CN105761291B - 基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法，包括以下步骤：S1根据经过正射校正后的数字正射影像，计算相邻两图像间的重叠区域；S2根据重叠区域计算迪杰斯特拉算法基准点，并生成有向图；S3设定权重参数，通过迪杰斯特拉算法基于权重参数计算有向图最短路径，生成镶嵌线并实时显示；S4对镶嵌线进行优化处理，生成镶嵌面，并与图像进行关联；S5根据控制信息将关联有镶嵌面的图像输出至指定位置。本发明通过采用带权重的迪杰斯特拉算法来进行镶嵌线的提取，使镶嵌线提取有效规避人工地物，消除水体区域的颜色差异，省去大量人工编辑工作，进一步提高镶嵌线提取的自动化程度，保证提取的镶嵌线具有良好的准确度。

Description

基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法

技术领域

本发明涉及图像数据处理技术领域，具体涉及一种基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法。

背景技术

目前，针对正射校正后的图像进行镶嵌线的自动生成的相关算法已十分成熟，其相较于传统的手工绘制镶嵌线的方式，在很大程度上提高了图像镶嵌的效率。

对于图像镶嵌领域来说，其研究的焦点主要集中于如何进一步的优化镶嵌线算法，例如，如DPGRID Mapping等新一代的基于网格的数字摄影测量系统主要采用基于蚁群算法的镶嵌线自动提取算法来进行镶嵌线的提取，通过该算法将重叠区域差值影像上的灰度值大于阈值的点作为可能的障碍物区域，在搜索过程中采用基于轮盘赌原理的蚁群算法来进行局部寻优提取镶嵌线

然而，目前的自动生成镶嵌线的方式相对于传统手工绘制镶嵌线的方式，虽然在很大程度上节省人工编辑的工作量，使得镶嵌线的提取更加快速，但由于其采用自动生成的方式提取，因此提取的镶嵌线效果不佳，仍需要一定的人工编辑来进行对镶嵌线提取的优化；同时，基于蚁群算法的自动镶嵌线提取的方法在其实现的过程中还存在阈值、搜索次数及算法收敛性难以确定等问题。

并且，由于图像中往往存在较为复杂的环境，即图像中既包含水体数据、地表数据以及人工地物数据，使得在进行镶嵌线的提取时，镶嵌线无法有效的规避人工地物，且当镶嵌线跨过不同季节的图像时，水体会存在颜色差异，使得镶嵌线的提取仍需要人工来进行相关的编辑工作。

因此，如何提供一种既能够进一步提升镶嵌线提取自动化程度，同时有效的保证提取的镶嵌线具有良好的准确度的方法就成为了亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法，通过采用迪杰斯特拉算法来进行镶嵌线的提取，同时通过权重数据来进一步的限定镶嵌线的提取，能够实现镶嵌线提取的自动化，同时保证提取的镶嵌线具有良好的准确度。

本发明的基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法，包括以下步骤：

S1、根据经过正射校正后的数字正射影像，计算相邻两图像间的重叠区域；

S2、根据重叠区域计算迪杰斯特拉算法基准点，并根据迪杰斯特拉算法基准点生成有向图；

S3、设定权重参数，通过迪杰斯特拉算法并基于权重参数计算有向图的最短路径，生成镶嵌线并实时显示；

S4、对镶嵌线进行优化处理，生成镶嵌面，并将镶嵌面与图像进行关联；

S5、根据控制信息将关联有镶嵌面的图像输出至指定位置。

优选的，步骤S1中数字正射影像由数字摄影测量生成。

优选的，步骤S2中迪杰斯特拉算法基准点计算为重叠区域所在的两图像的中心点相连的中心点连线与中心点连线的中垂线的交点。

进一步优选的，交点构成有向图的顶点，并根据相邻的顶点间连线来构成有向图。

优选的，步骤S3中权重参数包括颜色色差模型、边缘规避模型、亮度发暗优先和约束偏移模型。

优选的，步骤S3中最短路径包括同轨内最短路径和异轨间最短路径；由同轨内最短路径生成同轨内镶嵌线；由异轨间最短路径生成异轨间镶嵌线。

进一步优选的，对同轨内镶嵌线和异轨间镶嵌线分别进行实时显示。

优选的，步骤S4中镶嵌线通过拓扑关系规则进行优化处理，生成镶嵌面。

进一步优选的，拓扑关系规则包括去除假节点、去除冗余点、去除重复线、去除短悬线、长悬线延伸、临近端点合并和小面积面合并。

本发明的基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法，通过采用带权重的迪杰斯特拉算法来进行镶嵌线的提取，使得镶嵌线的提取能够有效的规避人工地物，消除水体区域的颜色差异，省去了大量的人工编辑工作，进一步的提高了镶嵌线提取的自动化程度，同时保证提取额的镶嵌线具有良好的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的流程图。

图2为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的迪杰斯特拉算法基准点构成的有向图。

图3为图2的本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的邻接矩阵。

图4为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的镶嵌线总体效果图。

图5为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的镶嵌线细节效果图。

图6为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的重叠区域示意图。

图7为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例根据带权重的迪杰斯特拉算法生成的镶嵌线示意图。

图8为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的人工编辑示意图。

图9为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的人工编辑过程人工选取重叠区图像示意图。

图10为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的影像镶嵌成果示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的流程图。

迪杰斯特拉算法(Dijkstra Algorithm)是一种用于计算从一个顶点到其余各顶点的最短路径算法，其是一种能够解决有向图中最短路径问题的算法。

如图1所示，本实施例中采用本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法具体包括以下步骤：

S1、根据经过正射校正后的数字正射影像，计算相邻两图像间的重叠区域。

具体的，航空图像往往由于相机和传感器的旋转、地形起伏、地球曲率、扫描误差和测量误差等原因，造成采集的图像具有一定的几何变形。

而数字摄影测量由于采用航空图像进行数据采集，因此会由于航空图像采集的原始数据中存在的几何变形，导致根据该图像由数字摄影测量技术生成的数字正射影像具有一定的误差，从而影响最终镶嵌线提取的准确性。

因此需要对原始数据进行有效的处理后再进行镶嵌线的提取，以便保证镶嵌线提取的准确、高效。

在本实施例中，数字摄影测量技术会对航空图像采集的原始数据进行系统改正、相机检校、地形改正等步骤来对原始数据的几何变形进行校正，并在此基础上进一步进行空三加密，以更新图像的外方位元素，最终结合数字高程模型，并进一步通过正射校正来生成高精度的数字正射影像。

根据正射校正后的数字正射影像数据中相邻的两图像来计算两图像间的重叠区域。

S2、根据重叠区域计算迪杰斯特拉算法基准点，并根据迪杰斯特拉算法基准点生成有向图。

具体的，根据步骤S1中计算的重叠区域所在的两图像的中心点相连的中心点连线与该中心点连线的中垂线的交点作为迪杰斯特拉算法基准点。

进一步的，图2为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的迪杰斯特拉算法基准点构成的有向图；图3为图2的本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的邻接矩阵。

如图2所示，图中P₀、P₁、P₂、P₃、P₄、P₅、P₆、P₇、P₈即本实施例中为算出的部分迪杰斯特拉算法基准点，图2中顶点P₄的相邻顶点即为P₁、P₃、P₅、P₇，并基于此来确定出每个顶点的相邻顶点，即确定出每个顶点与其相邻顶点的邻接关系，以此获得完整的有向图。

如图3所示，根据图2所示的本发明的有向图来进一步获得的邻接矩阵，根据有向图生成的邻接矩阵来为后续进行最短路径的计算提供计算基础。

S3、设定权重参数，通过迪杰斯特拉算法并基于权重参数计算有向图的最短路径，生成镶嵌线并实时显示。

具体的，对迪杰斯特拉算法进行权重参数设定，以使得通过迪杰斯特拉算法进行镶嵌线的生成时能够更加准确。

进一步的，权重参数可包括颜色色差模型、边缘规避模型、亮度发暗优先和约束偏移模型。

其中，颜色色差模型为计算两图像间的颜色差值的差平方和作为权重因子的权重参数；边缘规避模型为采用Canny算子进行图像卷积计算边缘特征作为权重因子的权重参数；亮度发暗优先为根据两图像的亮度信息进行运算和统计，并将亮度信息作为计算的权重因子，且亮度越暗权重越大的权重参数；约束偏移模型为根据镶嵌线的走向，由两边向中间的过渡渐变情况和颜色亮度信息相结合作为权重因子的权重参数。

进一步的，本发明中的权重参数可具体根据工作人员的经验进行设定，以便能够更加符合实际情况。

基于多种权重因子来确定的权重参数可通过以下公式1来计算。

公式1：

W(v)＝k₁d+k₂d+k₃d+k₄d+……k_nd

其中，W(v)为权重参数，v为要计算的顶点，k₁、k₂、k₃、k₄……k_n为权重因子，其中n的取值范围为1～100，d为有向图中起点至终点的距离。

在本实施例中，具有四个权重因子，即颜色色差模型、边缘规避模型、亮度发暗优先和约束偏移模型，因此，公式1可对应的确定为以下公式2。

公式2：

W(v)＝k₁d+k₂d+k₃d+k₄d

其中，k₁为颜色色差模型，k₂为边缘规避模型，k₃为亮度发暗优先，k₄为约束偏移模型。

通过带权重的迪杰斯特拉算法来确定有向图中每个顶点到另一个顶点间的最短路径，以此来获得镶嵌线。

由于迪杰斯特拉算法为一种典型的单源最短路径算法，因此通过迪杰斯特拉算法进行最短路径的计算过程中，迪杰斯特拉算法将通过一个顶点到其它多有顶点的最短路径，即通过起始点为中心，开始层层向外扩展，直至拓展至终点为止。

进一步的，通过迪杰斯特拉算法算出的最短路径还可进一步的分为同轨内最短路径和异轨间最短路径，并可进一步的由同轨内最短路径生成同轨内镶嵌线，由异轨间最短路径生成异轨间镶嵌线。

其中，由于通过卫星和飞机等进行收取的航空图像是在同轨间获取的数据，因此其轨道参数相同，重叠度也一致，在生成镶嵌线时的计算量较小，可快速的生成具有较高精确度的镶嵌线，即生成同轨内镶嵌线。

而航空图像中还存在大量的异轨间获取的数据，其轨道参数不同，拍摄时间也可能不同，重叠度也不一致，使得计算异轨间镶嵌线时往往具有较大的计算量，相对于同轨间镶嵌线其计算也更加复杂，可能会需要较多的时间进行计算，以生成具有较高精确度的镶嵌线，即异轨间镶嵌线。

进一步优选的，对通过带权重的迪杰斯特拉算法计算生成的同轨内镶嵌线和异轨间镶嵌线分别进行实时显示。

由于同轨内镶嵌线和异轨间镶嵌线的计算存在一定的差异性，其所需计算的时间也可能不同，因此，可对生成的同轨内镶嵌线和异轨间镶嵌线分别进行实时显示，以便更够更加清楚、方便的查看镶嵌线的生成情况。

S4、对镶嵌线进行优化处理，生成镶嵌面，并将镶嵌面与图像进行关联。

具体的，对生成的镶嵌线进行进一步的优化处理，以便生成镶嵌面，并最终以最近距离为原则将镶嵌面与图像进行关联，以便能够根据镶嵌面中相应区域的选取以快速的查看该区域对应的图像。

进一步的，镶嵌线通过拓扑关系规则来进行优化处理，以生成镶嵌面。

其中，拓扑关系规则可具体包括去除假节点、去除冗余点、去除重复线、去除短悬线、长悬线延伸、临近端点合并和小面积面合并等，其中，拓扑关系规则可根据工作人员进行相关的选取和使用，例如根据工作人员的经验数据进行选取。

最终，通过以上步骤完成镶嵌线的自动生成，且生成的镶嵌线为经过规避人工地物后的最优镶嵌线。

S5、根据控制信息将关联有镶嵌面的图像输出至指定位置。

具体的，根据需求，输入控制信息，并按照控制信息的要求将关联有镶嵌面的图像输出至指定的位置上，以便进行保存、查看。

进一步的，输出后的关联有镶嵌面的图像为一张完整的大图，能够查看完整的图像信息，同时也能够查看其中具体部位的详细图像信息。

同时，可根据输入的控制信息来将图像输出在用户需求的位置上，例如磁盘、硬盘、U盘等不同的位置。

图4为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的镶嵌线总体效果图；图5为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的镶嵌线细节效果图。

以下为一个实施例运用本发明的基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法进行镶嵌线自动生成的具体示例。

针对某地进行镶嵌线自动生成。

首先，对数字摄影测量采集到的该地图像数据进行校正，生成数字正射影像。

其次，对数字正射影像数据进行有向图生成，并进一步的采用本发明中带权重的迪杰斯特拉算法进行数字正射影像的镶嵌线的生成。

通过本发明的方法进行镶嵌线的生成的总体效果如图4所示。

通过本发明的方法进行镶嵌线的生成的细节效果如图5所示。

并，最终通过本发明完成完整图像的镶嵌线生成。

图6为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的重叠区域示意图，图7为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例根据带权重的迪杰斯特拉算法生成的镶嵌线示意图，图8为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的人工编辑示意图，图9为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的人工编辑过程人工选取重叠区图像示意图，图10为本发明基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法的一个实施例的影像镶嵌成果示意图。

如图6、7、8、9、10所示，本发明另一实施例采用本发明进行镶嵌线生成的过程为：

根据输入的数字正射影像计算两影像间的重叠区域，计算出的重叠区域如图6所示。

将颜色色差模型、边缘规避模型、亮度发暗优先和约束偏移模型设定为本实施例的权重因子，对重叠区域根据带权重的迪杰斯特拉算法生成镶嵌线，生成的镶嵌线如图7所示。

针对生成的镶嵌线根据拓扑关系规则进行优化处理，如图8所示，调整镶嵌线的位置，删除多余的镶嵌线，并去除冗余点、去除重复线。

同时，将优化处理后的镶嵌线生成镶嵌面，并将镶嵌面与影像关联结合，并对影像中影像质量不佳的区域进行影像选取，以便生成镶嵌成果，具体如图9所示。

将镶嵌面与影像结合完成后生成最终影像镶嵌成果，如图10所示。

本实施例采用本发明的基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法有效的减少了大量的人工工作量，极大的降低了镶嵌线生成的人工劳动成本，同时由于采用迪杰斯特拉算法进行最短距离的计算，并辅以权重参数的限定，能够有效的规避房屋等建筑物，并很好的河湖等进行羽化，使得生成的镶嵌线更加准确。

本发明的基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法，通过采用带权重的迪杰斯特拉算法来进行镶嵌线的提取，使得镶嵌线的提取能够有效的规避人工地物，消除水体区域的颜色差异，省去了大量的人工编辑工作，进一步的提高了镶嵌线提取的自动化程度，同时保证提取的镶嵌线具有良好的准确度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据经过正射校正后的数字正射影像，计算相邻两图像间的重叠区域；

S2、根据所述重叠区域计算迪杰斯特拉算法基准点，并根据迪杰斯特拉算法基准点生成有向图；

S3、设定权重参数，通过迪杰斯特拉算法并基于所述权重参数计算所述有向图的最短路径，生成镶嵌线并实时显示；

S4、对镶嵌线进行优化处理，生成镶嵌面，并将镶嵌面与图像进行关联；

S5、根据控制信息将关联有镶嵌面的图像输出至指定位置；

所述步骤S2中迪杰斯特拉算法基准点计算为所述重叠区域所在的两图像的中心点相连的中心点连线与所述中心点连线的中垂线的交点，所述交点构成所述有向图的顶点，并根据相邻的所述顶点间连线来构成所述有向图；

所述步骤S3中最短路径包括同轨内最短路径和异轨间最短路径；

由所述同轨内最短路径生成同轨内镶嵌线；

由所述异轨间最短路径生成异轨间镶嵌线；以及

对所述同轨内镶嵌线和异轨间镶嵌线分别进行实时显示；

所述步骤S3中权重参数包括颜色色差模型、边缘规避模型、亮度发暗优先和约束偏移模型。

2.根据权利要求1所述的基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法，其特征在于，

所述步骤S1中数字正射影像由数字摄影测量生成。

3.根据权利要求1所述的基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法，其特征在于，

所述步骤S4中镶嵌线通过拓扑关系规则进行优化处理，生成镶嵌面。

4.根据权利要求3所述的基于带权重的迪杰斯特拉算法的镶嵌线自动生成方法，其特征在于，

所述拓扑关系规则包括去除假节点、去除冗余点、去除重复线、去除短悬线、长悬线延伸、临近端点合并和小面积面合并。