一种基于灭点的地面移动测量影像线段自动提取分类方法技术

本发明专利技术一种基于灭点的地面移动测量影像线段自动提取分类方法，以地面移动测量所采集的序列影像为基础，分析目标地物空间平行特征线属性、计算其影像灭点，其次以极坐标参数区域极值的霍夫变换与影像灰度连续变化情况提取基于影像边缘的特征线段，然后用灭点对所提取平面线段进行分类，最后以总体最小二乘方法和线段的平面相邻度、重叠度条件对分类后线段进行综合，从而提取多种地物空间平行线对应的影像特征线段。本发明专利技术能提高移动测量系统内业处理能力，促进对多种地物（如，建筑物、道路等）的自动识别、测绘成图、三维重建等的研究。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动测量用于空间信息更新、地物自动测绘与三维重建等方面的应用 需求，以及数字摄影测量、数字图像处理等学科范围，具体是关于一种基于灭点的地面移动 测量影像线段自动提取分类方法。
技术介绍
移动测量是空间信息3S技术(GPS、RS和GIS)集成的现代测绘高新技术的代表之 一，具有信息记录丰富、采集速度快、自动化程度高、运行成本低廉等特点，为空间数据采集 与更新开辟了一条快速高效的新途径。地面移动测量系统提供了强大的地面视角可量测近 景实景影像的生产能力，地物自动识别已成为移动摄影测量领域的一个难点热点问题。移动测量能高速的批量采集自动和解算内外方位元素的可量测实景影像，具有非 常强大的空间数据采集能力。不过，当前基于移动测量影像数据的GIS数据库更新、地图 测绘与地物三维重建等内业处理还处于相对落后的、人工作业为主的形式。虽然移动测量 内业已经实现了基于GPS/DR集成的快速影像方位元素解算，以及通过将移动测量影像、 GIS数据库、航空卫星影像等数据形成测量内业的多源数据集成作业环境，但实际的地物量 测则还需以人工作业模式逐个选择地物目标影像观测点，方可形成完成预定的内业处理任 务。这样的工作量是巨大的，而且相对于移动测量强大的外业数据采集能力，人工为主的地 物量测内业处理成为了移动测量进一步发展与应用拓展的瓶颈。一般来讲，移动测量外业 与内业人员配置关系一般是1 3，内业是移动测量工作量中最大的部分，一般取决于提取 目标的多少(以300公里的道路数据为例，如果提取中心线、路标、里程碑、收费站等数据， 总量约为5万个地物，需要4个作业员工作5天)，而这仅是最基本的道路测绘内业，其它测 绘问题还需更多专业性内业。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对目前移动测量技术在工程测绘、GIS数据更新与地物三维 重建等方面自动化处理水平不高的问题，提出了一种基于灭点的地面移动测量影像线段自 动提取分类方法，其基于摄影测量中的灭点理论，建立了影像线段与空间地物特征线段对 应的数学模型，具有理论上的严密可靠性，可将所有应属于该灭点类的线段准确提取(即 “不弃真”的特点)、且误分类现象极少的良好结果。为达到以上目的，本专利技术所采用的解决方案是本专利技术的技术方案中，实现了在地面移动测量所生产的可量测实景影像基础上， 进行分属不同地物的影像特征线(如建筑物垂直线、包括中心线分道线等在内的道路平行 线等)提取的整个过程；本专利技术的最突出工作是解算空间平行线的影像灭点、以及根据灭 点做影像平面线段的分类。此外，为实现全面、可靠、自动的线段分类提取，技术方案中还包 括基于影像边缘特征的线段提取、与分类后的线段综合，从而构成一个完整的影像线段的 提取分类方法。3—种基于灭点的地面移动测量影像线段自动提取分类方法，以地面移动测量所采 集的序列影像为基础，分析目标地物空间平行特征线属性、计算其影像灭点，其次以极坐标 参数区域极值的霍夫变换与影像灰度连续变化情况提取基于影像边缘的特征线段，然后用 灭点对所提取平面线段进行分类，最后以总体最小二乘方法和线段的平面相邻度、重叠度 条件对分类后线段进行综合，从而提取多种地物空间平行线对应的影像特征线段。所述空 间平行特征线包括建筑物垂直线、道路平行线。具体步骤如下1、影像线段提取。这是本专利技术的基础而不可缺少的内容，后续的影像线段分类与 综合均需以此为基础进行，要求在所有可能成为地物平行线而又可以被地面移动测量系统 观测到的情况充分提取。为此，本专利技术提出了一种以影像边缘特征为基础，基于改进霍夫 变换与影像灰度连续变化的影像线特征提取算法，即以直线极坐标的参数区域极值取代标 准点极值方式，得到线段数量较多，但不会漏掉细节，在影像边缘上形成重叠连续的小线段 带，其中每个线段元素均具有准确的位置和方向，是后续线段分类与综合的基础；2、影像灭点计算。这是本专利技术的最突出的创新点，也是从提取影像线段后，得到对 应于表示地物特征空间平行线的影像线段的关键理论支撑。本专利技术中根据地物空间特征线 的特点，如建筑物边缘垂直线的空间向量已知、根据移动平台的行驶方向拟合得到道路行 进方向平行线的空间向量，在摄影测量共线方程与空间直线参数方程的基础上，分析得到 影像灭点求解的数学模型。该模型理论上严密、结论简单易用，为每一组可被地面移动测量 观测到地物特征平行线提供了对应灭点计算的可靠依据；3、影像线段分类。通过计算平面线段倾角、及灭点与线段中点连线平面倾角，再计 算两倾角之差的绝对值，如果该值在允许范围内则判断线段属于该灭点类；此方法对不同 位置灭点的线段分类均稳定可靠，例如垂直线灭点在地面视角影像中位于影像外近似无穷 远处，而道路平行线灭点一般在影像内；4、分类后线段分组与综合。这是本专利技术的又一个创新要点，是实现线段分类后， 获取对应地物空间平行线数量精简、地物边缘特征表现完整而又定位定向准确的影像特征 线段的必不可少环节。为适应影像所提取线段平面分布变化多样的情况，本专利技术对同属一 个灭点的影像线段采用先分组、求取综合初值、然后按照总体最小二乘方法实现线段精确 综合的策略，基本内容如下按线段长度排序后进行线段的分组，以未被分组的最长线段为 准，计算同类线段集合中其他线段端点到该线段距离、及待分组线段两端点到灭点的距离， 计算两种平面距离的比值，以此值判断待分组线段是否属于待合并的当前线段组，然后通 过将已分入该组的线段集按长度为权计算综合后线段所在直线方程的初值；如此不断对所 有待分组线段进行判断与初值更新，从而完成所有同类影像平面线段的分组与综合初值计 算；接下来，以线段长度为权，同组线段按照平面直线的一般形式展开每组线段的总体最小 二乘平差综合。由于采用了上述方案，本专利技术具有以下特点本专利技术可以自动、准确、快速的提取 地面移动测量影像中多种地物平行线(如建筑物垂直线、道路平行线等)，所得到线段对地 物边缘的定位定向准确完整，且数量上非常精简；且能提高移动测量系统内业处理能力，促 进对多种地物(如，建筑物、道路等)的自动识别、测绘成图、三维重建等的研究。附图说明图1为基于灭点的地面移动测量影像平面线段提取分类的原理与基本过程。图2为地面近景影像中垂直线与道路平行线灭点分布图示。图3为影像平面线段与灭点关系计算。具体实施例方式以下结合附图所示实施例对本专利技术作进一步的说明。本
技术实现思路
大致包括基于影像边缘特征的线段提取、空间平行线灭点计算和基 于灭点的影像平面线段分类、分类后以灭点为中心的线段相邻度、重叠度判断分组及总体 最小二乘线段综合三个方面，具有两个突出特点首先，核心数学模型基于空间平行线的已 知向量(该向量可由地物属性、移动测量工作运动特性等提供)与内外方位元素已知的影 像获得，该模型用于影像线段分类在理论上严密可靠，能显著简化基于移动测量的建筑物、 道路等地物自动识别工作；其次，本专利技术的线段提取分类过程实现全自动化、按照本专利技术可 得到同一影像中对应多种地物属性的影像特征线段，实验表明分类后线段数比总数降低一 个数量级或更多，并可保证影像特征线分类的完整可靠性，误分类极少。总之，本专利技术能显 著提高移动测量内业处理能力，对促进地物自动识别、测绘成图、三维重建等的研究，以及 推动移动测量技术的深入发展和应用推本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于灭点的地面移动测量影像线段自动提取分类方法，其特征在于：以地面移动测量所采集的序列影像为基础，分析目标地物空间平行特征线属性、计算其影像灭点，其次以极坐标参数区域极值的霍夫变换与影像灰度连续变化情况提取基于影像边缘的特征线段，然后用灭点对所提取平面线段进行分类，最后以总体最小二乘方法和线段的平面相邻度、重叠度条件对分类后线段进行综合，从而提取多种地物空间平行线对应的影像特征线段。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：欧建良，王卫安，鲍峰，李荣兴，乔刚，杜泽明，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]