CN106157248B - 一种基于栅格的接缝线网络生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于栅格的接缝线网络生成方法，包括步骤：确定每幅待镶嵌影像的有效范围；根据各影像有效范围多边形得到最终镶嵌结果的覆盖范围，并创建一个同样大小的模板影像，并将像元值初始化；依次将各影像镶嵌至模板影像上，并赋以相应的值；逐个重叠区进行区域生长得到每个重叠区内的接缝线；处理完所有重叠区，将形成的接缝线相连即获得最终的接缝线网络。本发明适用于数字正射影像镶嵌处理时接缝线网络的自动生成处理，解决影像有效范围为任意形状时的接缝线网络生成问题。

Description

一种基于栅格的接缝线网络生成方法

技术领域

本发明属于摄影测量与遥感影像处理领域，特别涉及一种基于栅格的接缝线网络生成方法。

背景技术

影像镶嵌是生成数字正射影像产品的关键步骤，它是将多幅数字正射影像拼接在一起形成一幅更大范围影像的过程，可以解决单景影像覆盖范围较小、不能满足进行大范围可视化、分析、处理等实际应用的需求。

在进行影像镶嵌处理时，基于接缝线的镶嵌方法是普遍采用的方法，其中基于接缝线网络的镶嵌方法具有明显优势，其关键步骤是接缝线网络的生成。目前具有代表性的接缝线网络的生成方法是基于顾及重叠的面Voronio图的方法，但该方法是基于矢量计算的方式进行的，只能处理影像有效范围为简单凸多边形的情况。然而在实际应用中，影像的有效范围非常复杂，可能是凹多边形或者复杂多边形。因此本方法提出一种基于栅格的接缝线网络生成方法，解决了影像有效范围为任意形状时的接缝线网络生成问题。

发明内容

本发明提出了一种基于栅格的接缝线网络生成方法。

本发明所采用的技术方案是：一种基于栅格的接缝线网络生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定每幅待镶嵌影像的有效范围。为叙述方便，待镶嵌的n幅影像分别用I₁、I₂、····I_n表示。

步骤2：根据I_i(i＝1，2···n)的有效范围多边形P_i，得到最终镶嵌结果的覆盖范围，并创建一个同样大小的模板影像，同时将像元值初始化为0。具体包括以下子步骤：

步骤2.1：对P_i(i＝1，2···n)的x坐标排序，得到x方向的最大最小值X_max、X_min，对P_i(i＝1，2···n)的y坐标排序，得到y方向的最大最小值Y_max、Y_min，以此值组合为模板影像矩形角点坐标((X_min，Y_min)，(X_max，Y_min)，(X_max，Y_max)，(X_min，X_max))。

步骤2.2：根据模板影像矩形角点坐标值，得到模板影像行数列数，并创建模板影像，赋0为初始值，写入到文件。

步骤3：选出某一幅影像作为起始影像I₁，根据影像I₁的有效范围，以数字编号1填充到模板影像对应范围内的每个像元上。

步骤4：假设已有i(i＝1,2,…,n-1)幅镶嵌影像(I₁,I₂,…,I_i)被镶嵌到模板影像上，从剩下的n-i幅待镶嵌中选出影像I_j(此时j＝i+1)，根据影像I_j的有效范围，以数字编号j填充到模板影像对应范围内的每个像元上，并确定出I_j与i幅镶嵌影像(I₁,I₂,…,I_i)之间的k(0≤k≤i)个重叠区域，以数字编号C_m(m＝1,2,…,k)表示，其中C_m为大于n的整数。具体包括以下子步骤：

步骤4.1：将I_j的多边形坐标点序列P_j，变换成模板影像上对应的行列号坐标，以p_j'表示。

步骤4.2：对p_j'确定的范围，使用扫描线填充法对该范围进行填充。如果该模板影像像元值为0，则以数字编号j填充。如果像元值为m(0＜m≤i)，则以数字编号C_m填充。

步骤5：逐个重叠区进行区域生长得到每个重叠区内的接缝线，将k个重叠区域获得的接缝线与已有的i幅影像的接缝线网络相连接，就形成了i+1幅影像的接缝线网络，这样i+1幅影像就被镶嵌到模板影像上了。具体包括以下子步骤：

步骤5.1：对p_j'确定的范围，从上往下，从左往右逐像元值判断，找到重叠区C_m(m＝1,2··k)的其中一个边界像元。

步骤5.2：建立两个空队列，以步骤4.1中找到的边界像元为起始像元，进行边界跟踪。以边界像元所临近区域，将闭合的边界划分为两条边界。将这两条边界，分别放入两个队列中。

步骤5.3：以两个队列中的像元为种子点，对重叠区域C_m进行区域生长得到该重叠区接缝线。

步骤5.4：重复步骤5.1、5.2、5.3直至p_j'范围内不存在重叠区，即形成i+1幅影像的接缝像网络，这样i+1幅影像就被镶嵌到模板影像上了。

步骤6：重复步骤4、5，直至i＝n，获得最终的接缝线网络。

本发明实质上是基于顾及重叠的面Voronio图方法栅格形式的实现，通过对待镶嵌影像之间的重叠区进行标记，以重叠区域外面边界像素为种子点区域生长，实现对重叠区域的重新划分，解决了影像有效范围为任意形状时的接缝线网络生成问题。

附图说明

图1：是本发明实施例生成影像I₃所涉及的接缝线的初始示意图，I₁、I₂为已经镶嵌在模板影像上的示意图，I₃为当前准备待镶嵌的影像。

图2：是本发明实施例根据I₃的有效范围对模板影像进行填充的示意图。其中C₁、C₂为影像I₃分别与影像I₁、I₂的重叠区域。

图3：是本发明实施例对重叠区C₁边界跟踪的示意图。其中，两条不同虚线表示跟踪出来的两条不同边界。

图4：是本发明实施例对重叠区C₁以边界为种子点区域生长的结果示意图。生长后得到重叠区C₁的接缝线。

图5：是本发明实施例影像I₃范围所涉及到的所有重叠区均被区域生长后得到的最终接缝线网络示意图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本实例针对数字正射影像，提供了一种基于栅格的接缝线网络生成，包括以下步骤：

步骤1：确定每幅待镶嵌影像的有效范围。为叙述方便，待镶嵌的n幅影像分别用I₁、I₂、····I_n表示。具体实现过程是基于边界跟踪得到影像I_i(i＝1，2···n)的有效范围多边形，多边形以坐标点序列P_i＝((x_i1,y_i1)，(x_i2,y_i2)···(x_ik,y_ik)，(x_i1,y_i1))表示。其中边界跟踪算法参考文献(何斌，马天予，王运坚，朱红莲.VisaulC++数字图像处理[M].北京：人民邮电出版社，2001)。

步骤2：根据I_i(i＝1，2···n)的有效范围多边形P_i，得到最终镶嵌结果的覆盖范围，并创建一个同样大小的模板影像，同时将像元值初始化为0。具体包括以下子步骤：

步骤2.1：对P_i(i＝1，2···n)的x坐标排序，得到x方向的最大最小值X_max、X_min，对P_i(i＝1，2···n)的y坐标排序，得到y方向的最大最小值Y_max、Y_min，以此值组合为模板影像矩形角点坐标((X_min，Y_min)，(X_max，Y_min)，(X_max，Y_max)，(X_min，X_max))。

步骤2.2：根据模板影像矩形角点坐标值，得到模板影像行数列数，其计算公式为：

其中Cols表示模板影像列数，X_max、X_min、Res_x分别表示待镶嵌影像中X方向坐标最大值、坐标最小值、分辨率。Rows表示模板影像行数，Y_max、Y_min、Res_y分别表示Y方向坐标最大值、坐标最小值、分辨率。然后创建模板影像，单波段即可，每个像素2个字节存储，以0为初始值，写入数据到文件

步骤3：选出某一影像作为起始影像I₁，根据影像I₁的有效范围，以数字编号1填充到模板影像对应范围内的每个像元上。具体填充过程参考步骤4中影像I_j的填充过程。

步骤4：假设已有i(i＝1,2,…,n-1)幅镶嵌影像(I₁,I₂,…,I_i)被镶嵌到模板影像上。从剩下的n-i幅待镶嵌中随意选出影像I_j，根据影像I_j的有效范围，以数字编号j填充到模板影像对应范围内的每个像元上，并确定出I_j与i幅镶嵌影像(I₁,I₂,…,I_i)之间的k(0≤k≤i)个重叠区域，以数字编号C_m(m＝1,2,…,k)表示，其中C_m为大于n的整数。具体包括以下子步骤：

步骤4.1：利用公式(3)、(4)将I_j的多边形坐标点序列P_j，变换成模板影像上对应的行列号坐标，以p_j'表示。得到在模板影像上的对应范围如图1所示，此时，I_j代表的影像为I₃。

步骤4.2：对p_j'确定的范围，使用扫描线填充法对该范围进行填充。如果该模板影像像元值为0，则以数字编号j填充。如果像元值为m(0＜m≤i)，则以数字编号C_m填充。填充的结果如图2所示，在图2中，总共有三幅待镶嵌影像，即n＝3，此时C₁、C₂可以分别设定值为4、5。

步骤5：逐个重叠区进行区域生长得到每个重叠区内的接缝线，将k个重叠区域获得的接缝线与已有的i幅影像的接缝线网络相连接，就形成了i+1幅影像的接缝线网络，这样i+1幅影像就被镶嵌到模板影像上了。具体包括以下子步骤：

步骤5.1：对p_j'确定的范围，从上往下，从左往右逐像元值判断，找到重叠区C_m(m＝1,2··k)的其中一个边界像元。

步骤5.2：建立两个空队列，以步骤5.1中找到的边界像元为起始像元，进行边界跟踪，算法主要实现参考文献(柳稼航,杨建峰,单新建,尹京苑.一种基于优先搜索方向的边界跟踪算法[J].遥感技术与应用,2004,03:209-213.)。以边界像元所临近区域，将闭合的边界划分为两条边界，如图3所示。将这两条边界，分别放入两个队列中。

步骤5.3：以两个队列中的像元为种子点，对重叠区域C_m进行区域生长得到该重叠区接缝线。如图4所示，对重叠区域C₁重新划分得到C₁区域的接缝线，该接缝线两端与已有的接缝线网络相连，同时I₁、I₂与C₁区域相连的部分边界发生改变，I₁、I₂的范围相应更新。

步骤5.4：重复步骤5.1、5.2、5.3直至p_j'范围内不存在重叠区，即形成i+1幅影像的接缝像网络，这样i+1幅影像就被镶嵌到模板影像上了。如图4所示，继续对图4中的C₂区域继续重复步骤5.1、5.2、5.3，从而形成3幅影像的接缝像网络，即图5所示。

步骤6：重复步骤4、5，直至i＝n，获得最终的接缝线网络。图5所示的就是3幅影像最终的接缝线网络。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (3)

1.一种基于栅格的接缝线网络生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定每幅待镶嵌影像的有效范围，待镶嵌的n幅影像分别用I₁、I₂、···I_i···、I_n表示；

步骤2：根据I_i的有效范围多边形P_i，其中i＝1，2···n，得到最终镶嵌结果的覆盖范围，并创建一个同样大小的模板影像，同时将像元值初始化为0；

步骤3：选出一幅影像作为起始影像I₁，根据影像I₁的有效范围，以数字编号1填充到模板影像对应范围内的每个像元上；

步骤4：假设已有i，幅镶嵌影像(I₁,I₂,…,I_i)被镶嵌到模板影像上，其中i＝1,2,…,n-1；从剩下的n-i幅待镶嵌中选出影像I_j，其中j＝i+1，根据影像I_j的有效范围，以数字编号j填充到模板影像对应有效范围内的每个像元上，并确定出I_j与i幅镶嵌影像(I₁,I₂,…,I_i)之间的k个重叠区域，其中0≤k≤i；以数字编号C_m表示，其中，m＝1,2,…,k，C_m为大于n的整数；

步骤5：逐个重叠区进行区域生长得到每个重叠区内的接缝线，将k个重叠区域获得的接缝线与已有的i幅影像的接缝线网络相连接，就形成了i+1幅影像的接缝线网络，这样i+1幅影像就被镶嵌到模板影像上了；

步骤6：重复步骤4、5，直至i＝n，获得最终的接缝线网络；

所述步骤5具体包括以下子步骤：

步骤5.1：对p_j'确定的范围，从上往下，从左往右逐像元值判断，找到重叠区C_m的其中一个边界像元，其中m＝1,2··k；

步骤5.2：建立两个空队列，以步骤5.1中找到的边界像元为起始像元，进行边界跟踪；以边界像元所临近区域，将闭合的边界划分为两条边界；将这两条边界，分别放入两个队列中；

步骤5.3：以两个队列中的像元为种子点，对重叠区域C_m进行区域生长得到该重叠区接缝线；

步骤5.4：重复步骤5.1、5.2、5.3直至p_j'范围内不存在重叠区，即形成i+1幅影像的接缝像网络，这样i+1幅影像就被镶嵌到模板影像上了。

2.根据权利要求1所述的一种基于栅格的接缝线网络生成方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下子步骤：

步骤2.1：对P_i的x坐标排序，其中i＝1，2···n，得到x方向的最大最小值X_max、X_min，对P_i的y坐标排序，其中i＝1，2···n，得到y方向的最大最小值Y_max、Y_min，以此值组合为模板影像矩形角点坐标((X_min，Y_min)，(X_max，Y_min)，(X_max，Y_max)，(X_min，X_max))；

步骤2.2：根据模板影像矩形角点坐标值，得到模板影像行数列数，并创建模板影像，赋0为初始值，写入到文件。

3.根据权利要求2所述的一种基于栅格的接缝线网络生成方法，其特征在于，所述步骤4具体包括以下子步骤：

步骤4.1：将I_j的多边形坐标点序列P_j，变换成模板影像上对应的行列号坐标，以p_j'表示；

步骤4.2：对p_j'确定的范围，使用扫描线填充法对该范围进行填充；如果该模板影像像元值为0，则以数字编号j填充；如果像元值为m，其中0＜m≤i，则以数字编号C_m填充。