真正射影像制作及后处理应用 - 武大遥感——武汉大学遥感

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采用的是DEM 未顾及目标高度
遮蔽的实质是投影差;在城市大比列尺影像上尤为 严重;使得正射影像不是严格的“正射” 。
正射影像上遮蔽的利弊分析
不利之处
遮蔽的存在影响了正射影像的地图功能 影响了被遮蔽区域的信息获取和解译
正射影像上遮蔽的利弊分析
有利之处
遮蔽的存在增加了影像的立体感和真实感 有助于目标物体的解译 有利于目标物体的三维建模和几何量算(通过 生成立体匹配片构成可量测虚拟现实)
为使修补后的图像尽量逼真,应满足以下约束条件:
1
area ()
(u
u0
2
) dxdy
2
在不考虑噪声的情况下,对图像的修补可归结为是 在上式的约束条件下求整体变分:
u dxdy
极小值的约束泛函极值问题。
基于整体变分的图像修补算法
其实质是纹理外推 将充分利用待修补区邻域的信息
基于整体变分的图像修补算法
仍有少量点被误检测为不可见点
如何进行遮蔽检测 ?
典型遮挡检测方法对比分析
遮挡检测方法 基于矢量多边形的检测方法
优势
不足
基于矢量的前向投影检测法
考虑了影像像素的投影变形 避免分辨率差异和地形坡度引 起的伪遮挡和伪可见
栅格矢量化工作量大 前向投影迭代计算耗时 结果受灰度重采样方法的影响
后向投影和求交运算易于实现 基于矢量的后向投影检测法
钟成,黄先锋,李德仁. 真正射影像生成的多边形反演成像遮蔽检测方法. 测绘学报. Vol.39,No.1,2010
如何进行遮蔽检测 ?
典型遮挡检测方法对比分析
遮挡检测方法 框幅式影像遮挡检测
优势
不足
DTM与DBM分别纠正方法
最接近传统正射纠正方法 近似真正射影像的融合较简单
需人工提取建筑物模型DBM 无法检测建筑物之间的遮挡
真正射影像的主要应用是什么?
具备地图的基本功能,可以进行:
地物量测 与其他DLG产品套合进行地物修测 / 变化检测 与激光点云进行套合提取地物边缘 城市规划 / 土地利用 / 导航 纹理提取 等
对真正射影像应用的认识
真正射影像处理软件
越来越多的摄影测量系统已经将真正射 影像生产功能作为其亮点,如: 像素工厂Pixel Factory INPHO软件的OrthoBox
但仍然存在不足之处:
如影像上存在遮蔽(投影差)现象和阴影现象 对影像产品的辐射质量(包括色彩质量)控制和影 像的视觉解译效果等方面也还缺少统一的处理方法、 认识和标准。
需要研究或解决的问题
如何才能消除正射影像上所存在的遮蔽和阴影现象? 为此,需要研究和解决:
一、正射影像上遮蔽和阴影的成像机理及特性分析 二、正射影像上遮蔽和阴影的处理机制及认识问题

1
n2
[(
I
A R
I
B R
)
2
(
I
A G
I
B G
)
2
(
I
A B
I
B B
)
2
]
n
1
n
n
(
I
A R
I
B R
I
A G
I
B G
I
A B
I
B B
)
试验结果
原始影像
待修补位置
填充结果
试验结果(继续)
初步结论
基于整体变分的图像修补方法其最大特点是可以充 分利用待修补区邻域的信息进行缺损信息填充;在 待修补区为细长条状空白区域时,该方法是有效的。
正射影像制作
间接法数字微分纠正原理图:
x x0 y y0
f f
a1( X
a3( X a2 ( X
a3( X
X s ) b1(Y Ys ) c1(Z Zs )
X X
s s
) )
b3 (Y b2 (Y
Ys Ys
) )
c3 (Z c2 (Z
Zs ) Zs )
X s ) b3(Y Ys ) c3(Z Zs )
第1讲
真正射影像制作及后处理应用
王树根 教授
正射影像的优点
正射影像(DOM)作为摄影测量与遥感
的主要产品之一,它同时具有地图的几何 精度和影像的视觉特征,特别是对于高分 辨率、大比例尺的正射影像,它不仅具有 信息量丰富、直观真实的特点,而且还可 作为背景控制信息评价其他地图空间数据 的精度、现势性和完整性,因此,其应用 范围越来越广泛。
影像上遮蔽的产生
遮蔽是由于成像光线被有一定高度目标遮挡引起 中心投影影像上有遮蔽是不可避免的 遮蔽和阴影往往同时存在
遮蔽的分类
绝对遮蔽 相对遮蔽
遮蔽的实质
正射投影无遮蔽 中心投影有遮蔽 其实质为投影差
投影差大小为:
r rh H
遮蔽的实质
正射投影无遮蔽 中心投影有遮蔽
正射影像上遮蔽的实质
原始影像上的遮蔽在正射影像上依然存在
制作真正射影像的理论流程
制作真正射影像的理论流程
间接法
量测、融合或 解算生成DSM
遮挡检测 正射纠正 遮挡补偿 阴影检测与处理 影像匀光 影像拼接与镶嵌
多视影像
直接法
空三解算 密集匹配
生成DSM 正射纠正
记录物方-像方 可视对应关系
选取最佳像素
真正射影像
阴影检测与处理 影像匀光 像素组合
如何进行遮蔽检测 ?
制作真正射影像的理论流程
基本流程如下:
1)根据完整的数字地表模型(DSM)进行数字微分纠正, 消除原始影像中由于成像投影产生的几何形变与位移;
2)检测并标识地表成像时的遮挡区域,确保在微分纠正 中采集正确的纹理信息;
3)为了信息完整和影像美观,需要保证遮挡区域的纹理 正确与完整,对遮挡区域进行补偿处理。
能充分顾及边缘信息
基于整体变分的图像修补算法
基于整体变分的图像修补算法
参考文献:许威威. 一种基于整体变分的图像修补方法.
中国图象图形学报. 2002,No.4
试验结果(继续)
试验结果(继续)
试验结果(继续)
建筑物遮蔽信息补偿特点
基于纹理匹配的信息填充原理
基于纹理匹配的信息填充算法
最佳匹配的判据:
算法易实现 计算效率高
基于角度的检测方法
原理上特别适合线阵影像 行内扫描和检测速度快
存在与框幅式影像相同的缺陷
线阵影像几何关系复杂,纠正 困难
相机底点不停改变,计算量大
基于高度的检测方法 无需地面高程的检测方法
同上
只利用成像几何关系而无需 地面高程信息
同上 成像条件苛刻
信息补偿结果举例
对真正射影像应用的认识
框幅式中心投影的数字微分纠正
基本方法:根据DEM和像片的有关参数, 利用相应的构像方程或按一定的数学模型, 从原始的数字影像出发,通过解析计算和 灰度赋值得到相应的正射影像。
直接法数字微分纠正
X = φx (x,y); Y = φy (x,y)
间接法数字微分纠正
x = fx (X,Y) ; y = fy (X,Y)
完全利用矢量数据,结果精确
选取最佳像素方法
与微分纠正同步 匹配确定可靠的最佳可视点 避免遮挡补偿与影像镶嵌
地面多边形表达使后续处理困难
对影像重叠度要求严格 对DSM质量依赖性较强 生产时计算量大,需并行计算
如何进行遮蔽检测 ?
典型遮挡检测方法对比分析
遮挡检测方法 线阵扫描影像遮挡检测
优势
不足
基于投影射线的检测方法 Z-buffer方法
辐射质量控制举例
数字正射影像的主要应用
可制作影像地图 与等高线套合可制作影像地形图 可用于与线划图(DLG)套合进行地形图
修测,或检查其精度、现势性和完整性 数字正射影像 + DEM -> 生成景观图 与立体匹配片一起可用于检查DEM的质量。
等等
正射影像精度的检查与质量控制
虽然制作数字正射影像的理论和方法已基本成熟, 生产的过程也已经达到了很高的自动化水平;
存在问题:如何解决多视影像匹配中的相对遮挡问题
制作真正射影像的另一个关键问题
如何对被遮蔽处的信息如何进行补偿
两种遮蔽信息处理方法优缺点分析
不进行补偿
遮蔽信息补偿
从相邻航片上 获取相关信息
被遮蔽位置随像片变化
从相邻航片获取信息的不足之处
并非所有被遮蔽信息都能从相邻航片上获取 要考虑处理成本、碎部信息补偿处理的复杂度和工作量
限制遮蔽的对策(续)
前三种方法只能有效地限制遮蔽的范围, 但不能消除。
要有效地消除遮蔽现象,只有制作所谓 的“真正射影像”(True - Orthophoto)
问题的提出
什么是真正射影像 ? (True-Orthophoto)
真正射影像的制作原理
用DSM代替DEM制作正射影像
要顾及目标物体的高度 理论上是可行的 具体实施中仍有困难,如 DSM的采集 遮蔽信息的补偿
1 h
a32 a22 2 a33 a31 22
uleft
1 h
a21 a22 2 a31 a11 22
基于整体变分的图像修补算法
u0i
hai1uai1
aA0
对待修补区域的信息填充迭代进行;
当本次计算与上一次计算的灰度差小于某一给定 的限差时迭代结束。
基于整体变分的图像修补算法
对正射影像上遮蔽处理的再认识
问:
是否存在其它的方法可以对影像上的 遮蔽(或缺损)信息进行补偿?
影像信息补偿处理的进一步认识
遮蔽处理的关键是对(遗漏、丢失)信息的补偿, 其实质是图像修补。 图像修补的相关问题研究包括:
影像压缩、解压缩中丢失信息的修补
图像修补的相关研究
修补裂缝 修补划痕
影像信息补偿相关研究(续)
去掉文字信息 移去目标
影像信息补偿相关研究(续)
基于整体变分模型和纹理匹配的 影像缺损信息补偿方法
整体变分概述
泛函:更广泛意义下的函数关系,如:Q = Q [ f (x) ] 变分法:处理泛函极值问题的方法称为变分法。 古典变分法所研究的问题可归结为: 在适当的函数集合内选择函数 y = f(x),要使积分
Q[ y] x2 F[x, y(x), y(x)]dx x1
取极值,则函数 y(x)必须满足下列“尤拉方程”:
F d (F ) 0 y dx y
基于整体变分的图像修补模型
AB
对一幅二维图像来说,图像的整体变分是梯度幅值 的积分,记为:
u udxdy
ux2
u
2 y
dxdy
进一步地
限制遮蔽的对策
正射影像作为地图使用,首先须考虑其地 图功能。为此,需要对遮蔽进行限制。
影像获取时的策略
采用窄角、长焦距摄影机 短摄影基线,增加影像的重叠度
r rh rh H mf
限制遮蔽的对策(续)
正射影像纠正时的策略
取每张像片的中心部分制作正射影像
限制遮蔽的对策(续)
利用行扫描影像
只在一个方向有投影差
基于投影射线的检测方法 Z-buffer方法
基于角度的检测方法 基于高度的检测方法
算法易实现 计算效率高 应用广泛
可有效避免Z-buffer方法的伪遮 挡和伪可见问题
不受影像分辨率的影响 对建筑物边缘检测准确 比基于角度的方法高效
对DSM分辨率敏感 存在伪遮挡与伪可见问题 狭窄垂直结构存在M-portion问题 扫描全部DSM复杂费时 重复访问现象不可避免 计算量增大,效率降低
这说明,要完全消除正射影像上的遮蔽现象反而 会给观察者以不真实的感觉。
需回答的问题
是要正射影像还是真正射影像?
基于纹理匹配的方法图像修补方法其最大特点是可 以在图像的较大范围内寻找性质相似的点;对于细 长条状的待修补区,该方法是有效的。
两种方法的共同特点是都只对待修补区的信息进行 填补,而不改变待修补区以外的像素值。
其他研究
其他研究
遮蔽信息补偿的认知解释
遮蔽信息补偿是人类视觉中一个非常普通的处理 过程(与知识、经验等有关) 人眼的视觉系统是中心投影,对中心投影影像上 所存在的遮蔽(投影差)现象会觉得很自然 一个人从出身起就用眼睛来认知外部世界,早已 习惯了自然界中的、立体的三维世界、习惯了前 景遮后景和近大远小等原则
c
b a
S
原始影像
A
C B
A0
纠正影像
正射影像制作
关于影像镶嵌:一张正射影像一般不能 覆盖一幅图(标准分幅)的范围(除非小 比例尺的卫星影像),因此,将多张像片 拼成整幅影像图的过程称为影像镶嵌。
Fra Baidu bibliotek
正射影像制作
影像镶嵌内容: 几何镶嵌 辐射镶嵌(又叫匀光处理),是重点和难
点之一,特别是对彩色影像。匀光处理主要 是利用直方图进行,看直方图分布是否协调 一致。
纹理外推
基于整体变分的图像修补算法
整体变分图像修补基础模型:
div
u u
0
根据待修补点 8 邻域信息,采用半点格式法求 解梯度
基于整体变分的图像修补算法
1
uup
h
a12 a22 2 a11 a13 22
1
uright
h
a23 a22 2 a13 a33 2 2
udown
DEM和DSM的区别 DSM
DEM
对裸露地表:DEM= DSM
DSM的采集
在解析立体测图仪或DPW上,基于立体像 对采集DSM
工作量大 对表面不规则的物体很困难,甚至是不可能的
DSM的采集
激光扫描测距 (Lidar)
城市DSM的采集(Lidar)
城市DSM的采集 (密集匹配)
多视影像密集匹配技术等可以快速获取高精度DSM数据
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