CN110866869B - 结合泰森多边形与最小生成树图像分割的影像镶嵌方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种影像镶嵌方法及装置，方法包括：检查正射影像集合，对相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况进行修正；根据修正后的正射影像集合生成初始镶嵌网，并获取相邻两个正射影像的初始镶嵌线；对每条初始镶嵌线的最小外接矩形区域进行图像分割，并根据初始镶嵌线的起点和终点，生成分割镶嵌线，进一步使分割镶嵌线替换初始镶嵌线，生成分割镶嵌网；构建镶嵌结果影像；对分割镶嵌网中分割多边形进行矢量栅格化，获得掩膜影像，对正射影像进行掩膜处理，并写入镶嵌结果影像，获得镶嵌影像。本发明在保证镶嵌线的质量的同时，可节约时间及人力成本，满足工程自动化影像镶嵌的需求。
Description
技术领域
本发明涉及光学遥感影像图像处理技术领域，尤其是涉及一种结合泰森多边形与最小生成树图像分割的影像镶嵌方法及装置。
背景技术
随着光学遥感卫星成像的各项指标不断提升，对地观测系统日趋完善，多星协同观测能力逐步提高，卫星的重访周期也不断缩短，也即在短时间内，卫星便能够对同一目标区域进行多次成像。单景影像覆盖区域有限，针对特定的目标区域，往往需要将不同程度覆盖目标区域的多景影像进行拼接后使用，此种方式称之为影像镶嵌。
影像镶嵌是数字正射影像DOM(Digital Ortho-Image Model)自动化生产中的关键流程。在影像镶嵌技术中，镶嵌线的选择尤为重要。若将界定影像有效范围的边界直接作为镶嵌线，则无法将多景影像作为一个整体考虑，进而无法合理有效地利用各影像的信息，最终在镶嵌结果内部生成明显的直线硬边。
为了获取最佳的镶嵌效果，在当前的DOM生产流程中，镶嵌线通常通过人工勾画完成，人工处理大量的影像不仅费时费力，而且由于技术人员的操作水平良莠不齐，勾画出的镶嵌线的质量也无法得到保证。
因此，亟需一种自动化影像镶嵌方法，节省时间和人力的同时保证镶嵌线的质量，减弱影像间的拼接痕迹，使拼接后的影像浑然一体。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种结合泰森多边形与最小生成树图像分割的影像镶嵌方法，不仅可节约时间及人力成本，而且还能够保证镶嵌线的质量。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种影像镶嵌方法，包括如下步骤：
步骤S100，获取正射影像集合，并检查正射影像集合中所有正射影像的有效边界，并对相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况进行修正处理，获得修正后的正射影像集合；
步骤S200，根据修正后的正射影像集合生成基于泰森多边形区域划分的初始镶嵌网，进一步获取初始镶嵌网中每相邻两个正射影像的初始镶嵌线；
步骤S300，对每条初始镶嵌线的最小外接矩形区域进行基于最小生成树的图像分割，并根据初始镶嵌线的起点和终点，生成分割镶嵌线，进一步使分割镶嵌线替换初始镶嵌线，生成分割镶嵌网；
步骤S400，构建与分割镶嵌网同等大小的镶嵌结果影像；
步骤S500，对分割镶嵌网中每个正射影像对应的分割多边形分别进行矢量栅格化，获得掩膜影像，进一步根据掩膜影像对正射影像进行掩膜处理，并写入镶嵌结果影像，获得镶嵌影像。
优选地，在步骤S100中，修正处理包括如下步骤：使用正射影像A的有效边界对正射影像B的有效边界进行裁剪，其中，正射影像B的边界在正射影像A的边界内出现至少两个角点。
优选地，在步骤S200中，初始镶嵌线网通过如下步骤获得：
获取相邻两个正射影像有效范围重叠所形成的四边形ABCD，设点A、C为相邻两个正射影像有效范围的交点，并且点A、C分别为相邻两个正射影像间分割线的起点和终点；
分别计算四边形ABCD的四个角的角平分线，并设点E和F分别为顶点A和顶点C所在的内角角平分线与四边形ABCD其他三个内角角平分线最近的一个交点，点A、E、F、C形成初始分割线AEFC；
相邻两个正射影像的原始轮廓分别与初始分割线AEFC形成两个新轮廓，新轮廓进一步与正射影像当前轮廓求交并更新正射影像的当前轮廓，最终生成初始镶嵌网。
优选地，在步骤S200中，初始镶嵌线通过如下步骤获得：遍历初始镶嵌网中相邻两个正射影像分别对应的镶嵌多边形上的点，同时在两个镶嵌多边形上的点构成所述初始镶嵌线。
优选地，在步骤S300中，基于最小生成树的图像分割包括如下步骤：
计算初始镶嵌线的最小外接矩形区域内每个像素与该像素四邻域的不相似度作为边权，构建无向图；
将无向图的所有边按照边权进行排序；
遍历无向图的所有边，并在需要合时合并后更新边权，获得超像素标记影像。
本发明还揭示了一种结合泰森多边形与最小生成树图像分割的影像镶嵌装置，包括
修正模块，用于获取正射影像集合，并检查正射影像集合中所有正射影像的有效边界，并对相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况进行修正处理，获得修正后的正射影像集合；
初始镶嵌线获取模块，用于根据修正后的正射影像集合生成基于泰森多边形区域划分的初始镶嵌网，进一步获取初始镶嵌网中每相邻两个正射影像的初始镶嵌线；
分割镶嵌网生成模块，用于对每条初始镶嵌线的最小外接矩形区域进行基于最小生成树的图像分割，并根据初始镶嵌线的起点和终点，获得分割镶嵌线，进一使分割镶嵌线替换初始镶嵌线，获得分割镶嵌网；
构建模块，用于构建与分割镶嵌网同等大小的镶嵌结果影像；
镶嵌影像生成模块，用于对分割镶嵌网中每个正射影像对应的分割多边形分别进行矢量栅格化，获得掩膜影像，进一步根据掩膜影像对正射影像进行掩膜处理，并写入镶嵌结果影像，获得镶嵌影像。
优选地，修正模块包括
检查模块，用于检查正射影像的有效边界，并检查相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内是否出现至少两个角点；
裁剪模块，用于对相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况进行修正。
优选地，初始镶嵌线获取模块包括
初始镶嵌网生成模块，根据修正后的正射影像集合生成基于泰森多边形区域划分的初始镶嵌网；
获取模块，用于获取初始镶嵌网中每相邻两个正射影像的初始镶嵌线。
检查模块，分割镶嵌网生成模块包括
图像分割模块，用于对每条初始镶嵌线的最小外接矩形区域进行基于最小生成树的图像分割；
分割镶嵌线生成模块，用于根据初始镶嵌线的起点和终点，采用Dijkstra最短路径搜索算法，生成分割镶嵌线；
替换模块，用于使分割镶嵌线替换初始镶嵌线，生成分割镶嵌网。
优选地，镶嵌影像生成模块包括
栅格化模块，用于对分割镶嵌网中每个正射影像对应的分割多边形分别进行矢量栅格化，获得掩膜影像；
掩膜模块用于根据掩膜影像对正射影像进行掩膜处理，并写入镶嵌结果影像，获得镶嵌影像。
本发明的有益效果是：
(1)本发明不仅可节约时间及人力成本，而且还能够保证镶嵌线的质量。
(2)本发明通过基于最小生成树图像分割，可使镶嵌线尽可能贴合目标区域主要地物轮廓，消除影像拼接的痕迹，满足工程自动化影像镶嵌的需求。
附图说明
图1是本发明的影像镶嵌方法流程图示意图；
图2是本发明的初始镶嵌网生成流程图示意图；
图3是本发明的基于最小生成树的图像分割流程图示意图；
图4是初始分割线生成示意图；
图5是某区域正射影像集合；
图6是初始镶嵌网示意图；
图7a是基于最小生成树的图像分割示意图；
图7b是基于Dijkstra最短路径搜索示意图；
图8是本发明的分割镶嵌网示意图；
图9是本发明的影像镶嵌装置结构框图示意图；
图10是直线镶嵌线与分割镶嵌线效果对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
图1所示为本发明所揭示的一种结合泰森多边形与最小生成树图像分割的影像镶嵌方法，包括如下步骤：
S100，获取正射影像集合，并检查正射影像结合中所有正射影像的有效边界，并对相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况进行修正处理，获得修正后的正射影像集合。
具体地，正射影像是指具有正射投影性质的遥感影像，实施时，将待拼接的正射影像构成正射影像集合，如图5所示，选取某地区域的31个正射影像构成正射影像集合，并对该区域内的31个正射影像进行影像镶嵌处理。
进一步地，对正射影像集合中每个正射影像的有效边界进行检查，对相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况进行修正处理，以获修正后的正射影像集合，也即获得无相邻两角点在另一正射影像内的正射影像集合，其中，角点通常是指两条边的交点。实施时，可通过如下方式对上述情况进行修正处理：假设正射影像A在正射影像B的边界内出现至少两个角点，此时以正射影像B的有效范围对正射影像A的有效范围进行裁剪，最终使相邻的两个正射影像A和正射影像B不存在重叠区域，其中，正射影像A和正射影像B的有效范围可用四边形表示或者近似表示。
S200，根据修正后的正射影像集合生成基于泰森多边形区域划分的初始镶嵌网，进一步获取初始镶嵌网中每相邻两个正射影像的初始镶嵌线。
具体地，修正后的正射影像集合中，相邻两个正射影像存在如下两种情况，情况一：相邻两个正射影像存在重叠区域，也即一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现一个角点的情况；情况二：相邻两个正射影像不存在重叠区域，也即一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况，针对该种情况在步骤S100中已进行修正处理，最终使相邻两个正射影像不存在重叠区域。
进一步地，将修正后的正射影像集合基于泰森多边形区域划分方法生成初始镶嵌网。如图2所示，实施时可通过如下方法生成初始镶嵌网：
首先，获取相邻两个正射影像有效范围重叠所形成的四边形ABCD，设点A、C为相邻两个正射影像有效范围的交点，并且点A、C分别为相邻两个正射影像间分割线的起点和终点，实施时，正射影像的有效范围可用四边形表示或者近似表示，因而相邻两个正射影像重叠后可形成四边形ABCD，其中，点A、C为两个四边形的交点。
其次，分别计算四边形ABCD的四个角的角平分线，并设点E和F分别为顶点A和顶点C所在的内角角平分线与四边形ABCD其他三个内角角平分线最近的一个交点，也即点E为顶点A所在的内角角平分线与四边形ABCD其他三个内角角平分线最近的一个交点，点F为顶点C所在的内角角平分线与四边形ABCD其他三个内角角平分线最近的一个交点，点A、E、F、C最终形成初始分割线AEFC，如图4所示。
最后，相邻两个正射影像的原始轮廓分别与初始分割线AEFC形成两个新轮廓，新轮廓进一步与正射影像当前轮廓求交并更新正射影像的当前轮廓，最终生成初始镶嵌网，如图6所示，其中，初始镶嵌网由多个镶嵌多边形构成。
当获得初始镶嵌网后进一步获取初始镶嵌网中，相邻两个正射影像间的初始镶嵌线。实施时，可通过如下方式获取初始镶嵌线：遍历相邻两个正射影像分别对应的镶嵌多边形上的点，若点同时在两个镶嵌多边形上，则表示该点为初始镶嵌线上的点，多个同时在两个镶嵌多边形上的点最终形成初始镶嵌线。
S300，对每条初始镶嵌线对应的最小外接矩形区域进行基于最小生成树的图像分割，并根据初始镶嵌线的起点和终点，生成分割镶嵌线，进一使分割镶嵌线替换初始镶嵌线，生成分割镶嵌网；
具体地，如图3所示，基于最小生成树的图像分割包括如下步骤：
首先，计算最小外接矩形内每个像素与该像素四邻域的不相似度作为边权，构建无向图；
其次，将无向图的所有边按照边权进行排序；
最后，遍历无向图的所有边，并在需要合时合并后更新边权，获得超像素标记影像。
结合图7a和图7b所示，当获取超像素标记影像后，进一步根据每条初始镶嵌线的起点和终点，采用Dijkstra(迪科斯彻)最短路径搜索算法，获得相应的分割镶嵌线。更进一步地，使用分割镶嵌线替换初始镶嵌线，最终形成分割镶嵌网，如图8所示，其中，分割镶嵌网由多个分割多边形构成。
步骤S400，构建与分割镶嵌网同等大小的镶嵌结果影像；
步骤S500，对分割镶嵌网中每个正射影像对应的分割多边形分别进行矢量栅格化，获得掩膜影像，进一步根据掩膜影像对正射影像进行掩膜处理，并写入镶嵌结果影像，获得镶嵌影像。
具体地，为了获得镶嵌影像，还需构建与分割镶嵌网同等大小的镶嵌结果影像。进一步地，分割镶嵌网由多个分割多边形构成，分割多边形与正射影像存在一一对应的关系，实施时，对每个分割多边形进行矢量栅格化处理，获得掩膜影像。获得掩膜影像后，进一步对每个正射影像进行掩膜处理，并写入镶嵌结果影像中，形成镶嵌影像。
如图9所示，本发明还揭示了一种结合泰森多边形与最小生成树图像分割的影像镶嵌装置，包括修正模块、初始镶嵌线获取模块、分割镶嵌网生成模块、构建模块，及镶嵌影像生成模块，其中，修正模块用于获取正射影像集合，并检查正射影像集合中所有正射影像的有效边界，并对相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况进行修正处理，获得修正后的正射影像集合；初始镶嵌线获取模块用于根据修正后的正射影像集合生成基于泰森多边形区域划分的初始镶嵌网，进一步获取初始镶嵌网中每相邻两个正射影像的初始镶嵌线；分割镶嵌网生成模块用于对每条初始镶嵌线的最小外接矩形区域进行基于最小生成树的图像分割，并根据初始镶嵌线的起点和终点，生成分割镶嵌线，进一使分割镶嵌线替换初始镶嵌线，生成分割镶嵌网；构建模块用于构建与分割镶嵌网同等大小的镶嵌结果影像；镶嵌影像生成模块用于对分割镶嵌网中每个正射影像对应的分割多边形分别进行矢量栅格化，获得掩膜影像，进一步根据掩膜影像对正射影像进行掩膜处理，并写入镶嵌结果影像，获得镶嵌影像。
具体地，修正模块包括检查模块和裁剪模块，其中，检查模块用于检查正射影像的有效边界，并检查相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内是否出现至少两个角点。裁剪模块用于对相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况进行修正处理，实施时，裁剪模块可通过如下方式进行修正处理：假设正射影像A在正射影像B的边界内出现至少两个角点，此时以正射影像B的有效范围对正射影像A的有效范围进行裁剪，最终使相邻的两个正射影像A和正射影像B不存在重叠区域，其中，正射影像A和正射影像B的有效范围可用四边形表示或者近似表示。
初始镶嵌线获取模块包括初始镶嵌网生成模块和获取模块，其中，初始镶嵌网生成模块用于根据修正后的正射影像集合生成基于泰森多边形区域划分的初始镶嵌网，实施时，初始镶嵌网的生成详见上述，在此不再赘述。获取模块用于获取初始镶嵌网中每相邻两个正射影像的初始镶嵌线，实施时，获取模块通过如下方式获取初始镶嵌线：遍历相邻两个正射影像分别对应的镶嵌多边形上的点，若点同时在两个镶嵌多边形上，则表示该点为初始镶嵌线上的点，多个同时在两个镶嵌多边形上的点最终形成初始镶嵌线。
分割镶嵌网生成模块包括图像分割模块、分割镶嵌线生成模块，及替换模块，其中，图像分割模块用于对每条初始镶嵌线的最小外接矩形区域进行基于最小生成树的图像分割，实施时，基于最小生成树的图像分割详见上述，在此不再赘述；分割镶嵌线生成模块用于根据初始镶嵌线的起点和终点，采用Dijkstra(迪科斯彻)最短路径搜索算法，生成分割镶嵌线。
镶嵌影像生成模块包括栅格化模块和掩膜模块，其中，栅格化模块用于对分割镶嵌网中每个正射影像对应的分割多边形分别进行矢量栅格化，获得掩膜影像；掩膜模块用于根据掩膜影像对正射影像进行掩膜处理，并写入镶嵌结果影像，获得镶嵌影像。
本发明与人工勾画镶嵌线相比，不仅可节约时间及人力成本，而且还能够保证镶嵌线的质量。
另外，本发明通过基于最小生成树图像分割，可使镶嵌线尽可能贴合目标区域主要地物轮廓，消除影像拼接的痕迹，满足工程自动化影像镶嵌的需求。如图10所示，左侧为采用直线镶嵌线生成的镶嵌影像过程，右侧为采用本发明生成的镶嵌影像过程，通过两者对比可知，本发明拼接效果好，无明显的拼接痕迹。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种结合泰森多边形与最小生成树图像分割的影像镶嵌方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S100，获取正射影像集合，并检查正射影像集合中所有正射影像的有效边界，并对相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况进行修正处理，获得修正后的正射影像集合，其中，所述修正处理包括使用正射影像A的有效边界对正射影像B的有效边界进行裁剪，正射影像B的边界在正射影像A的边界内出现至少两个角点，所述角点为一个正射影像两条边相交的顶点；
步骤S200，根据修正后的正射影像集合生成基于泰森多边形区域划分的初始镶嵌网，进一步获取初始镶嵌网中每相邻两个正射影像的初始镶嵌线，其中，初始镶嵌线网通过如下步骤获得：
获取相邻两个正射影像有效范围重叠所形成的四边形ABCD，设点A、C为相邻两个正射影像有效范围的交点，并且点A、C分别为相邻两个正射影像间分割线的起点和终点；
分别计算四边形ABCD的四个角的角平分线，并设点E和F分别为顶点A和顶点C所在的内角角平分线与四边形ABCD其他三个内角角平分线最近的一个交点，点A、E、F、C形成初始分割线AEFC；
相邻两个正射影像的原始轮廓分别与初始分割线AEFC形成两个新轮廓，新轮廓进一步与正射影像当前轮廓求交并更新正射影像的当前轮廓，最终生成初始镶嵌网；
步骤S300，对每条初始镶嵌线的最小外接矩形区域进行基于最小生成树的图像分割，并根据初始镶嵌线的起点和终点，生成分割镶嵌线，进一步使分割镶嵌线替换初始镶嵌线，生成分割镶嵌网，其中，所述分割镶嵌线是采用Dijkstra最短路径搜索算法利用初始镶嵌线的起点和终点生成的；
步骤S400，构建与分割镶嵌网同等大小的镶嵌结果影像；
步骤S500，对分割镶嵌网中每个正射影像对应的分割多边形分别进行矢量栅格化，获得掩膜影像，进一步根据掩膜影像对正射影像进行掩膜处理，并写入镶嵌结果影像，获得镶嵌影像。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S200中，初始镶嵌线通过如下步骤获得：遍历初始镶嵌网中相邻两个正射影像分别对应的镶嵌多边形上的点，同时在两个镶嵌多边形上的点构成所述初始镶嵌线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤S300中，基于最小生成树的图像分割包括如下步骤：
计算初始镶嵌线的最小外接矩形区域内每个像素与该像素四邻域的不相似度作为边权，构建无向图；
将无向图的所有边按照边权进行排序；
遍历无向图的所有边，并在需要合时合并后更新边权，获得超像素标记影像。
4.一种结合泰森多边形与最小生成树图像分割的影像镶嵌装置，其特征在于，包括修正模块，用于获取正射影像集合，并检查正射影像集合中所有正射影像的有效边界，并对相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况进行修正处理，获得修正后的正射影像集合，所述角点为一个正射影像两条边相交的顶点；
初始镶嵌线获取模块，用于根据修正后的正射影像集合生成基于泰森多边形区域划分的初始镶嵌网，进一步获取初始镶嵌网中每相邻两个正射影像的初始镶嵌线；
分割镶嵌网生成模块，用于对每条初始镶嵌线的最小外接矩形区域进行基于最小生成树的图像分割，并根据初始镶嵌线的起点和终点，获得分割镶嵌线，进一步使分割镶嵌线替换初始镶嵌线，获得分割镶嵌网；
构建模块，用于构建与分割镶嵌网同等大小的镶嵌结果影像；
镶嵌影像生成模块，用于对分割镶嵌网中每个正射影像对应的分割多边形分别进行矢量栅格化，获得掩膜影像，进一步根据掩膜影像对正射影像进行掩膜处理，并写入镶嵌结果影像，获得镶嵌影像，其中，
所述修正模块包括检查模块，用于检查正射影像的有效边界，并检查相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内是否出现至少两个角点；
裁剪模块，用于对相邻两个正射影像中，一个正射影像的边界在另一个正射影像的边界内出现至少两个角点的情况进行修正，所述修正是使用正射影像A的有效边界对正射影像B的有效边界进行裁剪，正射影像B的边界在正射影像A的边界内出现至少两个角点。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，初始镶嵌线获取模块包括
初始镶嵌网生成模块，根据修正后的正射影像集合生成基于泰森多边形区域划分的初始镶嵌网；
获取模块，用于获取初始镶嵌网中每相邻两个正射影像的初始镶嵌线。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，分割镶嵌网生成模块包括
图像分割模块，用于对每条初始镶嵌线的最小外接矩形区域进行基于最小生成树的图像分割；
分割镶嵌线生成模块，用于根据初始镶嵌线的起点和终点，采用Dijkstra最短路径搜索算法，生成分割镶嵌线；
替换模块，用于使分割镶嵌线替换初始镶嵌线，生成分割镶嵌网。
7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，镶嵌影像生成模块包括
栅格化模块，用于对分割镶嵌网中每个正射影像对应的分割多边形分别进行矢量栅格化，获得掩膜影像；
掩膜模块用于根据掩膜影像对正射影像进行掩膜处理，并写入镶嵌结果影像，获得镶嵌影像。
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