面向对象的真正射影像处理方法

论文摘要

数字正射影像（DOM）是摄影测量与遥感的主要产品之一,利用数字高程模型（DEM）通过正射纠正技术制作,消除地形起伏和相机倾斜等引起的投影变形,目前已经达到实用化程度。城区DOM存在建筑物倾斜、遮挡等问题,造成DOM与GIS矢量图配准困难,妨碍正射影像图的准确判读。“真正射影像”TDOM应运而生：利用数字表面模型（DSM）进行微分纠正,通过对地形与地物的完全纠正和遮挡区域的信息补偿,从真正意义上确保影像处处为垂直正射投影。真正射影像与正射影像制作方法最大的不同在于使用DSM代替DEM同时改正地形与地物的投影差,并对影像的遮挡区域进行检测和补偿。由于现有的真正射影像制作方法均属于“像素级”处理：用于纠正的DSM仅具有几何信息,而缺乏建筑物对象相关的语义信息；另外,基于DSM进行逐格网纠正、基于规则影像像素进行逐像素采样,难以顾及目标特征,如局部边界错误需要人工编辑,这些问题日益成为大规模TDOM自动化智能化处理的瓶颈。现有“像素级”的真正射影像纠正方法由于没有充分考虑地物特征和影像像素间的关联关系,导致对DSM分辨率十分敏感、地物轮廓边缘模糊、纹理结构被破坏,遮挡偿难以实现自动化,需人工处理。综上,本文提出了一种面向对象的真正射影像处理方法,主要内容包括：（1）对象的定义及语义描述本文定义了两大类对象：三维地表空间的物方对象和二维影像空间的像方对象。物方对象是由几何面片构成的、相对独立的地形或地物对象,在水平面上的投影应无缝、无重叠,本文通过语义约束的不规则三角网（S-TIN）的形式来表示物方对象。物方对象的语义信息主要包括几何语义（对象边缘、面片及其拓扑关系）和属性语义。像方对象是指影像上辐射特征一致、局部相关性最大、边缘闭合的纹理区域。像方对象的语义信息包括几何语义和属性语义,其中包括对真正射影像纹理采样至关重要的可见性、完整性等属性语义。（2）对象信息的全局空间索引根据成像原理,物方对象与像方对象存在一对多的对应关系,且由于遮挡,可能产生破碎不完整的像方对象纹理。在此逻辑基础上建立对象信息的全局空间索引,有效存储物方和像方对象及其语义信息。根据两类对象之间的几何映射关系与语义关联关系,全局空间索引可以快速查找最佳的像方对象用于纠正和采样,为准确高效的真正射纠正和自适应规避遮挡和阴影的优化采样。（3）面向对象的真正射纠正和纹理优化采样基于S-TIN格式表达的物方对象进行正射纠正,并根据全局可见索引查找对应的像方对象及其语义信息,用于面向对象的纹理优化采样。优化采样过程中使用的像方对象语义包括可见性、纹理完整性、阴影、辐射质量、成像天底角等,通过语义筛选选择最佳纹理生成真正射影像,自适应规避遮挡和阴影区域,保证结果的准确美观。设计了面向对象的真正射影像纠正处理的核心算法,并通过使用VC++6.0编程,开发了一个原型系统,选择广东阳江和贵州金阳地区多角度航空影像进行实验验证,结果表明面向对象的真正射处理方法既能保持准确的几何特征和完整的纹理结构,还能自适应的处理遮挡和阴影,为多角度高分辨率影像数据的自动化智能化真正射纠正提供了一种有效的新途径。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势
• 1.2.1 数据源
• 1.2.1.1 数据生产
• 1.2.1.2 数据类型
• 1.2.1.3 数据格式
• 1.2.1.4 模型精度
• 1.2.2 关键问题
• 1.2.2.1 几何纠正
• 1.2.2.2 遮挡检测
• 1.2.2.3 遮挡补偿
• 1.2.2.4 辐射处理
• 1.2.3 处理流程
• 1.2.3.1 关键步骤
• 1.2.3.2 处理流程
• 1.2.4 典型技术现状
• 1.2.4.1 像素及的自动化处理：以江苏省测绘局生产项目为例
• 1.2.4.2 对象级半自动化处理：以陕西测绘局真正射生产项目为例
• 1.2.5 已有研究总结
• 1.3 论文主要研究内容
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 面向对象的真正射影像处理原理
• 2.1 引言
• 2.2 面向对象的真正射影像处理
• 2.2.1 面向对象的思想引入
• 2.2.2 基本原理
• 2.2.3 关键技术
• 2.3 物方对象的定义及语义描述
• 2.3.1 已有的GIS物方对象
• 2.3.2 物方对象定义
• 2.3.3 物方对象的语义信息
• 2.3.4 物方对象的表达
• 2.4 像方对象
• 2.4.1 常见的遥感影像的影像对象
• 2.4.2 像方对象定义
• 2.4.3 像方对象语义信息
• 2.4.4 像方对象的表达
• 2.4.5 利用深度信息辅助的影像线特征提取
• 2.4.6 利用特征线辅助像方对象分割
• 2.5 物方对象与像方对象的关联关系
• 2.5.1 几何关联
• 2.5.2 语义关联
• 2.6 本章小结
• 第三章 对象信息的全局空间索引
• 3.1 基于对象的空间索引定义与构建
• 3.1.1 三维空间索引的描述
• 3.1.1.1 地形对象空间索引
• 3.1.1.2 模型对象空间索引
• 3.1.1.3 像方对象索引
• 3.1.2 三维空间索引的构建
• 3.1.2.1 基于k-D树的空间索引的应用
• 3.2 对象信息的全局空间索引
• 3.2.1 物方对象信息的有效组织与应用
• 3.2.1.1 建筑物对象组织与表达
• 3.2.1.2 水体对象组织与表达
• 3.2.1.3 道路对象组织与表达
• 3.2.1.4 其它城市实体对象的组织与表达
• 3.2.1.5 地形对象组织与表达
• 3.2.2 像方对象信息的有效组织
• 3.2.3 全局空间索引的定义与构建
• 3.2.3.1 全局空间索引定义
• 3.2.3.2 全局空间索引的构建
• 3.2.3.3 全局空间索引的应用
• 3.4 本章小结
• 第四章 纹理优化采样
• 4.1 纹理采样与重采样
• 4.2 传统遮挡补偿方法
• 4.2.1 多视角补偿原理
• 4.2.2 补偿像素选取策略
• 4.2.2.1 底点最近原则
• 4.2.2.2 顺序选取修复原则
• 4.2.2.3 权值影像方法
• 4.3 面向对象的影像优化采样方法
• 4.3.1 像方对象采样排序规则
• 4.3.2 面向对象的优化采样
• 4.3.2.1 采样流程
• 4.3.2.2 关键步骤
• 4.3.3 像方对象辐射处理
• 4.4 优化采样应用
• 4.5 本章小结
• 第五章 原型系统设计与实验
• 5.1 原型系统的设计与实现
• 5.1.1 系统功能结构设计
• 5.1.2 系统类结构设计
• 5.1.3 原型系统界面设计与交互操作
• 5.2 实验数据描述
• 5.3 阳江地区面向对象的真正射影像生成实验
• 5.3.1 实验区域
• 5.3.2 实验过程
• 5.3.3 对比分析
• 5.4 金阳地区面向对象的真正射影像生成实验
• 5.5 象素工厂真正射效果
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文的主要工作
• 6.2 主要创新点
• 6.3 工作展望
• 参考文献
• 附录：入学以来发表的论文和参与的科研项目
• 致谢