一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理方法和系统，该方法区别于传统的先进行遥感影像几何精校正，然后进行语义分割和信息提取的传统方案，提出了包含语义信息提取、语义信息辅助的自动化几何精校正、语义信息优化三个步骤。首先从标准景影像中初步提取云、水面、冰雪、云影、人工建筑物等对几何精校正具有较大影响的地类信息，然后在这些信息的辅助下排除干扰，实现全自动的遥感影像几何精校正、匀光匀色、无缝镶嵌、影像合成等处理，最后在高精度多源合成影像中，提取更丰富的语义信息和目标信息，得到超大规模多源合成影像及其对应的语义地图及地类专题地图。及其对应的语义地图及地类专题地图。及其对应的语义地图及地类专题地图。

【技术实现步骤摘要】
一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理方法和系统


[0001]本专利技术属于测绘科学与
，涉及一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理方法和系统。

技术介绍

[0002]早期的多源卫星影像几何精校正和语义分割处理系统的工作流程，一般是先通过影像匹配、区域网平差、正射纠正、影像匀色和镶嵌等过程得到高精度的多源遥感卫星合成影像，然后从合成影像中通过智能化的手段或人工的手段获取目标信息、地物覆盖信息等语义信息。但是在这一类处理系统中，没有发挥语义信息在多源遥感卫星影像合成中的作用。
[0003]在缺乏语义信息的情况下，多源影像高精度合成会遇到如下问题：
①
影像匹配点可能分布在云、水面、冰雪等不稳定地物上，降低了几何精校正精度；
②
自动匹配获得的控制点可能分布在建筑物等“非地面表面”上，这种控制点无法从DEM中自动获得准确的高程；
③
影像中的云、云影、冰雪等存在一定镜面反射的区域会对影像的融合、匀光匀色等操作造成不良影响；
④
在缺乏建筑物和树木覆盖信息的情况下，镶嵌线可能穿过这种障碍地物，造成镶嵌线两边影像的错位。这些问题一方面降低了自动化多源遥感合成影像生产的质量(如降低几何精度、导致融合影像存在晕边现象、造成匀光匀色后的影像偏色等)，另一方面使得一些工作只能通过大量的人工干预才能完成(如通过人工编辑镶嵌线绕开建筑物、树木等障碍地物)。
[0004]考虑到基于深度学习等手段的遥感影像语义信息自动提取的精度、可靠性和泛化能力不断提高，已经可以满足自动化遥感影像几何校正与合成的要求，同时考虑到遥感影像语义信息的提取不依赖高精度的地理信息，本专利技术提出了一种几何语义一体化的多源遥感卫星影像处理方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开了一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理方法。该方法区别于传统的先进行遥感影像几何精校正，然后进行语义分割和信息提取的传统方案，提出了包含语义信息提取、语义信息辅助的自动化几何精校正、语义信息优化三个步骤。本方法先从标准景影像中初步提取云、水面、冰雪、云影、人工建筑物等对几何精校正具有较大影响的地类信息，然后在这些信息的辅助下排除干扰，实现全自动的遥感影像几何精校正、匀光匀色、无缝镶嵌、影像合成等处理，最后在高精度多源合成影像中，提取更丰富的语义信息和目标信息等，最终得到超大规模多源合成影像及其对应的语义地图和地类专题地图。
[0006]本专利技术提供一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理系统，包括以下模块：
[0007]语义信息预提取模块，用于标准景遥感影像的语义信息预提取，包括从标准景遥感影像中提取云、水面、冰雪、云影、建筑物、树木地物覆盖范围掩膜图，定义为选择相应的二值图，通过“或运算”为每一
幅标准景影像合成同一影像范围的“不稳定地物掩膜图”、“非地面地物掩膜图”和“弱光谱或纹理质量掩膜图”；
[0008]其中“不稳定地物覆盖掩膜图”中值为1的区域对应云、水面、冰雪，即随时间、季节因素的变化快速发生变化地物；
[0009]“非地面地物覆盖掩膜图”中值为1的区域对应建筑物、树木，即高于地面的地物；
[0010]“弱光谱或纹理质量范围掩膜图”中值为1的区域对应通过云、云影、冰雪，即光谱或纹理质量不稳定的地物；
[0011]精校正模块，用于结合语义信息预提取模块中提取的语义信息，实现多源遥感影像几何定向模型的精校正，利用精校正的几何定向模型对遥感影像进行正射纠正得到正射影像；
[0012]多源遥感影像合成模块，用于结合语义信息预提取模块中提取的语义信息进行多源遥感影像的合成；
[0013]输出模块，用于在语义信息预提取模块中提取的语义信息辅助下，在多源遥感影像合成模块中得到的大范围多源合成影像中提取的语义信息，获得高地理精度的语义信息覆盖图。
[0014]一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理系统的输入数据和输出数据定义如下：
[0015]输入：
[0016]1.标准景遥感影像：包括一幅遥感影像及其几何定向模型(如一级卫星影像及
[0017]其RPC参数)，其数据源来源如下：
[0018]a)传感器校正(Sensor Correct)后的光学卫星遥感影像及其有理函数模型参数(RPC参数)，如
①
资源三号、高分一/二/六/七号、高景一号卫星的1A/1B级影像产品；
②
国外WorldView-1/2/3卫星的Geo级影像产品。
[0019]b)合成孔径雷达(SAR)卫星影像及通过“距离多普勒模型”归算得到的有理函数模型参数，如高分三号、遥感六号标准景影像产品等。
[0020]2.参考与辅助数据：包括参考底图影像(如高精度光学正射影像、控制点影像库)和高程模型(如数字高程模型DEM)；
[0021]输出：
[0022]1.几何精校正产品：包括遥感影像几何定向模型(如精校正后的RPC模型)、正射影像产品、多源遥感合成影像产品(镶嵌影像或分幅影像)；
[0023]2.遥感语义信息产品：包括遥感影像目标提取成果、遥感影像语义分割产品、矢量化地物信息产品。
[0024]一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理方法的具体数据处理流程如图1所示，其具体步骤为：
[0025]步骤1，标准景遥感影像的语义信息预提取，包括从标准景遥感影像中提取云、水面、冰雪、云影、建筑物、树木地物覆盖范围掩膜图，定义为面、冰雪、云影、建筑物、树木地物覆盖范围掩膜图，定义为选择相应的二值图，通过“或运算”为每一幅标准景影像合成同一影像范围的“不稳定地物掩膜图”、“非地面地物掩膜图”和“弱光谱或纹
理质量掩膜图”；
[0026]其中“不稳定地物覆盖掩膜图”中值为1的区域对应云、水面、冰雪，即随时间、季节因素的变化快速发生变化地物；
[0027]“非地面地物覆盖掩膜图”中值为1的区域对应建筑物、树木，即高于地面的地物；
[0028]“弱光谱或纹理质量范围掩膜图”中值为1的区域对应通过云、云影、冰雪，即光谱或纹理质量不稳定的地物；
[0029]步骤2，结合步骤1中提取的语义信息，实现多源遥感影像几何定向模型的精校正，利用精校正的几何定向模型对遥感影像进行正射纠正得到正射影像；
[0030]步骤3，利用步骤1中提取的语义信息实现多源遥感影像的合成；
[0031]步骤4，在步骤1中提取的语义信息辅助下，在步骤3中得到的大范围多源合成影像中提取精细语义信息，获得高地理精度的语义信息覆盖图。
[0032]进一步的，步骤1中“不稳定地物掩膜图”、“非地面地物掩膜图”和“弱光谱或纹理质量掩膜图”的具体表达式如下，
[0033]通过云、水面、冰雪地物覆盖二值图，合成“不稳定地物掩膜图”；
[0034][0035]其中，掩膜二值图合成方法如下，对于图像和的合成图中的某一点(x，y)，其值为：
[0036][0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，标准景遥感影像的语义信息预提取，包括从标准景遥感影像中提取云、水面、冰雪、云影、建筑物、树木地物覆盖范围掩膜图，定义为雪、云影、建筑物、树木地物覆盖范围掩膜图，定义为选择相应的二值图，通过“或运算”为每一幅标准景影像合成同一影像范围的“不稳定地物掩膜图”、“非地面地物掩膜图”和“弱光谱或纹理质量掩膜图”；其中“不稳定地物覆盖掩膜图”中值为1的区域对应云、水面、冰雪，即随时间、季节因素的变化快速发生变化地物；“非地面地物覆盖掩膜图”中值为1的区域对应建筑物、树木，即高于地面的地物；“弱光谱或纹理质量范围掩膜图”中值为1的区域对应通过云、云影、冰雪，即光谱或纹理质量不稳定的地物；步骤2，结合步骤1中提取的语义信息，实现多源遥感影像几何定向模型的精校正，利用精校正的几何定向模型对遥感影像进行正射纠正得到正射影像；步骤3，利用步骤1中提取的语义信息实现多源遥感影像的合成；步骤4，在步骤1中提取的语义信息辅助下，在步骤3中得到的大范围多源合成影像中提取精细语义信息，获得高地理精度的语义信息覆盖图。2.如权利要求1所述的一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理方法，其特征在于：步骤1中“不稳定地物掩膜图”、“非地面地物掩膜图”和“弱光谱或纹理质量掩膜图”的具体表达式如下，通过云、水面、冰雪地物覆盖二值图，合成“不稳定地物掩膜图”；其中，掩膜二值图合成方法如下，对于图像和的合成图中的某一点(x，y)，其值为：通过建筑物、树木高于地面的地物覆盖二值图，合成“非地面地物掩膜图”；通过云、云影、冰雪光谱或纹理质量不稳定的地类覆盖二值图，合成“弱光谱或纹理质量掩膜图”；3.如权利要求1所述的一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理方法，其特征在于：步骤2的具体实现方式如下，步骤2.1，语义信息辅助的连接点和控制点获取通过影像与影像之间的匹配获得连接点，通过影像与参考底图影像的匹配获得控制点，清除分布于“不稳定地物掩膜图”和“非地面地物掩膜图”上的连接点和控制点，即对于
任一控制点或连接点P
i
，遍历其所有像点，对于其在第j幅影像上的像点p
i，j
，如果其处在为1或为1的位置，则在区域网平差之前清除点P
i
；步骤2.2，区域网平差从数字高程模型中获取控制点高程，并内插连接点初始高程，利用控制点和连接点对多源遥感影像构建高程辅助的区域网平差模型并求解，实现多源遥感影像几何定向模型的精校正，利用精校正的几何定向模型对遥感影像进行正射纠正得到正射影像。4.如权利要求1所述的一种多源遥感卫星影像几何语义一体化处理方法，其特征在于：步骤3的具体实现方式如下，步骤3.1，语义信息辅助的多源光学卫星影像匀光匀色根据影像的地理信息，统计影像间的邻接关系，使用线性变换过程拟合色彩信息调整的过程，其中a，b是匀色的线性变换系数，t是像素索引，h和h
′
是匀色前后影像，h
′
t
＝a*h
t
+b假设匀色后重叠区域不同影像灰度均值方程相等，且校正前后影像色彩差异尽可能小，建立匀色误差方程，其中，δ
M
，δ

【专利技术属性】
技术研发人员：张永军，万一，刘欣怡，李彦胜，季顺平，张祖勋，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：