遮挡检测算法分比较研究

遮挡检测算法分比较研究

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遮挡检测算法分析比较研究-建筑论文

遮挡检测算法分析比较研究

王玉锋全吉成刘宇王宏伟赵秀影

（中国人民解放军空军航空大学航空航天情报系，吉林长春130022）【摘要】真正射影像不仅具有地图的几何精度，可以直接进行地物尺寸和距离的测量，而且具有更好的视觉效果。有效的遮挡检测是真正射影像制作关键环节，国内外学者提出了许多遮挡检测算法，在进行遮挡区域检测的过程中各有优劣。通过对主要的遮挡检测算法原理和处理过程进行对比分析，总结了各个算法的优缺点，为寻求高效准确的遮挡检测算法提供参考，并提供了一些可以改进的建议。

关键词真正射影像；遮挡检测；Z-Buffer算法；PBI算法

A Comparative Study of Occlusion Detection Algorithm

WANG Yu-feng QUAN ji-cheng LIU Yu WANG Hong-wei ZHAO Xiu-ying

(Aerospace Intelligence department, The aeronautical university of the China People Liberation Airforce, Changchun Jilin 130022, China）【Abstract】True orthophoto has not only the geometric accuracy of map, can be directly measured object size and distance, and has better visual effect. Effective occlusion detection is a key link in true orthophoto production, domestic and foreign scholars have put forward a lot of occlusion detection algorithm, in each have advantages and disadvantages in the process of the occlusion detection. Based on the

comparative analysis of the main occlusion detection algorithm principle, summarizes the advantages and disadvantages of each algorithm, for reference to the efficient and accurate occlusion detection algorithm, and provide some suggestions for improvement of occlusion detection Algorithm.

【Key words】True orthophoto；Occlusion detection；Z-Buffer method；PBI Algorithm

作者简介：王玉锋（1990—），男，汉，本科，在读硕士生，主要研究遥感影像的几何校正。

0 前言

正射影像在保持地图的几何精度下具有更好的影像视觉特征[1]，在正射影像上，用户可以直接进行地物尺寸和距离的量测等。在GIS数据库中，正射影像的地位越来越重要，但在地形起伏大，大比例尺的城市地区航空影像来说，由于相机倾斜及高层建筑物的原因致使其存在严重的遮蔽现象。传统的正射校正只考虑地形的产生的像点位移，不考虑地形和地面目标产生的遮挡现象，在城市大比例尺正射影像上建筑物倾斜遮挡的情况非常严重，影响了影像信息的有效解译和利用。20世纪90年代以来，随着对数字地图质量的要求越来越高，真正射影像的制作方法引起了国内外学者的广泛关注。真正射影像生成的过程中，需要解决的核心问题是高效稳健的遮蔽检测过程[2]，在相关的研究中学者们提出了许多算法，本文旨在通过对这些算法的分析比较，找到这些算法的共同特点和优缺点，以寻求更准确高效的遮挡检测算法。

目前，遮蔽检测算法根据处理时采用的地表数据形式的不同，可分为基于栅格

数据的遮挡检测算法和基于矢量数据的遮挡检测算法；根据基本原理的不同，可分为Z-buffer算法、基于角度的遮挡检测算法和基于高程的遮挡检测算法，以及基于这些算法和数据特点的衍生算法。

1 Z-Buffer算法

Z-Buffer算法[3]的依据是：在同一条投影光线上的所有地物点，距离摄影中心近的地物点离投影中心远的地物点。在进行遮挡检测时，需要记录原始影像上各个像点对应的Z-Buffer矩阵和DSM网格的可见性矩阵，分别记为p_buffer 和P_visible，其中p_buffer记录了对应物点P和像点p的距离D和该物点P 的坐标。采用Z-Buffer算法进行遮挡检测的过程为：首先将p_buffer的深度都设置成无穷远，DSM网格的可见性都设置成可见，对DSM网格上的点P根据共线方程进行校正时，计算点P对应的像点p和它们的距离D，根据p的坐标取出对应的p_buffer，假如0＜p_buffer_D，将p_buffer中记录的物点位置记录为不可见，并使p_buffer_D=D，p_buffer_P=P，否则将物点P记录为不可见，循环完成对整幅影像的可见性分析。

Z-Buffer算法思路简单、计算量小、效率高，但这种算法也存在致命的缺陷，只有在一个物点对应一个像点的前提下才能得到理想的效果，当一个物点覆盖多个像点时就可能导致伪可见和M-Portion问题，当一个像点覆盖多个临近物点时就可能导致伪遮挡的问题。因此Z-Buffer算法很难适应成像倾角大和地形起伏较大的影像。

从Z-Buffer算法进行遮挡检测的过程可以看出，只有遮挡检测全部完成以后才能确定所有地物点的可见性，遮挡检测和灰度赋值必须单独依次进行，这两个过程中都需要根据共线方程计算像点坐标，出现了严重的重复计算。因此，学者