基于暗通道原理的單幅山脈遙感圖像高程值提取方法

基于暗通道原理的單幅山脈遙感圖像高程值提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于遙感圖像處理和分析領(lǐng)域，特別是一種基于暗通道原理的單幅山脈遙 感圖像尚程?目息提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 遙感圖像在民用和軍事領(lǐng)域都有非常廣泛的應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的社會和經(jīng)濟效 益。根據(jù)單幅遙感影像估計高程信息可以應(yīng)用于滑坡、泥石流等自然災(zāi)害的檢測。我國是 一個自然災(zāi)害多發(fā)的國家，因此，單幅遙感影像高程值提取在遙感圖像處理中具有重要的 應(yīng)用價值。
[0003] 現(xiàn)今，在國內(nèi)外并沒有見到有關(guān)單幅山脈遙感影像高程估計研究的報道。但是，有 不少學(xué)者致力于遙感圖像的建筑物高度的檢測?，F(xiàn)在通過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。第一種是利用立體像對進行立體測量。第二中是從單幅遙感影 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。利用高分辨率遙感影像立體像對專門完成建筑物高度的量算以此實現(xiàn)對建 筑物高度檢測的應(yīng)用很少，此領(lǐng)域基本側(cè)重于城市三維建模和數(shù)字測圖應(yīng)用。由于建筑物 是比較規(guī)則的地物，運用它的這一特性許多學(xué)者開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。單幅影像的立體測量基本都是從 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度來求解其高度，至 今未有更精確，更簡便的方法。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。單張影像的立體量測基本都涉及衛(wèi)星和太陽的高度角、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度檢測建筑物高度。這種方法工作量小，成本相對航 空攝影測量要低，其突出優(yōu)點是數(shù)據(jù)獲取方便，能得到實時性強的數(shù)據(jù)。首先需要檢測建筑 物陰影的長度和方向，然后根據(jù)衛(wèi)星、太陽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。在這種方法中，研究者都做了無地形干擾、建筑物外部輪廓簡單且垂直地表的假 設(shè)。由于實際情況往往與此不符，所以此方法存在局限性。
[0004] 2009年，何愷明等人提出了一種運用暗通道先驗去霧的算法，將暗通道原理應(yīng)用 于單幅圖像去霧，取得了較好的效果。同時，在去霧的過程中，產(chǎn)生了準(zhǔn)確的景深圖像，此圖 像能夠反映景物與鏡頭之間的距離。He利用Levin等人提出的soft matting過程計算得 到優(yōu)化透射圖。由于soft matting過程的時間和空間復(fù)雜度均較高，近來有不少學(xué)者提出 了一些改進方法，例如基于加權(quán)暗通道的方法，此方法對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；基于聯(lián)合雙 邊濾波的方法等。我們將該算法應(yīng)用于遙感圖像高程估計，得到了一個大致符合事實的高 程信息圖。但由于太陽光照、山脈高度等因素，會造成遙感圖像局部地區(qū)有陰影，而陰影的 存在，掩蓋了該地區(qū)原本的高程信息，大大影響了所得高程信息圖的準(zhǔn)確性。
[0005] 由上可知，現(xiàn)有技術(shù)中尚不能準(zhǔn)確的對存在陰影的山脈遙感圖進行圖像高程信息 提取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于暗通道原理的單幅山脈遙感圖像高程值提取方 法，能夠提取出包含陰影的單幅山脈遙感圖像的較準(zhǔn)確的山脈相對高程信息。
[0007] 實現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)解決方案為：一種基于暗通道原理的單幅山脈遙感圖像高程值 提取方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1、確定衛(wèi)星遙感圖像中山脈的陰影區(qū)域；
[0009] 步驟2、對步驟1中確定的陰影區(qū)域亮度進行調(diào)整，得到每塊陰影區(qū)域的調(diào)整參 數(shù)；
[0010] 步驟3、對步驟2中調(diào)整后的圖像應(yīng)用暗通道原理進行處理，得到初步的高程信息 圖；
[0011] 步驟4、利用軟摳圖算法對初步的高程信息圖進行優(yōu)化，得到最終的高程信息圖。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為：1)本發(fā)明能夠提取出存在陰影的單幅山 脈遙感圖像的較準(zhǔn)確的相對高程信息；2)本發(fā)明的方法易于理解，操作簡單，通過圖像可 以直接得到其高程信息圖；3)本發(fā)明的方法運算時間短，運算結(jié)果準(zhǔn)確度高，與事實相符 合。
[0013] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明中陰影處理的示意圖，其中圖（a)是輸入圖像，圖（b)是確定的陰影 模板。
[0015] 圖2是本發(fā)明中應(yīng)用暗通道的示意圖，其中圖（a)是暗通道圖像，圖（b)是初始高 程圖，圖（c)是軟摳圖優(yōu)化的高程圖。
[0016] 圖3是本發(fā)明中定性分析的示意圖，圖3的圖像大小為467*392;其中圖3 (a)為 山脈遙感圖像，圖3(b)為該地區(qū)的地形圖，圖3(c)為本發(fā)明算法的結(jié)果，圖中，亮度越大表 示高程越大，亮度越小表示高程越小。
[0017] 圖4是本發(fā)明中定量分析的示意圖，圖4的圖像大小為394*365 ;圖4(a)為山脈遙 感圖像，圖4(b)為本發(fā)明的算法結(jié)果，亮度越大，高程越大，圖4(c)顯示的是本圖的7個 米樣點。
[0018] 圖5為本發(fā)明的基于暗通道原理的單幅山脈遙感圖像高程值提取方法流程圖。
【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明的一種基于暗通道原理的單幅山脈遙感圖像高程值提取方法，包括以下步 驟：
[0020] 步驟1、確定衛(wèi)星遙感圖像中山脈的陰影區(qū)域；具體為：
[0021] 步驟1-1、判斷圖像中的像素點是否為陰影點，如果紅綠藍(lán)三通道的值均小于灰度 閾值點M，則判定該點為陰影點，否則不為陰影點；
[0022] 步驟1-2、將面積S小于面積閾值N的陰影區(qū)域排除，保留面積S大于等于面積閾 值N的陰影區(qū)域；
[0023] 步驟1-3、使用形態(tài)學(xué)閉運算去除陰影區(qū)域內(nèi)部的空隙，得到衛(wèi)星遙感圖像中山脈 的陰影區(qū)域。
[0024] 步驟2、對步驟1中確定的陰影區(qū)域亮度進行調(diào)整，得到每塊陰影區(qū)域的調(diào)整參 數(shù)；對陰影區(qū)域亮度進行調(diào)整具體為： / -I m
[0025] 步驟2-1、根據(jù)公式= 確定各陰影區(qū)域的調(diào)整參數(shù)，其中，i表示各陰 影塊的序號，ls(i)表示每塊陰影的平均亮度，Iu表示圖像中除陰影塊的其他區(qū)域的亮度， a (i)表示每塊陰影區(qū)域的調(diào)整參數(shù)；
[0026] 步驟2-2、采用步驟2-1中得到的調(diào)整參數(shù)，對陰影區(qū)域進行亮度調(diào)整，得到調(diào)整 后圖像。
[0027] 步驟3、對步驟2中調(diào)整后的圖像應(yīng)用暗通道原理進行處理，得到初步的高程信息 圖；對調(diào)整后的圖像應(yīng)用暗通道原理進行處理所用公式為：
[0028]
[0029] 式中，?〇)為初步的高程信息圖，ω為常量參數(shù)，Ω (X)是一個以X為中心的小圖 像塊，Γ是I的一個顏色通道，A是大氣光向量。
[0030] 步驟4、利用