CN101206765A - 一种接缝线网络的自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对数字正射影像进行镶嵌处理时，一种接缝线网络的自动生成方法，包括以下步骤：获取各正射影像的有效范围，用四边形表示；计算每两幅具有重叠区域的影像间的分割线；计算各影像的有效镶嵌多边形；生成接缝线网络。通过以上步骤生成接缝线网络之后就可以在此基础上进行镶嵌处理，可以方便的得到每幅影像中对镶嵌有贡献的像素，每幅影像涉及到的接缝线，以及与每段接缝线相关的影像，便于直接生成镶嵌结果，并可以保证镶嵌的灵活性与效率，避免误差的累积和中间结果的产生，且处理结果与影像的顺序无关。本发明可以有效的解决区域范围内多幅遥感影像镶嵌时，接缝线网络的自动生成问题。

Description

一种接缝线网络的自动生成方法

技术领域

本发明属于图像处理与分析领域，涉及对数字正射影像进行镶嵌处理时，一种接缝线网络的自动生成方法。

背景技术

影像镶嵌是遥感图像处理的基本功能，由于单景影像的覆盖区域范围较小，因此在许多实际应用中经常需要把多幅数字正射影像拼接在一起形成一幅更大范围的影像，即进行影像镶嵌处理，以便对大范围区域进行分析。传统的两两镶嵌的模式由于效率上的问题逐渐被区域范围多影像整体镶嵌所取代。

影像镶嵌通常采用基于接缝线的方法进行，接缝线的自动生成是区域范围内多影像镶嵌处理中的一个关键环节。现有的接缝线生成方法多只关注于相邻的两幅影像，并没有考虑如何将单独的接缝线连接形成接缝线网络，这种做法虽然简化了接缝线的生成，但其对于整体考虑不够，不利于镶嵌的数据组织，使镶嵌过程中每幅影像的有效镶嵌区域不明确，不便于直接生成最终的镶嵌结果，影响处理效率，存在误差累积，同时镶嵌结果与处理的顺序有关，不同的影像顺序会导致不同的镶嵌结果，这在区域范围内多影像的镶嵌过程中表现得尤其明显。因此，对于区域范围内多幅影像的镶嵌，需要一种接缝线网络的自动生成方法，能自动生成区域范围内多影像镶嵌时所需要的接缝线网络，从而对各影像的范围进行有效的划分，形成各影像的有效镶嵌多边形，即对镶嵌有贡献的像素范围的多边形，以方便的确定每幅影像中对镶嵌有贡献的像素，提高镶嵌处理的灵活性与效率，避免误差累积，从而达到“整体接边，一次成图”的目的。

发明内容

本发明所要解决的问题是区域范围内多幅遥感影像镶嵌时，一种接缝线网络的自动生成方法，接缝线网络是指区域范围内各影像的接缝线相互连接而成的网络；该方法生成的接缝线网络可对各影像覆盖范围进行有效的划分，形成每幅影像的有效镶嵌多边形，即是指每幅影像中对镶嵌有贡献的像素范围的多边形。这便于镶嵌处理的进行，可以根据每幅影像的有效镶嵌多边形直接获得镶嵌影像，可保证镶嵌处理的灵活性与效率，避免误差的累积和中间结果的产生，处理结果也与影像的顺序无关。

本发明提供的技术方案是：一种接缝线网络的自动生成方法，其方法如下所述：

一、获取各正射影像的有效范围，用四边形表示：

a、搜索每幅影像有效范围的轮廓；搜索在像素的8邻域进行；对每幅影像按照从左到右，从下到上的顺序搜索，找到第一个有效的像素点，该点为最左下方的边界点。从最左下方的边界点开始，定义初始的搜索方向为左上方；如果左上方的点为有效像素点，则该点为边界点，否则搜索方向顺时针旋转45度，这样在该点的8邻域内一直找到第一个有效的像素点为止；然后把这个有效像素点作为新的边界点，在当前搜索方向的基础上逆时针旋转90度，继续用同样的方法继续搜索下一个边界点，直到返回最初的边界点为止；

b、对于搜索得到的每一幅影像有效范围的轮廓点，采用Hough变换检测直线，取点数最多的4条直线，分别计算这4条直线相互之间的交点，取距离影像中心点最近的4个点作为影像有效范围的四边形的顶点，然后按照顺时针或者逆时针的顺序重新排列这四个顶点的顺序，即可得到该影像有效范围的四边形；

二、计算每两幅具有重叠区域的影像间的分割线：

a、计算两相邻影像有效范围的重叠区域，即求相邻影像有效范围的四边形的公共部分，比如采用多边形裁减算法；

b、设两相邻影像有效范围的重叠区域的四边形为Q，设p、q为两相邻影像有效范围边界的交点，则这两个交点分别为两重叠影像间分割线的起点和终点；

c、分别计算四边形Q的四个角的角平分线，设e为顶点p所在的内角的角平分线与四边形其它三个内角角平分线的交点中最近的一个交点，f为顶点q所在的内角的角平分线与四边形其它内角角平分线的交点中最近的一个交点，则pefq即为两重叠影像间的分割线，若e、f点重合，则两重叠影像间的分割线为peq；

d、对于每两幅具有重叠区域的影像，分别按以上步骤二的a-c步计算它们之间的分割线；

三、计算各影像的有效镶嵌多边形：

a、对某一影像，依次用与其具有重叠的影像间的分割线去裁剪其影像的有效范围；每次裁剪得到的多边形范围的结果作为下一次裁剪操作的影像有效范围的输入数据；

b、对某一影像，用与其具有重叠的影像间的分割线对其影像有效范围进行裁剪时，以两幅影像有效范围间的重叠区域为参考来确定两幅影像有效范围的边界间的每个交点是出点还是入点，出点和入点成对出现，由入点开始沿分割线追踪，当遇到出点时跳转至影像有效范围的多边形继续追踪，如果再次遇到入点则跳转至分割线继续追踪；重复以上过程，直至回到起始入点，即完成了裁剪操作，追踪到的点即为当前裁剪结果的多边形，即当前裁剪得到的影像有效范围，该影像有效范围将作为下一次裁剪操作的影像有效范围的输入数据；

c、对每幅影像，都进行完以上步骤三的a-b的处理之后，就得到了该影像的有效镶嵌多边形；

四、生成接缝线网络：

计算相邻有效镶嵌多边形之间的公共边，每一条公共边就是两个有效镶嵌多边形所属的影像之间的接缝线，得到所有的有效镶嵌多边形之间的公共边就得到了各段接缝线，所有的接缝线彼此连接就形成了接缝线网络。

通过以上步骤生成接缝线网络之后就可以在此基础上进行镶嵌处理，可以方便的得到每幅影像中对镶嵌有贡献的像素，每幅影像涉及到的接缝线，以及与每段接缝线相关的影像，便于直接生成镶嵌结果，并可以保证镶嵌的灵活性与效率，避免误差的累积和中间结果的产生，且处理结果与影像的顺序无关。

本发明可以有效的解决区域范围内多幅遥感影像镶嵌时，接缝线网络的自动生成问题。本发明生成的接缝线网络可对各影像覆盖范围进行有效的划分，形成每幅影像的有效镶嵌多边形，各影像的有效镶嵌多边形之间既没有相互重叠部分，也没有遗漏部分，共同构成整个镶嵌范围。这有利于镶嵌处理的数据组织，使得在进行镶嵌处理时可以根据每幅影像的有效镶嵌多边形直接获得镶嵌影像，即“整体接边，一次成图”，保证了处理的灵活性和效率，避免了误差的累积和中间结果的产生，且不存在被重复处理的区域。同时，每幅影像的接缝线的生成只与和它具有重叠的影像有关，因此在该方法的基础上进行镶嵌，其镶嵌结果与影像的顺序无关。

附图说明

图1为影像有效范围排列示意图，其中每一个矩形为一幅影像的有效范围；

图2为生成的接缝线网络的示意图，其中每一个多边形为一幅影像的有效镶嵌多边形，多边形之间加粗显示的网络为接缝线网络；

图3为两幅具有重叠区域的影像间的分割线的生成示意图；

图4为用影像间的分割线裁剪影像有效范围的示意图；

图5为有效镶嵌多边形的生成示意图。

具体实施方式

本发明提出了一种全新的接缝线网络的自动生成方法，该方法生成的接缝线网络可对各影像覆盖范围进行有效的划分，形成每幅影像的有效镶嵌多边形。这便于镶嵌处理的进行，可以根据每幅影像的有效镶嵌多边形直接获得镶嵌影像，可保证镶嵌处理的灵活性与效率，避免误差的累积和中间结果的产生，处理结果也与影像的顺序无关。本发明提出的一种接缝线网络的自动生成方法(其生成的示意图如图1和图2所示)，其步骤如下所述：

一、获取各正射影像的有效范围，用四边形表示(矩形是特殊情况)：

a、搜索每幅影像有效范围的轮廓；搜索在像素的8邻域进行，即一个像素点的左、左上、上、右上、右、右下、下、左下共8个方向进行搜索，相邻的搜索方向夹角为45度。对每幅影像按照从左到右，从下到上的顺序搜索，找到第一个有效的像素点，该点为最左下方的边界点。从最左下方的边界点开始，定义初始的搜索方向为左上方；如果左上方的点为有效像素点，则该点为边界点，否则搜索方向顺时针旋转45度，这样在该点的8邻域内一直找到第一个有效的像素点为止；然后把这个有效像素点作为新的边界点，在当前搜索方向的基础上逆时针旋转90度，继续用同样的方法继续搜索下一个边界点，直到返回最初的边界点为止；

b、对于搜索得到的每一幅影像有效范围的轮廓点，采用Hough变换检测直线，取点数最多的4条直线，分别计算这4条直线相互之间的交点，取距离影像中心点最近的4个点作为影像有效范围的四边形的顶点，然后按照顺时针或者逆时针的顺序重新排列这四个顶点的顺序，即可得到该影像有效范围的四边形；

二、计算每两幅具有重叠区域的影像间的分割线：

a、计算两相邻影像有效范围的重叠区域，即求相邻影像有效范围的四边形的公共部分，比如采用多边形裁减算法；由于影像有效范围为四边形，且每景正射影像都是按轨道或者航带获取的，其排列比较规则，因此相邻影像有效范围的重叠区域的多边形仍然为四边形；

b、如图3所示，设两相邻影像有效范围的重叠区域的四边形为Q，即图中灰色部分，设p、q为两相邻影像有效范围边界的交点，则这两个交点分别为两重叠影像间分割线的起点和终点；

c、分别计算四边形Q的四个角的角平分线，设e为顶点p所在的内角的角平分线与四边形其它三个内角角平分线的交点中最近的一个交点，f为顶点q所在的内角的角平分线与四边形其它内角角平分线的交点中最近的一个交点，则pefq即为两重叠影像间的分割线，若e、f点重合，则两重叠影像间的分割线为peq；

d、对于每两幅具有重叠区域的影像，分别按以上a-b步计算它们之间的分割线；

三、计算各影像的有效镶嵌多边形(参见图4和图5)：

a、对某一影像，依次用与其具有重叠的影像间的分割线去裁剪其影像的有效范围；每次裁剪得到的多边形范围的结果作为下一次裁剪操作的影像有效范围的输入数据；

b、对某一影像，用与其具有重叠的影像间的分割线对其影像有效范围进行裁剪时，以两幅影像有效范围间的重叠区域为参考来确定两幅影像有效范围的边界间的每个交点是出点还是入点，出点和入点成对出现，由入点开始沿分割线追踪，当遇到出点时跳转至影像有效范围的多边形继续追踪，如果再次遇到入点则跳转至分割线继续追踪；重复以上过程，直至回到起始入点，即完成了裁剪操作，追踪到的点即为当前裁剪结果的多边形，即当前裁剪得到的影像有效范围，该影像有效范围将作为下一次裁剪操作的影像有效范围的输入数据；图4给出了用影像间的分割线裁剪影像有效范围的一个实例，图中影像A和影像B的有效范围为矩形，矩形的顶点顺序为顺时针方向，a和d点是两个影像有效范围的矩形的交点，折线段abcd是两影像间的分割线；当用分割线去裁剪影像A的有效范围时，对重叠区域a-A2-d-B4而言，a点是入点，d点是出点；从入点a开始追踪，沿分割线a→b→c→d，由于d点是出点，转至影像的有效范围继续追踪，d→A3→A4→A1→a，回到初始的入点，追踪结束，得到裁剪结果多边形a→b→c→d→A3→A4→A1→a；同理，当分割线去裁剪影像B的有效范围时，可得裁剪结果多边形为a→b→c→d→B3→B2→B1→a；

c、对每幅影像，都进行完以上步骤1-2的处理之后，就得到了该影像的有效镶嵌多边形；

图5给出了一个有效镶嵌多边形的生成实例，图5(a)左侧为三幅影像A、B、C的有效范围排列示意图，三幅影像之间相互重叠，虚线S_AB、S_AC、S_BC分别为三幅影像间的分割线，图5(a)右侧为生成的有效镶嵌多边形的示意图；图5(b)进一步说明了影像A的有效镶嵌多边形的生成过程，生成影像A的有效镶嵌多边形需要影像AB之间的分割线S_AB和影像AC之间的分割线S_AC，影像A的有效范围首先被S_AB裁剪，得到的结果多边形再被S_AC裁减，就得到了影像A的有效镶嵌多边形。

四、生成接缝线网络：

计算相邻有效镶嵌多边形之间的公共边，每一条公共边就是两个有效镶嵌多边形所属的影像之间的接缝线，得到所有的有效镶嵌多边形之间的公共边就得到了各段接缝线，所有的接缝线彼此连接就形成了接缝线网络。

通过以上步骤生成接缝线网络之后就可以在此基础上进行镶嵌处理，可以方便的得到每幅影像中对镶嵌有贡献的像素，每幅影像涉及到的接缝线，以及与每段接缝线相关的影像，便于直接生成镶嵌结果，并可以保证镶嵌的灵活性与效率，避免误差的累积和中间结果的产生，且处理结果与影像的顺序无关。其中在进行裁剪操作时，关于多边形的边的方向与内外区域的关系，入点和出点的定义以及入点和出点的判定参考文献(刘勇奎，高云，黄有群.一个有效的多边形裁剪算法[J].软件学报，2003，14(4)：845-856)。

Claims (1)

1.一种接缝线网络的自动生成方法，包括如下步骤：

一、获取各正射影像的有效范围，用四边形表示：

a、搜索每幅影像有效范围的轮廓；搜索在像素的8邻域进行；对每幅影像按照从左到右，从下到上的顺序搜索，找到第一个有效的像素点，该点为最左下方的边界点；从最左下方的边界点开始，定义初始的搜索方向为左上方；如果左上方的点为有效像素点，则该点为边界点，否则搜索方向顺时针旋转45度，这样在该点的8邻域内一直找到第一个有效的像素点为止；然后把这个有效像素点作为新的边界点，在当前搜索方向的基础上逆时针旋转90度，继续用同样的方法继续搜索下一个边界点，直到返回最初的边界点为止；

b、对于搜索得到的每一幅影像有效范围的轮廓点，采用Hough变换检测直线，取点数最多的4条直线，分别计算这4条直线相互之间的交点，取距离影像中心点最近的4个点作为影像有效范围的四边形的顶点，然后按照顺时针或者逆时针的顺序重新排列这四个顶点的顺序，即可得到该影像有效范围的四边形；

二、计算每两幅具有重叠区域的影像间的分割线：

a、计算两相邻影像有效范围的重叠区域，即求相邻影像有效范围的四边形的公共部分；

b、设两相邻影像有效范围的重叠区域的四边形为Q，设p、q为两相邻影像有效范围边界的交点，则这两个交点分别为两重叠影像间分割线的起点和终点；

c、分别计算四边形Q的四个角的角平分线，设e为顶点p所在的内角的角平分线与四边形其它三个内角角平分线的交点中最近的一个交点，f为顶点q所在的内角的角平分线与四边形其它内角角平分线的交点中最近的一个交点，则pefq即为两重叠影像间的分割线；

d、对于每两幅具有重叠区域的影像，分别按以上步骤二的a-c步计算它们之间的分割线；

三、计算各影像的有效镶嵌多边形：

a、对某一影像，依次用与其具有重叠的影像间的分割线去裁剪其影像的有效范围；每次裁剪得到的多边形范围的结果作为下一次裁剪操作的影像有效范围的输入数据；

b、对某一影像，用与其具有重叠的影像间的分割线对其影像有效范围进行裁剪时，以两幅影像有效范围间的重叠区域为参考来确定两幅影像有效范围的边界间的每个交点是出点还是入点，出点和入点成对出现，由入点开始沿分割线追踪，当遇到出点时跳转至影像有效范围的多边形继续追踪，如果再次遇到入点则跳转至分割线继续追踪；重复以上过程，直至回到起始入点，即完成了裁剪操作，追踪到的点即为当前裁剪结果的多边形，即当前裁剪得到的影像有效范围，该影像有效范围将作为下一次裁剪操作的影像有效范围的输入数据；

c、对每幅影像，都进行完以上步骤三的a-b的处理之后，就得到了该影像的有效镶嵌多边形；

四、生成接缝线网络：

计算相邻有效镶嵌多边形之间的公共边，每一条公共边就是两个有效镶嵌多边形所属的影像之间的接缝线，得到所有的有效镶嵌多边形之间的公共边就得到了各段接缝线，所有的接缝线彼此连接就形成了接缝线网络。

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