基于GPU的遥感影像实时匀光匀色预览技术制造技术

为了获得高质量的数字正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM），在其生产过程中进行影像间色彩一致性处理是不可或缺的技术环节。为了简化色彩处理步骤方便人工进行色彩调节和预览，本发明专利技术公开了一种基于GPU的遥感影像实时匀光匀色预览技术。该技术是在影像匀光匀色处理的基础上，提前对影像进行建模，利用GPU加速，达到实时预览的目的。通过大量实验和实际应用，改技术可以在保证“所见即所得”的预览效果的基础上，达到实时预览的目的，不需要重复调节参数、输出影像、查看影像结果的繁琐过程，简化了色彩一致性的处理步骤，减少了迭代次数，进一步提高了匀光匀色的作业效率。

【技术实现步骤摘要】
基于GPU的遥感影像实时匀光匀色预览技术
测绘科学与技术。
技术介绍
数字正射影像图（DigitalOrthophotoMap，DOM）作为测绘行业的4D产品之一，能直观形象地反映地形、地貌、地物的状况，是制作地形图、建立国家基础信息数据库的基础，在城市规划、水利水电设施建设、国土资源普查、抗灾救灾、土地资源变化监测、国家安全防卫等关系到国家民生和发展的应用中发挥着越来越重要的作用。正射影像产品的生产过程主要包括：几何校正、色彩一致性处理和镶嵌三个步骤。其中，色彩一致性处理是为了消除遥感影像在获取过程中由曝光差异、摄影角度、光照条件、大气条件以及地物属性等方面影响而导致影像内部和影像之间出现的亮度分布不均匀和色彩差异。这些差异将直接影响最终生成的正射影像质量，从而进一步影响用户的目视判读。传统解决色彩一致性问题主要依靠人工利用图像处理软件（如：Photoshop）交互处理的手段。但人工色彩处理过程受主观因素的影响比较大，当处理的区域涉及多幅影像时，很难把握整体的处理效果。而且，近年来随着影像分辨率的逐渐提高，数据量呈几何级数增长，这就导致需要耗费大量的人工工作量。通过近几年的技术发展，虽然提出了很多色彩一致性自动化处理解决方案，一定程度上减少了人工工作量，但由于数据量巨大，且每个数据都有自身的特殊性，这就导致对数据进行批量调整在大多数场景下并不适合，且批量调整后要看到最终效果，需要耗费大量的处理时间和存储空间。这就使得处理的迭代周期和存储空间的大小成为解决色彩一致性问题的瓶颈。针对这一问题，本专利技术提出了基于GPU多核处理器的遥感影象实时匀光匀色预览技术。通过利用GPU技术大幅提升匀光匀色处理效率，并利用实时渲染框架，实时显示处理后的效果，并为用户提供交互界面，可以实时调节参数，实时得到匀光匀色后的效果，支持超大数据量的预览。极大的节省了人工工作量，减少了迭代时间，由于全部处理都在内存进行不用实体输出，节省了大量存储空间。
技术实现思路
本专利技术的目的在于为了解决遥感影像在进行匀光匀色处理的过程中，由于每张影像的亮度分布不一致、色彩差异较明显、数据量庞大等特点，一套参数很难适应全部影像，且参数调节需要反复尝试，造成迭代周期长，存储空间占用巨大等的问题。本专利技术提供了一种基于GPU的遥感影像匀光匀色实时预览技术，其基本思想是：利用遥感影像的金字塔小影像进行分块特征值统计作为特征模型，然后利用遥感影像渲染框架加载大量已近建好模型的遥感数据，利用建好的特征模型，通过GPU技术加速匀光匀色处理过程，使得用户能够实时预览到任何地区的遥感影像的匀光匀色结果，并可以实时进行色彩调整，针对不同的影像做不同的操作，直到得到满意的效果。系统将最终的参数记录下来，利用集群处理模式一次性输出最终的匀色结果。该技术不仅减少了用户调节效果时不能实时预览的问题，而且通过减少迭代次数，零IO输出，节省了匀光匀色处理时间和存储空间，提高了DOM的生产效率和生产质量。本专利技术的创新点在于：1、针对遥感影像的金字塔影像应用GPU并行技术进行统计建模，解决了匀光匀色处理过程中局部依赖整体的难题，使得特征值模型可以快速统计出来用于后期预览，又不影响最终预览效果；2、利用GPU对Wallis处理过程进行加速，可以将处理效率提升几个量级，以满足实时预览的要求；3、本专利技术提出的基于GPU的实时预览技术，能够方便用户随时查看匀色结果，而不用输出真正成果，减少了迭代次数，提升匀色处理效率。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是双线性内插示意图。图2是基于GPU的遥感影像实时匀光匀色预览技术的整个技术流程。具体实施方式本专利技术的实施方式将在下文参照附图描述。图1是根据本专利技术实施方式产生的双线性内插计算方法。根据图1所示，可以利用P点周围四个相邻像素的特征值，根据公式（2）内插计算出其相应的特征值（mg，σg）。（2）上式中，坐标（x1，y1）、（x1，y2）、（x2，y1）和（x2，y2）分别表示P点（x，y）周围的四个像素点，其特征值分别为I11、I12、I21和I22，此处I代表灰度均值m或方差σ。图2是根据本专利技术实施方式产生的基于GPU的遥感影像实时匀光匀色预览的整个技术流程图。通过该流程图可以获悉整个测区遥感影像匀光匀色预览处理的方法。图2中的101步骤各影像金字塔特征值建模处理，即针对影像的金字塔作为输入进行特征值统计。由于各点的特征值统计是相互独立的，因此也可以利用GPU并行来进行加速，具体实施过程如下：将金字塔影像按地理信息，划分m1×n1大小的格网，即设置Wallis变换窗口大小，并取每个格网的中心点坐标组成二维向量，每个中心点为一个计算单元，将金字塔影像以及其所覆盖的地理范围，传到GPU中，利用图1所示的双线性内插，求出每个中心点所覆盖区域的像素集合，统计出特征值（即灰度均值m和方差σ，下文中特征值皆指灰度均值和方差）。经过并行运算，求出了整个影像的特征值矩阵，以此作为模型文件输出。101建模过程完成。接着，利用渲染框架调度出要预览的影像块，然后，按照步骤102，根据图2显示的双线性内插方法计算出每个影像块各像素对应的特征值（mg，σg），形成当前影像块的特征值矩阵；然后，按照步骤103依然利用GPU加速技术，快速进行Wallis变化。图2中的步骤103利用GPU技术对Wallis变换进行色彩一致性加速处理。因为每个像素的前后变换是独立，因此可以以像素为单位进行GPU并行加速。首先将原始特征值矩阵显存和目标特征值矩阵一同放入显存中，供多个像素处理线程同时访问。这时每个像素都可以同时利用图1所示的双线性内插，得到当前像素所对应的原始和目标特征值，最后运用Wallis变化公式（见式（1））得到处理后的像素。通过并行计算，可一次性得出整块影像的结果，最后将处理过后的影像显示到屏幕上，供用户查看浏览。（注：若测区中待处理影像含有多波段，同样可以按照上述处理流程分别对各波段进行彩色一致性处理。）（1）上式中，g（x，y）和f（x，y）分别为变换前后影像的像素值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于GPU的遥感影像实时匀光匀色预览技术。

【技术特征摘要】
1.基于GPU的遥感影像实时匀光匀色预览技术。2.根据权利要求1的基于GPU的遥感影像实时匀光匀色预览技术，其整个处理过程包括单幅遥感影像的匀色处理、利用GPU+实时渲染技术对多幅影像实时预览。3.根据权利要求2的单幅遥感影像的匀色处理，基于改进后的Wallis方法，分别对测区内的每幅正射影像进行影像内部的色彩一致性处理。4.根据权利要求2的利用GPU+实时渲染技术对多幅影像实时预览，是将权利要求3的算法利用GPU编程技术对多幅影像进行处理，实现实时预览。5.根据权利要求4的利用GPU编程技术对多幅影像进行处理，它是先在每幅影像的4级金字塔上，划分规则格网m1×n1（也就是Wallis窗口大小），统计每个格网内的特征值，然后把这些特征值结合像素中心的地理坐标形成该图像的统计矩阵，以此作为统计模型输出到对应的模型文件中。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎珂，张建凯，陈伯斌，
申请(专利权)人：北京吉威时代软件股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11