[發明專利]一種基于陰影的高分辨率遙感影像建筑物高度估測方法

有效

• 申請號: 201810271738.X
• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108765488B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 孫開敏;張宏雅;李文卓;眭海剛;馬國銳;劉俊怡
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T7/62
• 分類號: G06T7/62;G06T7/60;G06T7/13;G06T7/155;G06T7/00;G01C11/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

本發明提供一種基于陰影信息的高分辨率遙感影像建筑物高度估測方法，包括對待檢測原始影像進行陰影檢測，得到陰影檢測結果圖，并分別利用形態學處理得到更獨立的陰影和邊緣更平滑的陰影；利用陰影的面積、長度，以及衛星影像的成像特性判定陰影方向；通過陰影方向和建筑物對應陰影長度的統計特征確定建筑物對應的陰影長度；通過陰影方向求取太陽方位角，并通過太陽方位角推算太陽高度角；利用求取的陰影長度和太陽高度角，估測建筑物的高度。本發明通過充分利用建筑物陰影的特征實現建筑物高度估測，有效檢測出帶有陰影的遙感影像建筑高度，為建筑物三維重建、城市建筑物歷史信息獲取、城市變化檢測等遙感相關應用等提供有效信息。

技術領域

本發明涉及遙感影像處理技術領域，尤其是涉及一種基于陰影的高分辨率遙感影像建筑物高度估測方法。

背景技術

建筑物是城市的主要地物之一，與人類的居住和生活息息相關。近十幾年來，遙感數據的獲取能力在時空分辨率上有了極大地提高。高分辨率影像為我們研究城市地區細節，尤其是建筑物提供了基礎。建筑物的高度是建筑物區別城市其他地物的最顯著的特征之一。而且，建筑物高度信息在城市三維建模、城市監測、城市規劃、地圖更新和人口估測中愈發重要。因此，研究一種實用的建筑物高度估測方法十分必要。

現有的建筑物高度估測算法主要分為二維建筑物高度估測和三維建筑物高度估測。其中，二維檢測方法主要通過建筑物陰影長度和遙感影像獲取的時間、傳感器姿態等具體信息計算建筑物高度。而三維建筑物檢測則三維信息的獲取方式主要通過立體相對密集匹配、機載激光掃描技術(Lidar)獲取點云，再生成DSM，從而計算建筑物高度信息。因此，二維算法的數據獲取成本較低，但需要影像傳感器、獲取時間等具體的參數。三維建筑物檢測相較于二維檢測算法能獲得更高的檢測精度。然而，三維檢測對數據源的要求更高、耗時長、成本高、且數據源相對有限，對檢測范圍也有一定的局限性。因此，針對提供大量、長時間序列的高分辨影像的谷歌數據，研究一種通用的無需影像傳感器、獲取時間等信息的高分遙感建筑物估測算法十分必要。現有的高分辨率影像二維建筑物高度估測主要存在以下問題：(1)數據獲取較為麻煩，且歷史數據不足。(2)需要影像的成像時間等原始參數計算太陽高度角，而相當一部分正射影像的成像相關參數存在缺失情況；(3)高大建筑物陰影存在一定遮擋的情況下，難以估測建筑物的陰影長度。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種基于陰影的高分辨率遙感影像建筑物高度估測技術方案，處理方法清晰，可操作性強，數據源充足，可以利用google影像等數據在原始成像參數部分缺失的情況下有效檢測出帶有陰影且影像上建筑物陰影存在遮擋的建筑物的高度，為建筑物三維重建、城市建筑物歷史信息獲取、城市變化檢測等遙感相關應用等提供有效信息。

本發明提供一種基于陰影的高分辨率遙感影像建筑物高度估測方法，包括以下步驟：

步驟1，對待檢測原始影像進行陰影檢測，得到陰影檢測結果圖，并分別利用形態學處理得到更獨立的陰影和邊緣更平滑的陰影；

步驟2，利用步驟1所得邊緣平滑的陰影，利用陰影的面積、長度，以及衛星影像的成像特性判定陰影方向；

步驟3，根據步驟2所得陰影方向，通過統計步驟1所得獨立的陰影中某目標建筑物對應所有的陰影長度，根據陰影長度的統計特征確定該目標建筑物對應的陰影長度；

步驟4，通過步驟2所得陰影方向，求取太陽方位角，并通過太陽方位角推算太陽高度角；

步驟5，根據步驟3所得的陰影長度和步驟4所得的太陽高度角，估測目標建筑物的高度。

而且，利用形態學處理得到更獨立的陰影時，形態學處理包括采用形態學閉運算，填補陰影內部小空洞，再采用開運算，緩解陰影粘連的現象。

而且，利用形態學處理得到邊緣更平滑的陰影時，形態學處理包括采用形態學閉運算，填補陰影內部小空洞，再采用開運算，平滑陰影邊緣。

而且，步驟2的實現方式，包括以下步驟，