[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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本發明屬于多視衛星影像三維重建技術領域，具體涉及一種多視衛星影像數字表面模型融合方法。本發采用先分割后聚類的思想，先通過分割對高程落差嚴重的地物邊緣進行定位，然后通過表面模型聚類為每個區域內DSM融合提供模型約束。本發明同時利用顏色信息和高程信息實現相同區域的聚集，克服因高曝光導致的邊緣弱化問題，實現對地物邊緣的準確定位；通過超像素分割方法定位DSM的地物邊緣，為多視DSM融合提供準確的邊緣依據，使得區域內的多視DSM融合能夠沿著區域邊緣進行。本發明獲得的融合后的DSM能夠解決因大氣輻射變化和強曝光導致的地物邊緣區域高程模糊、高程落差劃分不規則的問題。

技術領域

本發明屬于多視衛星影像三維重建技術領域，具體涉及一種多視衛星影像數字表面模型融合方法。

背景技術

通過衛星影像進行三維重建能夠突破機載航空影像三維重建的地域限制，在全球三維態勢感知和大規模地面信息判讀等任務中發揮關鍵作用。因此，在遙感工程、攝影測量和計算機視覺的研究領域，通過多視衛星影像獲取高精度三維信息一直都是重點研究內容。

多視圖三維重建是對兩視圖三維重建的擴展和延續。根據三維重建中密集匹配執行的順序，可以將多視三維重建方法劃分為多視匹配方法(multi-view matching，MVM)和多立體匹配方法(multi-stereo matching，MSM)兩類。MVM方法需要同時考慮多個視圖間的匹配關系，并利用光度一致性和可見性約束在不同的視圖之間建立聯系來過濾誤匹配，因此MVM更善于處理從地面移動平臺和機載平臺拍攝的多視透視影像，這些影像具有大基線和大視差的特點。在三維模型生成階段，MVM通過多種融合方法生成完整的點云圖或數字表面模型(digital surface model，DSM)，包括基于體素的方法、基于表面演化的方法和基于插值增長的方法。在這些常用的方法中，基于體素的方法僅適用于緊密封閉的空間內的小型緊湊物體；基于表面演化的方法需要可靠的初始猜測，然而對于大規模場景則很難獲得可靠的初始點；基于插值生長的方法需要預生成準確的三維起始點作為生長的指導，以生成準確的表面模型。但是，對于遠離起始點的區域則可能會產生不合實際的插值。上述這些MVM方法都需要通過光束法區域網平差獲得準確的高程，光束法區域網平差依賴數量充足的、準確的視圖間匹配點作為地面控制點。然而對于大篇幅衛星影像來說，獲得數量充足的準確地面控制點則需要耗費大量的人力成本。

MSM對兩視圖三維重建的直接擴展，這些方法通過融合每一對兩視三維重建結果來獲得完整、準確的DSM。得益于MSM方法能夠直接使用最先進的密集匹配方法，因此MSM更加適用于大場景可見光遙感影像的三維重建任務。就準確性和完整性而言，航拍影像三維重建結果通常高于衛星影像三維重建結果。這是因為多視立體衛星影像的獲取很容易受到衛星運行機制、采集時間間隔和大氣輻射等方面的影響。最常見的MSM的優化方法是通過邊緣檢測或者區域分割方法對密集匹配進行邊緣約束，以獲得邊緣更加準確的視差圖，這樣能通過兩視三維重建計算出邊緣精度更高的DSM。最后直接對多幅DSM執行融合獲得最終的結果。但在多視DSM融合的過程中，多幅DSM之間并沒有邊緣約束，即使兩視圖重建結果被優化過，最終獲得多視DSM在高程落差嚴重的區域依舊存在大量誤差，并且弱紋理區域、陰影區域的高程空洞也沒有得到有效的填充。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多視衛星影像數字表面模型融合方法。

本發明的目的通過如下技術方案來實現：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；