基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法，包括如下步骤，

【技术实现步骤摘要】
基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法


[0001]本专利技术涉及摄影测量与遥感
，尤其涉及一种基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法
。

技术介绍

[0002]大区域地表三维模型一般可以通过无人机
、
飞艇等中
、
低空平台搭载的激光雷达或多镜头相机获取的多视角影像提取，多镜头相机方案一般称为倾斜摄影
。
地表三维模型包括几何模型和纹理贴图两部分
。
倾斜摄影或激光雷达获取的点云是构建几何模型的基础
。
倾斜摄影对构建一些细部
、
镂空结构效果不佳，但成本较低，在城市级三维建模领域应用更加广泛
。
航空倾斜摄影获取的影像分辨率一般在1～
20cm
之间，2～
5cm
是较为常用的分辨率范围
。
[0003]随着卫星平台
、
相机等相关技术的发展，通过卫星相机获取多视角高分辨率影像进行三维模型构建逐渐成为三维建模新的技术手段之一
。
多视角卫星影像在时间获取一致性
、
分辨率
、
观测角度等方面受轨道周期
、
轨道高度的制约较大，获取成本较高
。
高分七号
、
高分十四号等国产高分辨率卫星是两线阵立体成像卫星，前
、
后视夹角为
31
度，无法调整
。
即使多次侧摆成像，也无法克服前后视遮挡这一固有缺陷
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法，从而解决现有技术中存在的前述问题
。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0006]一种基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法，包括如下步骤，
[0007]S1、DSM
滤波获取
DTM
：
[0008]将原始
DSM
按照平面网格坐标划分为一定像素尺寸的正方形区域，对每个区域统计最小和最大高程，并将最小到最大高程之间的高程划分为多等段，统计位于每个高程段内符合共面性且面积超过一定门限的高程点数，获取一幅与原始
DSM
坐标基准和分辨率一致的
DTM
；
[0009]S2、DSM
形态边缘提取：
[0010]利用原始
DSM
网格点邻域内的最小
、
最大高程分别构建最小高程
DSM
和最大高程
DSM
，分别计算最小高程
DSM、
最大高程
DSM
与原始
DSM
之间对应网格点的差值绝对值，并基于差值绝对值的大小生成最小高程二值图和最大高程二值图；对比两幅二值图的像素值，根据对比结果改动最小高程二值图中像素的像素值，获取合成二值图；
[0011]S3、DSM
形态边缘与建筑物轮廓匹配：
[0012]基于加密前后所有建筑物轮廓点坐标在合成二值图上的位置确定统计值的大小，并根据建筑物轮廓线来源是否与生成
DSM
的立体影像同源，分别采用一维搜索和二维搜索获取每个轮廓线节点的偏移量，通过将原始
DSM
和
DTM
的左下角经度和左下角纬度减去相应
的偏移量，实现
DSM
形态边缘与建筑物轮廓的匹配；
[0013]S4、
建筑物轮廓线两两判断包含关系：
[0014]判断每个建筑物轮廓节点的坐标矩形范围与其余所有矩形范围之间的包含与被包含关系；当该矩形范围包含其他矩形范围，利用射线法判断被包含矩形范围对应轮廓的所有节点是否都位于当前矩形对应轮廓范围内，并基于判断结果记录包含与被包含轮廓的序号和标记；
[0015]S5、
建筑物轮廓线内部高程范围统计：
[0016]统计每个建筑物轮廓所有顶点的坐标在原始
DSM
上的行列号和矩形范围，计算矩形范围左下角对应原始
DSM
行列和矩形范围右上角对应原始
DSM
行列；通过逐网格点判断矩形范围内的网格点是否位于建筑物轮廓范围内；
[0017]S6、
三角网构建与保存：
[0018]基于当前轮廓线是否包含其他轮廓线构建顶面平面三角网，计算轮廓线节点高程中值，当顶部为倾斜面时，利用其平面坐标重新计算轮廓节点的高程，并基于相应高程构建筑物立面三角网
。
[0019]优选的，步骤
S1
中，统计位于每个高程段内符合共面性且面积超过一定门限的高程点数，具体包括如下内容，
[0020]S11、
将高程段内全部的有效高程点表示为一个三维坐标序列
(X
i
，
Y
i
，
H
i
)
，给定另一个三维坐标序列
(X
i
，
Y
i
，
H0)
，通过
RANSAC
算法计算两个三维坐标序列在一定误差门限
m
内的有效点数，若有效点数小于一定门限
M
，则该高程段的点标记加1；
[0021]其中，
X
i
＝
L
i
×
100000
；
Y
i
＝
B
i
×
100000
；
i
＝0，1，
…
，
N
‑1；
L
i
、B
i
、H
i
分别为第
i
个点的经度
、
纬度
、
高度；
[0022]S12、
第二次执行上述操作时各窗口沿影像列方向偏移半个窗口，第三次执行上述操作时沿影像行偏移半个窗口，第四次执行上述操作时行列两个方向均偏移半个窗口；每个窗口都进行有效点统计和标记，标记为4的点确定为需要过滤的点；
[0023]S13、
将需要过滤的点的高程设为无效值，统计无效区域与周围有效区域邻接的有效高程点，按距离倒数加权法拟合无效值的高程，执行完毕后得到一幅与原始
DSM
坐标基准
、
分辨率一致的
DTM。
[0024]优选的，步骤
S2
具体包括如下内容，
[0025]S21、
统计每个原始
DSM
网格点5×5邻域内的最大
、
最小高程，利用所有最小高程形成一幅新的
DSM
，即最小高程
DSM<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1、DSM
滤波获取
DTM
：将原始
DSM
按照平面网格坐标划分为一定像素尺寸的正方形区域，对每个区域统计最小和最大高程，并将最小到最大高程之间的高程划分为多等段，统计位于每个高程段内符合共面性且面积超过一定门限的高程点数，获取一幅与原始
DSM
坐标基准和分辨率一致的
DTM
；
S2、DSM
形态边缘提取：利用原始
DSM
网格点邻域内的最小
、
最大高程分别构建最小高程
DSM
和最大高程
DSM
，分别计算最小高程
DSM、
最大高程
DSM
与原始
DSM
之间对应网格点的差值绝对值，并基于差值绝对值的大小生成最小高程二值图和最大高程二值图；对比两幅二值图的像素值，根据对比结果改动最小高程二值图中像素的像素值，获取合成二值图；
S3、DSM
形态边缘与建筑物轮廓匹配：基于加密前后所有建筑物轮廓点坐标在合成二值图上的位置确定统计值的大小，并根据建筑物轮廓线来源是否与生成
DSM
的立体影像同源，分别采用一维搜索和二维搜索获取每个轮廓线节点的偏移量，通过将原始
DSM
和
DTM
的左下角经度和左下角纬度减去相应的偏移量，实现
DSM
形态边缘与建筑物轮廓的匹配；
S4、
建筑物轮廓线两两判断包含关系：判断每个建筑物轮廓节点的坐标矩形范围与其余所有矩形范围之间的包含与被包含关系；当该矩形范围包含其他矩形范围，利用射线法判断被包含矩形范围对应轮廓的所有节点是否都位于当前矩形对应轮廓范围内，并基于判断结果记录包含与被包含轮廓的序号和标记；
S5、
建筑物轮廓线内部高程范围统计：统计每个建筑物轮廓所有顶点的坐标在原始
DSM
上的行列号和矩形范围，计算矩形范围左下角对应原始
DSM
行列和矩形范围右上角对应原始
DSM
行列；通过逐网格点判断矩形范围内的网格点是否位于建筑物轮廓范围内；
S6、
三角网构建与保存：基于当前轮廓线是否包含其他轮廓线构建顶面平面三角网，计算轮廓线节点高程中值，当顶部为倾斜面时，利用其平面坐标重新计算轮廓节点的高程，并基于相应高程构建筑物立面三角网
。2.
根据权利要求1所述的基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法，其特征在于：步骤
S1
中，统计位于每个高程段内符合共面性且面积超过一定门限的高程点数，具体包括如下内容，
S11、
将高程段内全部的有效高程点表示为一个三维坐标序列
(X
i
,Y
i
,H
i
)
，给定另一个三维坐标序列
(X
i
,Y
i
,H0)
，通过
RANSAC
算法计算两个三维坐标序列在一定误差门限
m
内的有效点数，若有效点数小于一定门限
M
，则该高程段的点标记加1；其中，
X
i
＝
L
i
×
100000
；
Y
i
＝
B
i
×
100000
；
i
＝
0,1,
…
,N
‑1；
L
i
、B
i
、H
i
分别为第
i
个点的经度
、
纬度
、
高度；
S12、
第二次执行上述操作时各窗口沿影像列方向偏移半个窗口，第三次执行上述操作
时沿影像行偏移半个窗口，第四次执行上述操作时行列两个方向均偏移半个窗口；每个窗口都进行有效点统计和标记，标记为4的点确定为需要过滤的点；
S13、
将需要过滤的点的高程设为无效值，统计无效区域与周围有效区域邻接的有效高程点，按距离倒数加权法拟合无效值的高程，执行完毕后得到一幅与原始
DSM
坐标基准
、
分辨率一致的
DTM。3.
根据权利要求1所述的基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法，其特征在于：步骤
S2
具体包括如下内容，
S21、
统计每个原始
DSM
网格点5×5邻域内的最大
、
最小高程，利用所有最小高程形成一幅新的
DSM
，即最小高程
DSM
；利用所有最大高程形成一幅新的
DSM
，即最大高程
DSM
；最小高程
DSM
以及最大高程
DSM
的每个网格点与原始
DSM
的网格点坐标一一对应；
S22、
将最小高程
DSM
与原始
DSM
对应网格点相减并取绝对值，若该绝对值大于门限
dh
，则保存标签为
255
，否则保存标签为0，形成一幅与原始
DSM
长宽一致的最小高程二值图；将最大高程
DSM
与原始
DSM
对应网格点相减并取绝对值，若该绝对值大于门限
dh
，则保存标签为
255
，否则保存标签为0，形成一幅与原始
DSM
长宽一致的最大高程二值图；
S23、
逐像素对比最小高程二值图和最大高程二值图，若最小高程二值图中某像素值为0，而最大高程二值图对应的像素值为
255
，则将最小高程二值图中的该像素值设为
255
，遍历所有的像素值，获取一幅新的二值图，即合成二值图；完成原始
DSM
形态边缘提取
。4.
根据权利要求2所述的基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法，其特征在于：步骤
S3
具体包括如下内容，
S31、
将建筑物轮廓线顶点进行加密，即每两个相邻顶点之间距离若超过门限，则在这两个顶点连线中间加入一个加密点；设置统计值
T
为0，计算所有建筑物轮廓点坐标在合成二值图上的位置，若该点值为
255
，则
T
加1；
S33、
若建筑物轮廓线来源与生成
DSM
的立体影像非同源，则采用二维搜索获取每个轮廓线的偏移量；若建筑物轮廓线与生成
DSM
的立体影像同源，则采用一维搜索获取每个轮廓线的偏移量；
S34、
将原始
DSM
和
DTM
的左下角经度和左下角纬度分别减去相应的偏移量，从而实现
DSM
形态边缘与建筑物轮廓匹配
。5.
根据权利要求4所述的基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法，其特征在于：采用二维搜索获取偏移量具体为，在一个
R
×
R
范围内逐像素移动所有建筑物轮廓线顶点坐标，即将所有顶点坐标加上一个偏移量
(
Δ
L,
Δ
B)
＝
((i
′‑
R/2)
×
dB,(j
′‑
R/2)
×
dL)
，
dL
和
dB
分别为原始
DSM
在列和行方向的分辨率，将得到
R
×
R
个统计值
N_i
′
_j
′
，
N_i
′
_j
′
中的最大值对应的偏移量为
(
Δ
L
max
,
Δ
B
max
)
；将原始
DSM
和
DTM
的左下角经度减去
Δ
L
max
，左下角纬度减去
Δ
B
max
，从而实现
DSM
形态边缘与建筑物轮廓匹配；
i
′
和
j
′
为行
、
列号；若已知工作区域所有建筑物的轮廓相对
DSM
轮廓的偏移量是个系统量，则取所有计算偏移量的中位数作为所有轮廓线节点的偏移量
。6.
根据权利要求4所述的基于高分辨率卫星立体影像的建筑物白模制作方法，其特征在于：利用生成
DSM

【专利技术属性】
技术研发人员：岳庆兴，刘昌儒，李鸿洲，郭莉，王懿哲，葛邦宇，
申请(专利权)人：自然资源部国土卫星遥感应用中心，
类型：发明
国别省市：