本发明专利技术提供了一种基于无参数影像的建筑高度快速提取方法，该方法能够在不需要任何影像摄取参数的情况下，利用单张影像计算获得目标建筑物的高度。其主要步骤为：获取待提取区域的影像以及所述待提取区域内已知的建筑物高度数据；对所获取的影像进行预处理；评估目标建筑的多条特征线的提取难度；选取最低难度的特征线；从所述影像中提取选定的特征线；计算所述影像的摄取参数；计算所述目标建筑的高度。本发明专利技术所采用的影像易于获得，并且通过综合量算大大增加了单张影像上提取建筑高度的可操作性，并解决了利用高分辨率影像量算建筑高度时无相关参数的问题，在城市规划和管理、土地管理、数字城市构建及防灾减灾等方面都有较好的应用潜力。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种基于无参数影像的建筑高度快速提取方法，该方法能够在不需要任何影像摄取参数的情况下，利用单张影像计算获得目标建筑物的高度。其主要步骤为：获取待提取区域的影像以及所述待提取区域内已知的建筑物高度数据；对所获取的影像进行预处理；评估目标建筑的多条特征线的提取难度；选取最低难度的特征线；从所述影像中提取选定的特征线；计算所述影像的摄取参数；计算所述目标建筑的高度。本专利技术所采用的影像易于获得，并且通过综合量算大大增加了单张影像上提取建筑高度的可操作性，并解决了利用高分辨率影像量算建筑高度时无相关参数的问题，在城市规划和管理、土地管理、数字城市构建及防灾减灾等方面都有较好的应用潜力。【专利说明】
本专利技术涉及测量领域，具体涉及一种基于无参数影像进行城市建筑物高度快速提 取的方法。
技术介绍
在城市建设、土地管理等领域，都需要掌握城市建筑高度信息以进行规划、设计、 监测和评价等工作。在城市防灾减灾、以及灾后评估的工作中，灾害特征的提取、受灾规模 和受灾人数的评估均需要利用到建筑物高度信息。在城市土地管理过程中，对建筑高度的 监测有利于城市土地的合理利用，保障政府、群众等其他利益相关者的合法财产权。在城市 规划、设计、评价以及数字城市构建的过程中，城市建筑物高度信息的获取是其实施过程中 的重要参数，该信息的大面积、快速提取对其来说有重要意义。 但我国大多数城市，特别是中心城区所在区域的建筑密度大，楼层高，障碍物较 多，若直接利用设备进行测量效率低，精度不高，难以满足相关的工作要求。随着大量的高 分辨率民用卫星的发射和使用，卫星影像为建筑高度信息的提取提供了一种新的途径。通 过卫星影像提取建筑物高度信息的方法主要有两种：（1)利用高分辨率遥感立体像对来实 现对建筑高度的计算；(2)利用阴影长度和计算模型来求取建筑高度。 当前，基于立体像对的建筑高度提取方法已相对成熟，主要通过三种途径求取建 筑物高度信息：（1)在立体测量的模式下，运用视线差原理来获取建筑物高度；（2)利用DEM 数据和房屋的边缘数据求取建筑物高度；（3)假设城市局部地面平坦，通过建立同名点的 几何光学成像模型，快速获取地面点、建筑物顶部点的相对坐标以计算建筑物高度。但是， 立体像对获取不易，提取过程复杂。 因此，基于单张影像的建筑高度提取方法成为当前研究的热点，国内外学者基于 不同来源的影像数据和不同的计算模型对建筑高度提取方法已做了大量的探讨，作为数据 基础的影像包括ALOS全色图像、IKONOS卫星影像、QuickBird卫星影像等。研究多基于影 像拍摄时太阳、卫星、建筑物朝向等角度参数利用阴影长度计算建筑物高度。总的来说，建 筑高度的量算中考虑的因素越来越多，量算精度也越来越高，但是多为采用单张高分辨率 影像进行的局部区域内部分建筑高度提取试点，在实际应用中，仅采用一种模型，存在以下 问题，一是高分辨率影像不易获取，二是提取方法限制条件多，不适宜进行大面积的建筑高 度的快速、高精度提取。 此外，现有的建筑高度提取方法都是基于卫星图像，在进行高度提取时，需要事先 获知卫星的运行参数和当时的太阳高度角和方位角。而现实中，城市的图像可能来自各种 途径，比如飞机或热气球的航拍图像，来自网络的卫星地图等，在这种情况下，可能无法获 知拍摄时卫星或其他摄取装置的具体参数，而目前没有任何一种方法能够在无参数情况下 提取出影像中的建筑高度。因此，目前的基于单张影像进行高度提取的方法也受到很大程 度的限制。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是克服上述利用单张影像进行建筑物高度提取方法的缺 陷，提供一种能够利用无参数的影像获得一定区域内的大量建筑物高度的方法。这里的无 参数的影像指的是在获得图像时，并不知晓摄取影像的装置的运行参数和/或摄取参数。 具体而言，本专利技术提供一种基于无参数影像的建筑高度快速提取方法，其特征在 于，所述方法包括如下步骤： 步骤1，获取待提取区域的影像以及所述待提取区域内已知的建筑物高度数据； 步骤2,对所获取的影像进行预处理； 步骤3,基于所获取的影像评估目标建筑的多条特征线的提取难度； 步骤4,基于对所述目标建筑的多条特征线的提取难度的评估，选取最低难度的特 征线； 步骤5,从所述影像中提取选定的特征线； 步骤6,基于所述待提取区域内已知的建筑物高度数据计算所述影像的摄取参 数； 步骤7,基于所选定特征线的长度、所述摄取参数，计算所述目标建筑的高度。 进一步地，所述特征线包括：第一特征线--目标建筑的屋顶位移点与其阴影点 连线、第二特征线一目标建筑的阴影全长、第三特征线一目标建筑的高差引起的屋顶 像点位移，以及第四特征线一目标建筑被遮挡后的阴影长。 进一步地，所述预处理包括：调整所述遥感影像的亮度、对比度和/或色彩平衡， 以用于特征点或线的提取。 进一步地，所述影像为来自卫星、航拍、Google Earth或百度地图的高分辨率遥感 影像。 进一步地，所述评估包括：（1)判断摄取所述遥感图像的摄取高度角是否大于 80°、（2)判断目标建筑周围是否紧邻有低层裙楼，并且基于所述判断确定所述第一特征线 的提取难度值。 进一步地，所述评估包括：判断目标建筑是否处于建筑密集区；判断目标建筑周 围是否有水面和植被；判断太阳的照射方向和摄取所述遥感图像的摄取方向是否处于所述 目标建筑同侧，并且基于上述判断结果赋予所述第二特征线相应提取难度值。 进一步地，所述步骤7还包括，基于所选取的特征线，选择相应的计算模型计算 所述目标建筑的高度。 具体而言，所述摄取参数包括所述影像摄取时，摄取装置的摄取方向相对于地面 的高度角和方位角，以及所述影像摄取时太阳的高度角和方位角。 优选地，所述方法还包括基于对多条特征线的提取难度的评估，选取最低难度的 两种特征线，分别基于所选取的两种特征线，选择相应的计算模型计算所述目标建筑的高 度，并将通过两种特征线所计算出的高度值进行比较，如果所计算出的高度值相差大于预 定阈值，则选取第三种特征线计算目标建筑的高度值，并从所获得的三个高度值中选取相 近的两个高度值，进行平均，获得目标建筑的高度值。 上面介绍了本专利技术执行的步骤，下面结合说明书附图1对本专利技术所涉及到的原理 及相关内容做进一步详细说明。 为了计算简化，本专利技术假定如下条件是成立的：①建筑物垂直于地球表面；②建 筑物的影子直接投影在地面上；③影子从建筑物的底部开始。在这里，假定所用图像为卫星 图像。当太阳和卫星处于建筑物的同侧时，卫星成像示意图如图1所示。图1中MO为建筑 的实际高度H，0点为建筑物顶面角点M点的垂直投影点，建筑立面MNPO在地面的投影为 ΒΕΡ0,其地面阴影为ADPO。A点是M点的阴影点，B点是M点在影像上的成像点位置，C点为 丽在地面的投影BE和AO相交的点。卫星高度角ω =Z ΜΒ0,太阳高度角Θ =ZMAO,卫 星和太阳的方位角分别为α和γ，卫星和太阳的方位角交角是Z BOA = α - γ。在图1 中，A、Β、0、C点为特征点，AO、BO、AB、AC线为特征线，其中AO为阴影全长（I1)，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于无参数影像的建筑高度快速提取方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤： 步骤1，获取待提取区域的影像以及所述待提取区域内的已知建筑物高度数据； 步骤2，对所获取的影像进行预处理； 步骤3，基于所获取的影像评估目标建筑的多条特征线的提取难度； 步骤4，基于对多条特征线的提取难度的评估，选取最低难度的特征线； 步骤5，从所述影像中提取目标建筑的选定的特征线； 步骤6，基于所述待提取区域内已知的建筑物高度数据计算所述影像的摄取参数； 步骤7，基于所选定特征线的长度、所述影像的摄取参数，计算所述目标建筑的高度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘彦随，乔伟峰，王介勇，龙花楼，项灵志，王亚华，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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