基于tin網(wǎng)的正射影像拼接色彩一致性處理技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 測(cè)繪科學(xué)與技術(shù)
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字正射影像圖（DigitalOrthophotoMap，D0M)作為測(cè)繪行業(yè)的4D產(chǎn)品之一，能 直觀形象地反映地形、地貌、地物的狀況，是制作地形圖、建立國(guó)家基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)， 在城市規(guī)劃、水利水電設(shè)施建設(shè)、國(guó)土資源普查、抗災(zāi)救災(zāi)、土地資源變化監(jiān)測(cè)、國(guó)家安全防 衛(wèi)等關(guān)系到國(guó)家民生和發(fā)展的應(yīng)用中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。
[0003]正射影像產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程主要包括:幾何校正、色彩一致性處理和鑲嵌三個(gè)步驟。 其中，色彩一致性處理是為了消除航攝影像在獲取過(guò)程中由相機(jī)參數(shù)、光學(xué)透鏡成像的不 均勻性、曝光差異、攝影角度、光照條件、大氣條件以及地物屬性等方面影響而導(dǎo)致影像內(nèi) 部和影像之間出現(xiàn)的亮度分布不均勻和色彩差異。這些差異將直接影響最終生成的正射影 像質(zhì)量，從而進(jìn)一步影響用戶(hù)的目視判讀。
[0004] 傳統(tǒng)解決色彩一致性問(wèn)題主要依靠人工利用圖像處理軟件（如:Photoshop)交互 處理的手段。但人工色彩處理過(guò)程受主觀因素的影響比較大，當(dāng)處理的區(qū)域涉及多幅影像 時(shí)，很難把握整體的處理效果。而且，近年來(lái)隨著影像分辨率的逐漸提高，數(shù)據(jù)量呈幾何級(jí) 數(shù)增長(zhǎng)，這就導(dǎo)致需要耗費(fèi)大量的人工工作量。因此，如何實(shí)現(xiàn)色彩一致性自動(dòng)化處理已成 為國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注的研究課題。
[0005]針對(duì)影像色彩一致性自動(dòng)化處理問(wèn)題，可分為單幅影像內(nèi)部的色彩一致性處理 (也稱(chēng)為勻光處理)和多幅影像間的色彩一致性處理(也稱(chēng)為勻色處理）。另外，為了實(shí)現(xiàn)測(cè) 區(qū)內(nèi)多幅正射影像鑲嵌的色彩無(wú)縫拼接，還需消除勻光勻色后影像間相互重疊區(qū)域的色彩 差異。Wallis濾波器是一種比較特殊的濾波器，被廣泛應(yīng)用于影像匹配和影像融合等圖像 處理領(lǐng)域。它通過(guò)局部影像變換可以將局部影像的灰度均值和方差映射到給定的灰度均值 和方差值，使得影像不同位置處的灰度方差和灰度均值具有近似相等的數(shù)值，從而在一定 程度上可達(dá)到勻光勻色的效果。2006年，李德仁等提出了基于Wallis變換的色彩均衡處理 方法，可以在保持影像色彩損失盡量小的情況下，使影像內(nèi)部不同位置的亮度和色調(diào)達(dá)到 一致，并在保證原影像的整體亮度和色調(diào)不發(fā)生大變化的情況下，實(shí)現(xiàn)影像整體色彩的一 致性。但是，該方法依靠線(xiàn)性傳遞關(guān)系來(lái)進(jìn)行色差調(diào)整，這就容易引起累積誤差，使得離基 準(zhǔn)影像較遠(yuǎn)的影像容易出現(xiàn)偏色現(xiàn)象。隨后，潘俊提出的先整體再局部的處理方法，綜合考 慮了影像間的線(xiàn)性和非線(xiàn)性關(guān)系。但是勻色處理后，結(jié)果影像中依然會(huì)存在亮斑和暗斑等 高反差區(qū)域。2009年，孫明偉提出了基于最小二乘原理的區(qū)域網(wǎng)勻色方法雖然跟很多學(xué)者 一樣考慮了重疊區(qū)域的因素，但是仍然需要通過(guò)人工制定控制影像的選取方案來(lái)對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi) 整體的顏色質(zhì)量進(jìn)行控制。而控制影像選取方案的差異會(huì)對(duì)測(cè)區(qū)內(nèi)影像的整體色調(diào)產(chǎn)生很 大影響。2014年，韓宇韜在正射影像勻光勻色后，再次通過(guò)建立影像重疊區(qū)域上下左右的線(xiàn) 性變換關(guān)系來(lái)消除影像拼接時(shí)重疊區(qū)域的色彩差異。其將色彩一致性處理分解為三大步 驟:單幅影像的勻光處理、影像間的勻色處理和影像重疊區(qū)域的色彩差異處理。為了簡(jiǎn)化色 彩處理步驟且進(jìn)一步優(yōu)化影像勻光勻色效果，本發(fā)明提出一種基于不規(guī)則三角網(wǎng) (TriangulatedIrregularNetwork，TIN)的正射影像間色彩一致性處理技術(shù)。該技術(shù)是在 影像勻光處理后的基礎(chǔ)上，對(duì)每幅影像進(jìn)行劃分格網(wǎng)，并結(jié)合影像間鑲嵌線(xiàn)，利用鑲嵌線(xiàn)上 的關(guān)鍵點(diǎn)及關(guān)鍵點(diǎn)外格網(wǎng)的灰度均值和方差，構(gòu)建TIN網(wǎng)內(nèi)插計(jì)算影像的目標(biāo)灰度均值和 方差，然后利用Wallis變換實(shí)現(xiàn)影像間的色彩一致性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)正射影像間的色彩無(wú)縫拼 接。該算法在勻光勻色處理后無(wú)需額外的重疊區(qū)域色彩一致性處理，這不僅簡(jiǎn)化了色彩一 致性的處理步驟，而且整個(gè)處理不依賴(lài)外部基準(zhǔn)參考影像，進(jìn)一步提高到了色彩一致性處 理的自動(dòng)化程度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于為了消除航攝影像在獲取過(guò)程中由內(nèi)外因素(如:相機(jī)參數(shù)、光 學(xué)透鏡成像的不均勻性、曝光差異、攝影角度、光照條件、大氣條件以及地物屬性等方面)影 響而引起的影像內(nèi)部和影像之間出現(xiàn)的亮度分布不均勻和色彩差異，且進(jìn)一步消除影像重 疊區(qū)域的色彩差異并提高色彩處理過(guò)程的自動(dòng)化程度，從而有利于實(shí)現(xiàn)正射影像的色彩無(wú) 縫拼接。
[0007] 本發(fā)明提供了一種基于TIN網(wǎng)的正射影像拼接色彩一致性處理技術(shù)，其基本思想 是:在利用Mask勻光方法消除每幅正射影像內(nèi)部亮度和色調(diào)差異的基礎(chǔ)上，接著對(duì)各影像 進(jìn)行分塊統(tǒng)計(jì)各區(qū)域相應(yīng)的特征值(即灰度均值和方差），同時(shí)計(jì)算各影像間重疊區(qū)域鑲嵌 線(xiàn)上關(guān)鍵點(diǎn)的特征值，然后利用關(guān)鍵點(diǎn)內(nèi)外的特征值構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)TIN內(nèi)插出各目標(biāo) 影像相應(yīng)的特征值，最后運(yùn)用Wallis變換實(shí)現(xiàn)影像間的色彩一致性。該方法在無(wú)需外部基 準(zhǔn)影像特征參考的情況下，可以全自動(dòng)地對(duì)不同傳感器類(lèi)型航攝影像間的色彩進(jìn)行一致性 處理，從而達(dá)到正射影像間色彩無(wú)縫拼接的目的。該技術(shù)不僅大大減少了人工交互處理的 工作量，而且也很好地實(shí)現(xiàn)了影像間的色彩一致性處理，從而提高了D0M的生成效率和生產(chǎn) 質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0008] 圖1為基于TIN網(wǎng)的正射影像拼接色彩一致性處理技術(shù)流程；
[0009]圖2為雙線(xiàn)性?xún)?nèi)插計(jì)算示意圖；
[0010] 圖3為利用鑲嵌線(xiàn)基于TIN內(nèi)插計(jì)算目標(biāo)特征值；
[0011] 圖4為T(mén)IN線(xiàn)性?xún)?nèi)插計(jì)算示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 本發(fā)明的實(shí)施方式將在下文參照附圖描述。
[0013] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式產(chǎn)生的基于TIN網(wǎng)的正射影像拼接色彩一致性處理的 整個(gè)技術(shù)流程圖。通過(guò)該流程圖可以獲悉整個(gè)測(cè)區(qū)正射影像間色彩一致性處理的方法。根 據(jù)圖1所示，首先讀取測(cè)區(qū)內(nèi)的每張正射影像，基于Mask勻光法分別對(duì)各影像內(nèi)部進(jìn)行色彩 一致性處理;在基礎(chǔ)上，按照101步驟在勻光后影像上劃分mXm大小的格網(wǎng)，即設(shè)置Wallis 變換窗口大小，并分別統(tǒng)計(jì)每個(gè)窗口內(nèi)影像的特征值（即灰度均值m和方差〇，下文中特征值 皆值灰度均值和方差）；接著，根據(jù)圖2顯示的雙線(xiàn)性?xún)?nèi)插方法計(jì)算出每張影像各像素對(duì)應(yīng) 的特征值