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): G06T7/33
• 分類(lèi)號(hào): G06T7/33;G06T7/10
• 代理公司: 武漢開(kāi)元知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;李滿

本發(fā)明涉及基于塊的影像匹配數(shù)字表面模型的全局高程優(yōu)化方法，步驟為：1、輸入原始的IMDSM；2、將輸入的原始IMDSM分割成一系列規(guī)則的塊；3、構(gòu)建全局能量函數(shù)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)；4、構(gòu)建全局能量函數(shù)中的平滑項(xiàng)；5、根據(jù)數(shù)據(jù)項(xiàng)和平滑項(xiàng)，建立全局能量函數(shù)，并解算函數(shù)；6、執(zhí)行羽化算法，消除塊之間的拼接縫；本發(fā)明能夠有效消除目前IMDSM中普遍存在的“高程階梯”問(wèn)題，優(yōu)化后的IMDSM表面連續(xù)光滑，三維可視效果好。本發(fā)明將IMDSM的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為矩陣函數(shù)的極值計(jì)算問(wèn)題，無(wú)需迭代，可直接計(jì)算全局最優(yōu)解，時(shí)間復(fù)雜度低，適合大范圍DSM的全局優(yōu)化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及影像匹配數(shù)字表面模型的高程優(yōu)化技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種基于塊的影像匹配數(shù)字表面模型的全局高程優(yōu)化方法。

技術(shù)背景

影像匹配數(shù)字表面模型(Image Matching Based Digital Surface Model,IMDSM)指通過(guò)影像密集匹配技術(shù)，獲取大范圍自然地表和人工地物表面的數(shù)字三維模型。生產(chǎn)IMDSM所需的影像包括衛(wèi)星影像、航拍影像、無(wú)人機(jī)影像等等。IMDSM生成技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺(jué)、數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量等領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，在數(shù)字地球、導(dǎo)航定位、巡航避障、文物重建、搶險(xiǎn)救災(zāi)、災(zāi)后重建、空間數(shù)據(jù)庫(kù)更新等應(yīng)用中，發(fā)揮著重要的作用。

傳統(tǒng)的IMDSM生產(chǎn)流程，往往采用局部匹配算法、半全局匹配算法、基于圖像引導(dǎo)的非局部匹配算法、全局匹配算法等簡(jiǎn)單高效的一維編號(hào)(1D label)匹配算法。1D label匹配算法總是假設(shè)影像中相鄰像素之間要盡可能滿足視差一致的約束。實(shí)際上，在地表斜面區(qū)域，相鄰像素的視差是不可能一致的。因此，雖然1D label算法的時(shí)間復(fù)雜度低，但是1D label算法生成的IMDSM在斜面區(qū)域會(huì)存在明顯的“高程階梯”問(wèn)題，影響IMDSM的高程精度和三維可視效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是要提供一種基于塊的影像匹配數(shù)字表面模型的全局高程優(yōu)化方法，該方法將初始的影像匹配數(shù)字表面模型分割成一系列相互鄰接的塊，采用全局優(yōu)化的方法和羽化算法，獲取表面連續(xù)光滑的影像匹配數(shù)字表面模型。本發(fā)明能夠有效解決目前影像匹配數(shù)字表面模型中普遍存在的“高程階梯”問(wèn)題，使得影像匹配數(shù)字表面模型表面連續(xù)光滑，增強(qiáng)影像匹配數(shù)字表面模型的三維可視效果。

為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的一種基于塊的影像匹配數(shù)字表面模型的全局高程優(yōu)化方法，其特征在于，它包括如下步驟：

步驟1：將原始影像匹配數(shù)字表面模型輸入到計(jì)算機(jī)中；

步驟2：計(jì)算機(jī)采用SLIC超像素分割的方法，將輸入的原始影像匹配數(shù)字表面模型分割成一系列規(guī)則的塊，用S_i表示第i個(gè)塊；

步驟3：構(gòu)建全局能量函數(shù)中的數(shù)據(jù)項(xiàng)，用E_data表示數(shù)據(jù)項(xiàng)，保證優(yōu)化后的影像匹配數(shù)字表面模型的高程，與原始影像匹配數(shù)字表面模型的高程保持一致；

每個(gè)所述塊都用一個(gè)高程平面方程來(lái)描述，即：

d(t_i)＝a_i·t_ix+b_i·t_iy+c_i；t_i∈S_i

其中，a_i、b_i、c_i表示塊S_i的高程平面方程參數(shù)；t_i＝(t_ix，t_iy)^T表示塊S_i內(nèi)的一個(gè)三維點(diǎn)的平面坐標(biāo)；d表示三維點(diǎn)的高程坐標(biāo)；

令表示塊S_i所在平面的高程平面方程系數(shù)，表示優(yōu)化影像匹配數(shù)字表面模型的全局能量函數(shù)的變量，q表示塊的數(shù)目，i∈1，...q，將數(shù)據(jù)項(xiàng)E_data表示為矩陣計(jì)算的形式，即：