改进半全局匹配的高分卫星影像DSM提取方法
发布时间：2021-09-05 18:11
传统半全局匹配算法在提取高分卫星立体像对DSM时,匹配结果受正则化参数的影响较大,且在阴影、低纹理、重复纹理和视差跳变等难以匹配区域存在较多的视差空洞。针对上述问题,该文提出了一种改进半全局匹配的高分卫星影像DSM提取方法:在代价聚合过程中根据当前层金字塔影像的视差搜索范围和代价矩阵自动确定正则化参数以增强匹配结果的稳定性,同时构建金字塔聚合以提高匹配点的数量;在此基础上,利用基于快速双边算子的优化策略优化视差图以填充视差空洞。结果表明:本文方法生成的DSM在建筑物边缘更为精细,同时能够较好地恢复难以匹配区域的高程值,且具有更高的精度水平。
【文章来源】：测绘科学. 2020,45(07)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
金字塔约束和金字塔聚合示意图
实验第1部分比较了在山区和城区各个改进步骤生成的视差图。从图2(b)中可以看出,山区和城区的大部分地物地貌得以正确匹配,由此验证了自动确定正则化参数的方法有着较好的鲁棒性。针对视差图在部分低纹理、重复纹理和阴影等区域表现为空洞(纯白色像素)的问题,见图2(b),本文在代价聚合中构建金字塔聚合,低纹理和重复纹理区域的视差空洞有效减少,见图2(c)。但是在图2(c)中仍然有较多的视差空洞,其中包含了位于阴影位置的视差空洞。常用的处理方式是视差空洞对应位置的DSM由邻近点内插得到,这种方法导致DSM高程精度较低。本文利用基于快速双边算子的优化策略,同时结合原始影像的灰度信息,绝大部分视差空洞得以填充,见图2(d)。在此基础上,生成的三维点云更为稠密,这样不仅可以用更小的搜索半径内插生成DSM,且生成的DSM更为精确。实验第2部分利用DSM阴影晕渲图阐述ASP、MicMac、PCI和本文方法生成DSM的差异。从图3可以看出,ASP生成的DSM与参考DSM差别最大,建筑物和树木等大部分地物不再显著。这是由于ASP对生成的DSM进行了过度平滑处理以获得DEM。MicMac和PCI生成的DSM与参考DSM都较为接近,但是MicMac生成的建筑物DSM不够完整,而PCI生成的建筑物DSM在边缘处较为平滑,没有明显的断裂。相比较于上述软件,本文方法生成的建筑物DSM较为完整且边缘断裂明显,林区对应的DSM与参考DSM也更为接近。
实验第2部分利用DSM阴影晕渲图阐述ASP、MicMac、PCI和本文方法生成DSM的差异。从图3可以看出,ASP生成的DSM与参考DSM差别最大,建筑物和树木等大部分地物不再显著。这是由于ASP对生成的DSM进行了过度平滑处理以获得DEM。MicMac和PCI生成的DSM与参考DSM都较为接近,但是MicMac生成的建筑物DSM不够完整,而PCI生成的建筑物DSM在边缘处较为平滑,没有明显的断裂。相比较于上述软件,本文方法生成的建筑物DSM较为完整且边缘断裂明显,林区对应的DSM与参考DSM也更为接近。受到建筑物等的遮挡,阴影区域在影像上的亮度值较低,从而造成该区域很难得到正确的匹配结果,即视差空洞。在三维点云内插DSM的过程中,由于视差空洞的存在,建筑物边缘变得平滑而没有与参考DSM相对应,如图3中ASP、MicMac和PCI在阴影1和阴影2位置的阴影晕渲图。从直观上看,本文方法相比于上述软件在阴影位置处的DSM阴影晕渲图与参考DSM的阴影晕渲图更为接近,更加准确地恢复了阴影区域的高程。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分辨率遥感影像DSM的改进半全局匹配生成方法[J]. 杨幸彬,吕京国,江珊,张丹璐. 测绘学报. 2018(10)
[2]从摄影测量到计算机视觉[J]. 龚健雅,季顺平. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(11)
[3]数字表面模型的建筑物容积率提取[J]. 赵翠晓,陈曦,杨辽,罗志辉. 测绘科学. 2017(05)
[4]区域生长的半全局密集匹配算法[J]. 陈智君,李浩,周弈,温四林. 测绘科学. 2017(05)
[5]顾及纹理特征的航空影像自适应密集匹配方法[J]. 朱庆,陈崇泰,胡翰,丁雨淋. 测绘学报. 2017(01)
[6]基于半全局优化的资源三号卫星影像DSM提取方法[J]. 岳庆兴,高小明,唐新明. 武汉大学学报(信息科学版). 2016(10)
[7]基于半全局多视近景影像匹配的三维建模方法[J]. 邹峥嵘,邹小丹,刘合凤,张云生. 测绘通报. 2014(02)
[8]DSM辅助下城区大比例尺正射影像镶嵌线智能检测[J]. 左志权,张祖勋,张剑清,曹辉. 测绘学报. 2011(01)
本文编号：3385839
【文章来源】：测绘科学. 2020,45(07)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
金字塔约束和金字塔聚合示意图
实验第1部分比较了在山区和城区各个改进步骤生成的视差图。从图2(b)中可以看出,山区和城区的大部分地物地貌得以正确匹配,由此验证了自动确定正则化参数的方法有着较好的鲁棒性。针对视差图在部分低纹理、重复纹理和阴影等区域表现为空洞(纯白色像素)的问题,见图2(b),本文在代价聚合中构建金字塔聚合,低纹理和重复纹理区域的视差空洞有效减少,见图2(c)。但是在图2(c)中仍然有较多的视差空洞,其中包含了位于阴影位置的视差空洞。常用的处理方式是视差空洞对应位置的DSM由邻近点内插得到,这种方法导致DSM高程精度较低。本文利用基于快速双边算子的优化策略,同时结合原始影像的灰度信息,绝大部分视差空洞得以填充,见图2(d)。在此基础上,生成的三维点云更为稠密,这样不仅可以用更小的搜索半径内插生成DSM,且生成的DSM更为精确。实验第2部分利用DSM阴影晕渲图阐述ASP、MicMac、PCI和本文方法生成DSM的差异。从图3可以看出,ASP生成的DSM与参考DSM差别最大,建筑物和树木等大部分地物不再显著。这是由于ASP对生成的DSM进行了过度平滑处理以获得DEM。MicMac和PCI生成的DSM与参考DSM都较为接近,但是MicMac生成的建筑物DSM不够完整,而PCI生成的建筑物DSM在边缘处较为平滑,没有明显的断裂。相比较于上述软件,本文方法生成的建筑物DSM较为完整且边缘断裂明显,林区对应的DSM与参考DSM也更为接近。
实验第2部分利用DSM阴影晕渲图阐述ASP、MicMac、PCI和本文方法生成DSM的差异。从图3可以看出,ASP生成的DSM与参考DSM差别最大,建筑物和树木等大部分地物不再显著。这是由于ASP对生成的DSM进行了过度平滑处理以获得DEM。MicMac和PCI生成的DSM与参考DSM都较为接近,但是MicMac生成的建筑物DSM不够完整,而PCI生成的建筑物DSM在边缘处较为平滑,没有明显的断裂。相比较于上述软件,本文方法生成的建筑物DSM较为完整且边缘断裂明显,林区对应的DSM与参考DSM也更为接近。受到建筑物等的遮挡,阴影区域在影像上的亮度值较低,从而造成该区域很难得到正确的匹配结果,即视差空洞。在三维点云内插DSM的过程中,由于视差空洞的存在,建筑物边缘变得平滑而没有与参考DSM相对应,如图3中ASP、MicMac和PCI在阴影1和阴影2位置的阴影晕渲图。从直观上看,本文方法相比于上述软件在阴影位置处的DSM阴影晕渲图与参考DSM的阴影晕渲图更为接近,更加准确地恢复了阴影区域的高程。
【参考文献】：
期刊论文
[1]高分辨率遥感影像DSM的改进半全局匹配生成方法[J]. 杨幸彬,吕京国,江珊,张丹璐. 测绘学报. 2018(10)
[2]从摄影测量到计算机视觉[J]. 龚健雅,季顺平. 武汉大学学报(信息科学版). 2017(11)
[3]数字表面模型的建筑物容积率提取[J]. 赵翠晓,陈曦,杨辽,罗志辉. 测绘科学. 2017(05)
[4]区域生长的半全局密集匹配算法[J]. 陈智君,李浩,周弈,温四林. 测绘科学. 2017(05)
[5]顾及纹理特征的航空影像自适应密集匹配方法[J]. 朱庆,陈崇泰,胡翰,丁雨淋. 测绘学报. 2017(01)
[6]基于半全局优化的资源三号卫星影像DSM提取方法[J]. 岳庆兴,高小明,唐新明. 武汉大学学报(信息科学版). 2016(10)
[7]基于半全局多视近景影像匹配的三维建模方法[J]. 邹峥嵘,邹小丹,刘合凤,张云生. 测绘通报. 2014(02)
[8]DSM辅助下城区大比例尺正射影像镶嵌线智能检测[J]. 左志权,张祖勋,张剑清,曹辉. 测绘学报. 2011(01)
本文编号：3385839
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