專利名稱：一種基于暗通道和雙邊濾波的單幅遙感圖像高程信息提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種遙感圖像高程信息提取技術(shù)，特別是一種基于暗通道和雙邊濾波的單幅遙感圖像高程信息提取方法。
背景技術(shù)：
遙感圖像高程信息提取即從遙感圖像中提取景物的高度信息，從而能夠通過(guò)圖像分辨出景物的高低。可以應(yīng)用于滑坡、泥石流的災(zāi)害的檢測(cè)。
現(xiàn)今，在國(guó)內(nèi)外并沒(méi)有與此相同的研究。但是，有不少學(xué)者致力于遙感圖像的建筑物高度的檢測(cè)?，F(xiàn)在通過(guò)高分辨率遙感影像獲取建筑物高度信息的方法主要有兩種。一種是利用立體像對(duì)進(jìn)行立體測(cè)量。二是從單幅遙感影像入手以算法推倒為主，研究地面陰影與高度的關(guān)系，或研究單幅影像成像姿態(tài)與地面高程信息的關(guān)系(高翔，趙冬玲，張蔚， 利用高分辨率遙感影像獲取建筑物高度信息方法的分析，測(cè)繪通報(bào)，2008，3:44-46)。利用高分辨率遙感影像立體像對(duì)專門(mén)完成建筑物高度的量算以此實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑物高度檢測(cè)的應(yīng)用很少，此領(lǐng)域基本側(cè)重于城市三維建模和數(shù)字測(cè)圖應(yīng)用。主要包括立體測(cè)量，利用DEM， 幾何光學(xué)成像模型三個(gè)方法。由于建筑物是比較規(guī)則的地物，運(yùn)用它的這一特性許多學(xué)者開(kāi)始研究如何從單幅航片、高分辨率遙感圖像中提取建筑物高度的算法，這也是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。單幅影像的立體測(cè)量基本都是從成像姿態(tài)和共線方程原理入手建立幾何關(guān)系，或是從建筑物陰影的長(zhǎng)度來(lái)求解其高度，至今未有更精確，更簡(jiǎn)便的方法。主要包括兩種方法，一是利用成像姿態(tài)和共線方程求解建筑物高度。由于建筑物的構(gòu)成元素間存在著固定的幾何關(guān)系，例如大部分建筑物的主墻面鉛直、主墻面與屋頂面的交線水平等特征，人們開(kāi)始考慮是否能從單張影響上進(jìn)行立體測(cè)量，T. E. Chen是較早涉及此領(lǐng)域的學(xué)者，他提出了用單影像進(jìn)行三維建模的方法(CHEN T ESHIBASAKI R, 3D Modeling and Visualization of Building in Area by Linear Photogrammetry, Proceeding of UM3, 1998)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外都得出了許多對(duì)本領(lǐng)域研究有推動(dòng)性的成果。從研究方向上看，單張影像的立體量測(cè)基本都涉及衛(wèi)星和太陽(yáng)的高度角、方位角以及與建筑物的幾何關(guān)系、影像的攝影姿態(tài)等參數(shù)，一般都需借助共線方程建立幾何關(guān)系，最后完成建筑物高度的解算。另一種方法是利用陰影長(zhǎng)度檢測(cè)建筑物高度。這種方法外業(yè)工作量小，成本相對(duì)航空攝影測(cè)量要低， 其突出優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)獲取方便，能得到現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)。遙感圖像中的陰影一方面覆蓋了地物的真實(shí)信息，在地物識(shí)別的時(shí)候是需要補(bǔ)償?shù)牟糠郑欢硪环矫骊幱暗男螤顓s反映了地物的幾何信息。首先需要檢測(cè)建筑物陰影的長(zhǎng)度和方向，然后根據(jù)衛(wèi)星、太陽(yáng)的高度角和方位角等與陰影的幾何關(guān)系求解建筑物高度。較早涉及此領(lǐng)域的是CHENG F等人 (CHENG F，THIEL K H. Delimiting the building Heights in a City from the Shadow in Panchromatic SPOT-Image-Part I-Test of Forty Two Buildings，Int J. Remote Sensing, 1995，16(3) :409_415)，利用SPOT全色圖像中建筑物陰影直接估算建筑物高度。 近幾年國(guó)內(nèi)也有學(xué)者對(duì)陰影測(cè)高做了分析研究，測(cè)高原理都十分相似。在這種方法中，研究3者都做了無(wú)地形干擾、建筑物外部輪廓簡(jiǎn)單且垂直地表的假設(shè)。由于實(shí)際情況往往與此不符，所以此方法存在局限性。
暗通道原理最初應(yīng)用于自然圖像去霧，第一次由Kaiming He等人提出(Kaiming He, Jian Sun, Xiaoou Tang. Single Image Haze Removal Using Dark Channel Prior[J]. IEEETransaction on PAMI, 2011, 33(12) : 2341-2353)但是其中的 softmatting方法會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間。
由于softmatting過(guò)程的時(shí)間和空間復(fù)雜度均較高，近來(lái)有不少學(xué)者提出了一些改進(jìn)方法，例如基于加權(quán)暗通道的方法(劉楠，程詠梅，趙永強(qiáng).基于加權(quán)暗通道的圖像去霧方法[J].光子學(xué)報(bào).2012，41 (3) :320-325.)，此方法對(duì)圖像的邊緣和非邊緣部分使用不同的權(quán)值，從而達(dá)到優(yōu)化的目的；基于透射梯度優(yōu)先和多分辨率處理的方法 (胡偉，袁國(guó)棟，董朝等.基于暗通道優(yōu)先的單幅圖像去霧新方法[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展.2010,47(12) :2132-2140)，基于聯(lián)合雙邊濾波的方法(方帥，王峰，占吉清等，單幅霧天圖像的同步去噪與復(fù)原[J].模式識(shí)別與人工智能.2012，25 (I) :136-142)等。但是以上方法均應(yīng)用于自然圖像的去霧。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種能夠根據(jù)單幅遙感圖像檢測(cè)出圖像中景物大致高度的方法。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為一種基于暗通道和雙邊濾波的單幅遙感圖像高程信息提取方法，步驟如下
第一步估計(jì)空氣光向量(a)對(duì)輸入的圖像計(jì)算出暗通道圖像；(b)從其中提取出前0. 1%亮度最高的像素點(diǎn)；(C)從輸入的圖像中獲得步驟(b)中所述的像素點(diǎn)中強(qiáng)度最大的點(diǎn)作為空氣光向量；
第二步計(jì)算優(yōu)化透射圖(d)計(jì)算出暗圖像，此處暗圖像為彩色圖像三個(gè)通道的最小值；(e)計(jì)算暗通道圖像的局部均值和局部標(biāo)準(zhǔn)差；(f)計(jì)算兩者之差，得到大氣光幕； (g)計(jì)算景深圖像，用I減去大氣光幕與空氣光向量均值之商，即求得景深圖像。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(I)對(duì)遙感圖像成像參數(shù)要求不高，現(xiàn)有的估計(jì)景物高度的方法中相當(dāng)一部分需要知道成像參數(shù)，如衛(wèi)星和太陽(yáng)高度角等，但是這些數(shù)據(jù)的獲取有一些難度，本方法不需要獲取這些參數(shù)而直接估計(jì)高度。(2)避免復(fù)雜的陰影檢測(cè)，許多現(xiàn)有的方法，通過(guò)檢測(cè)陰影大小，借助共線方程計(jì)算景物高度。檢測(cè)陰影大小是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，本方法避免了這一繁雜的過(guò)程。并且，許多山區(qū)的遙感圖像不存在陰影。(3)由于計(jì)算速度較快，可以用于數(shù)據(jù)量較大的遙感圖像。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖I是本發(fā)明基于暗通道和雙邊濾波的單幅遙感圖像高程信息提取方法的流程圖。
圖2是輸入的遙感圖像。
圖3是輸出的深度圖像。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1，本發(fā)明基于暗通道和雙邊濾波的單幅遙感圖像高程信息提取方法，步驟如下
第一步估計(jì)空氣光向量A,求取A方法如下
1)根據(jù)公式J—⑷=計(jì)算得到暗通道圖像產(chǎn)k，其中J(y)為輸入的單幅遙感圖像，Jc(y)為該遙感圖像的一個(gè)顏色通道；
2)從Jdalrk中提取如O. 1%売度最聞的像素點(diǎn)；
3)在原圖像I中提取(2)中得到的點(diǎn)中強(qiáng)度最大的點(diǎn)，將該點(diǎn)的R，G, B值賦值給 A0
第二步計(jì)算景深。
計(jì)算暗圖像D(x，y)，其中暗圖像為彩色圖像三個(gè)通道的最小值，即 .',O = V .ν, W，D (X，y)的局部均值與局部標(biāo)準(zhǔn)差之間的差值能夠很好的近似V(x，y)。V(x，y)為大氣光幕，有V(x, y) = A(l_t(x, y)),因此,通過(guò)計(jì)算V(x, y)的可以得到景深t(x, y)。
本文使用雙邊濾波來(lái)計(jì)算V (X，y)，雙邊濾波定義為

權(quán)利要求
1.一種基于暗通道和雙邊濾波的單幅遙感圖像高程信息提取方法，其特征在于包括以下步驟 第一步估計(jì)空氣光向量(a)對(duì)輸入的圖像計(jì)算出暗通道圖像；(b)從其中提取出前0.1%亮度最高的像素點(diǎn)；(C)從輸入的圖像中獲得步驟(b)中所述的像素點(diǎn)中強(qiáng)度最大的點(diǎn)作為空氣光向量； 第二步計(jì)算優(yōu)化透射圖(d)計(jì)算出暗圖像，此處暗圖像為彩色圖像三個(gè)通道的最小值；(e)計(jì)算暗通道圖像的局部均值BI (x，y)和局部標(biāo)準(zhǔn)差B2(x，y) ； (f)計(jì)算兩者之差，得到大氣光幕；(g)計(jì)算景深圖像，用I減去大氣光幕與空氣光向量均值之商，即求得景深圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于暗通道和雙邊濾波的單幅遙感圖像高程信息提取方法，其特征在于第一步中所述的暗通道圖像Jdalrk根據(jù)公式f.minv V⑴)計(jì)算得至IJ，其中J(y)為輸入的單幅遙感圖像，r(y)為該遙感圖像的一個(gè)顏色通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于暗通道和雙邊濾波的單幅遙感圖像高程信息提取方法，其特征在于第二步中所述的局部均值BI (X，y)和局部標(biāo)準(zhǔn)差B2(x, y)根據(jù)公式Bl(x，y)=B(D(x, y))和B2(x, y) = B(D(x, y)-BI (x, y))計(jì)算得到，其中D(x, y)為暗圖像,B表示雙邊濾波。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于暗通道和雙邊濾波的單幅遙感圖像高程信息提取方法，包括第一步估計(jì)空氣光向量對(duì)輸入的圖像計(jì)算出暗通道圖像；從其中提取出前0.1%亮度最高的像素點(diǎn)；從輸入的圖像中獲得前一步中所述的像素點(diǎn)中強(qiáng)度最大的點(diǎn)作為空氣光向量；第二步計(jì)算優(yōu)化透射圖計(jì)算出暗圖像，此處暗圖像為彩色圖像三個(gè)通道的最小值；計(jì)算暗通道圖像的局部均值和局部標(biāo)準(zhǔn)差；計(jì)算兩者之差，得到大氣光幕；計(jì)算景深圖像，用1減去大氣光幕與空氣光向量均值之商,即求得景深圖像。通過(guò)景深圖像能夠估計(jì)出圖像中景物的高度。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102982540SQ20121045416
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者陳強(qiáng), 孫權(quán)森, 夏德深, 周雨薇 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)