[發明專利]一種多視衛星影像數字表面模型融合方法

有效

• 申請號: 202110602563.8
• 申請日: 2021-05-31
• 公開（公告）號: CN113222871B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 門朝光;趙禮;趙瑞峰;王坤;薛嘉明
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06T5/50
• 分類號: G06T5/50;G06T7/12;G06T7/30;G06K9/62;G06V10/762
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1.一種多視衛星影像數字表面模型融合方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：衛星影像與DSM的配準，通過衛星影像配置文件中的RPC系數構建RFM，建立圖上坐標與大地坐標的直接映射關系，并根據大地坐標獲得圖上目標區域對應的DSM，在目標區域中實現衛星影像與DSM的配準；

步驟2：衛星影像及其對應的DSM聯合數據超像素分割；將LSC超像素使用的十維映射函數擴展為十一維映射函數，然后對聯合數據進行映射，并對十一維的像素進行利用譜聚類，獲得衛星影像和DSM的聯合數據的超像素分割結果，實現具有相同高程結構區域的聚集；

步驟3：在每個超像素區域內，利用DSM的3-D坐標進行T-Linkage表面模型聚類，在超像素區域內獲得集群標簽及其對應的表面模型；

步驟3.1：通過均勻采樣與局部采樣相結合的隨機抽樣獲取估計表面模型所需的最小數據3-D點集，生成m個表面模型H＝{h_j}_j＝1...m；

步驟3.2：擬合表面模型h；

通過奇異值分解SVD的方法獲得集群3-D空間中的表面模型ax+by+cz+d＝0；根據模型性質，系數a,b,c構成的向量N＝[a,b,c]^T為表面模型的法向量；首先求最小樣本集中三維點{(x_i,y_i,z_i)}_i＝1...n的質心n≥3，根據法向量的性質構建方程組：

令方程組左邊矩陣為A，右邊矩陣為法向量N，則擬合的目標函數為min||AN||，并且保證||N||＝1，則對A做奇異值分解A＝UDV^T；D為對角陣，U和V均為酉矩陣，根據酉矩陣的性質能得到：

||AN||＝||UDV^TN||＝||DV^TN||

當滿足條件||V^TN||＝||N||＝1時，D的對角元素為奇異值，最后一個對角元素為最小奇異值；當且僅當V^TN＝[0 0 1]^T時，||AN||能取到最小值，最小奇異值對應的奇異向量就是平面的法方向，也就求出了系數a,b,c：最終可以得出

步驟3.3：在每個樣本集中計算數據點x的偏好函數，每個數據點x都用偏好函數φ來描述；偏好函數在取值區間為閉合區間[0,1]，最喜歡被表示成1，最不喜歡被表示成0；通過閾值的截斷效果來計算數據x的偏好函數；

τ為時間常數能夠實現截斷效果；d(x,h)表示數據點x與表面模型h之間的殘差；

步驟3.4：通過數據點x與表面模型h之間的殘差公式d(x,h)計算點到平面之間的距離；

d(x,h)＝|ax_i+by_i+cz_i+d|

步驟3.5：如果數據子集S＝{x}，則S的偏好函數就是x的偏好函數表示為q_x；否則S的偏好函數是向量p∈[0,1]^m，使其第i個分量為x的最小偏好函數然后通過Tanimoto距離計算每個點偏好函數[0,1]^m之間的相似性：

其中，符號·,·表示的標準內積；Tanimoto距離范圍是[0,1]，對于有如果p＝q，則d_T(p,q)＝0；如果p⊥q，則d_T(p,q)＝1；

步驟3.6：如果任意p和q都正交，那么輸出集群標簽及其對應的表面模型，聚類結束；否則通過公式d_T(p,q)＝min_r,sd_T(r,s)找到p和q，并用二者的并集替換這兩個集群，重新標記新集群，返回步驟3.2；

步驟4：將T-Linkage聚類獲得的N個集群作為DSM高程值融合的基本單位，利用表面模型的約束作用在每個集群區域中執行DSM的融合以獲得最終的DSM；

步驟4.1：初始化集群標簽i＝1，融合結果

步驟4.2：對于第i個集群的3-D點集合中的點p，若p到虛擬表面h_i的距離小于閾值τ_i，則將像素點p收入符合模型的點集合

步驟4.3：通過中值濾波的方法計算最終的DSM，將點集合作為中值濾波的作用范圍，中值濾波計算如下：

其中，將作為第i個集群的高程值，得到第i個集群的DSM：

步驟4.4：合并所有集群中3-D點的中值濾波結果，獲得最終融合的DSM：

步驟4.5：令i＝i+1，如果當前集群標簽i＝N+1，那么輸出融合結果否則返回步驟4.2。