一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法及系統(tǒng)，包括：第一，基于高分辨率光學(xué)立體影像的高精度匹配技術(shù)，從高分辨率光學(xué)立體影像中提取地表高程維度信息。第二，對(duì)高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行融合維度信息的多尺度影像分割，獲得最佳分割尺度范圍。第三，對(duì)高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行面向?qū)ο蟮奶卣骷x擇，獲得高效特征集。第四，將上述三個(gè)步驟獲得的維度、尺度、特征信息融合，進(jìn)行地表三維變化檢測(cè)。本發(fā)明還涉及一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)系統(tǒng)，采用本發(fā)明提出的方法及系統(tǒng)，可以從高分辨率光學(xué)立體影像中提取地表的三維變化信息，極大地提高變化檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，獲取全面的、更加接近真實(shí)世界的變化信息。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及攝影測(cè)量與遙感【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]遙感影像是開(kāi)展地表變化檢測(cè)十分有效的數(shù)據(jù)源，基于遙感影像的地表變化檢測(cè)一直是遙感科學(xué)的重要發(fā)展方向和研究熱點(diǎn)。
[0003]目前，基于遙感影像變化檢測(cè)的主要內(nèi)容有三個(gè)方面:一是確定變沒(méi)變，二是確定變成什么了，三是確定怎么變。目前，基于遙感影像的地表變化檢測(cè)方法可以概括為基于差異圖像的分析方法、直接分類(lèi)法、分類(lèi)后比較法和混合法等。然而，現(xiàn)有的地表變化檢測(cè)方法尚存在兩大問(wèn)題:
[0004]第一，現(xiàn)有的檢測(cè)方法大多數(shù)假設(shè)地面目標(biāo)的高程信息未變化，通過(guò)檢測(cè)地表的二維平面特征的變化確定檢測(cè)結(jié)果。但是，對(duì)于很多重要的地表變化，如低矮房屋改造為高層建筑、在原有道路上增加高架橋、高層地標(biāo)的建設(shè)等情況，二維檢測(cè)方法難以獲得準(zhǔn)確的變化信息。
[0005]第二，高分辨率遙感影像中維度、尺度、特征等信息未被充分融合利用。地表是包含土壤、水體、植被、建筑物、道路等多種地物類(lèi)型的綜合體，其光譜特征是多種地物光譜特征的混合。因此，單純根據(jù)光譜特征很難準(zhǔn)確識(shí)別地物類(lèi)型，也難以準(zhǔn)確檢測(cè)其變化。目前的檢測(cè)方法都是先分類(lèi)，再進(jìn)行不同類(lèi)別的變化檢測(cè)，沒(méi)有充分利用高分辨率遙感影像的各類(lèi)信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0007]本發(fā)明的目的是提供一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法及系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο蟮牧Ⅲw變化檢測(cè)，提高變化檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
[0008]( 二 )技術(shù)方案
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法，包括:
[0010]SlOl獲取高分辨率光學(xué)立體影像并進(jìn)行預(yù)處理；
[0011]S102基于光學(xué)立體影像的高精度匹配技術(shù)，從所述高分辨率光學(xué)立體影像中提取地表高程維度信息；
[0012]S103根據(jù)所述地表高程維度信息對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行融合維度信息的多尺度影像分割，獲得最佳分割尺度范圍；
[0013]S104對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行面向?qū)ο蟮奶卣骷x擇，獲得高效特征集;
[0014]S105根據(jù)所述地表高程維度信息、最佳分割尺度范圍和高效特征集進(jìn)行信息融合，實(shí)現(xiàn)地表三維變化檢測(cè)。
[0015]其中，所述步驟SlOl具體包括:
[0016]利用高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星傳感器，獲取高分辨率光學(xué)立體影像；
[0017]對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理具體包括:圖像增強(qiáng)與濾波、圖像鑲嵌、圖像裁剪、幾何校正、配準(zhǔn)和輻射校正。
[0018]其中，所述步驟S102具體包括:
[0019]處理所述高分辨率光學(xué)立體影像，生成檢測(cè)區(qū)的數(shù)字地表模型DSM和數(shù)字正射影像D0M，得到反映地表分布的各類(lèi)地物高程變化的不同時(shí)相的DSM數(shù)據(jù)。
[0020]其中，所述步驟S103具體包括:
[0021]根據(jù)不同地物目標(biāo)三維變化檢測(cè)的特點(diǎn)，融合利用高程維度信息，選擇不同地物目標(biāo)的檢測(cè)樣本區(qū)域；
[0022]利用對(duì)象最大面積法提取各所述樣本區(qū)域的臨界尺度，從所述高分辨率光學(xué)立體影像的多尺度對(duì)象層次結(jié)構(gòu)中確定不同地物目標(biāo)的最佳分割尺度范圍。
[0023]其中，所述步驟S104具體包括:
[0024]通過(guò)對(duì)高分辨率光學(xué)立體影像對(duì)象的多種特征進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)，從分類(lèi)的角度以變化前后影像地物類(lèi)別之間的最佳可分距離為判據(jù)選取分類(lèi)效率最高的不同特征，生成高效特征集。
[0025]其中，所述步驟S105具體包括:
[0026]根據(jù)所述地表高程維度信息、最佳分割尺度范圍和高效特征集，采用D-S證據(jù)理論，分別進(jìn)行維度-尺度、維度-特征、維度-尺度-特征三種信息融合策略的地表三維變化檢測(cè)；
[0027]對(duì)不同融合策略的三維變化檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，確定最佳的融合策略，得出最終的地表三維變化檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)地表三維變化檢測(cè)。
[0028]此外，本發(fā)明還提供了一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)系統(tǒng)，包括:
[0029]高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括維度信息處理單元、尺度信息處理單元、特征信息處理單元和維度-尺度-特征融合檢測(cè)單元；
[0030]高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星傳感器，用于獲取高分辨率光學(xué)立體影像并進(jìn)行預(yù)處理；
[0031]維度信息處理單元，用于基于光學(xué)立體影像的高精度匹配技術(shù)，從所述高分辨率光學(xué)立體影像中提取地表高程維度信息，具體包括處理所述高分辨率光學(xué)立體影像，生成檢測(cè)區(qū)的數(shù)字地表模型DSM和數(shù)字正射影像D0M，得到反映地表分布的各類(lèi)地物高程變化的不同時(shí)相的DSM數(shù)據(jù)；
[0032]尺度信息處理單元，用于根據(jù)所述地表高程維度信息對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行融合維度信息的多尺度影像分割，獲得最佳分割尺度范圍，具體包括根據(jù)不同地物目標(biāo)三維變化檢測(cè)的特點(diǎn)，融合利用高程維度信息，選擇不同地物目標(biāo)的檢測(cè)樣本區(qū)域，利用對(duì)象最大面積法提取各所述樣本區(qū)域的臨界尺度，從所述高分辨率光學(xué)立體影像的多尺度對(duì)象層次結(jié)構(gòu)中確定不同地物目標(biāo)的最佳分割尺度范圍；
[0033]特征信息處理單元，用于對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行面向?qū)ο蟮奶卣骷x擇，獲得高效特征集，具體包括通過(guò)對(duì)高分辨率光學(xué)立體影像對(duì)象的多種特征進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)，從分類(lèi)的角度以變化前后影像地物類(lèi)別之間的最佳可分距離為判據(jù)選取分類(lèi)效率最高的不同特征，生成高效特征集；
[0034]維度-尺度-特征融合檢測(cè)單元，用于根據(jù)所述地表高程維度信息、最佳分割尺度范圍和高效特征集進(jìn)行信息融合，實(shí)現(xiàn)地表三維變化檢測(cè)。
[0035](三)有益效果
[0036]采用本發(fā)明提出的一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法及系統(tǒng)，可以從高分辨率光學(xué)立體影像中提取地表的三維變化信息，極大地提高變化檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，獲取全面的、更加接近真實(shí)世界的變化信息。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0037]圖1為本發(fā)明一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法的流程圖；
[0038]圖2為本發(fā)明一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0040]圖1為本發(fā)明一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法的流程圖，如圖所示，本發(fā)明實(shí)施例提出了一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法，包括以下步驟:
[0041]S101、數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理。獲取原始的高分辨率光學(xué)立體影像，進(jìn)行預(yù)處理。
[0042]利用高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星傳感器，獲取高分辨率光學(xué)立體影像；對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理具體包括:圖像增強(qiáng)與濾波、圖像鑲嵌、圖像裁剪、幾何校正、配準(zhǔn)和輻射校正。
[0043]S102、基于光學(xué)立體影像的高精度匹配技術(shù)，從所述高分辨率光學(xué)立體影像中提取地表高程維度信息。包括基于高分辨率立體影像提取檢測(cè)區(qū)的數(shù)字地表模型DSM與生成數(shù)字正射影像D0M，具體為基于立體影像的高精度匹配技術(shù)，利用DPGrid從光學(xué)立體影像中提取DSM，并生成實(shí)驗(yàn)區(qū)的D0M。
[0044]S103、融合維度信息的多尺度影像分割。結(jié)合提取的高程維度信息，進(jìn)行多尺度影像分割。具體步驟為:針對(duì)地表不同地物目標(biāo)，根據(jù)給定原則選擇不同類(lèi)別的樣本區(qū)域，基于eCognition軟件利用對(duì)象最大面積法提取各樣本區(qū)域的臨界尺度，然后對(duì)多時(shí)相影像進(jìn)行多個(gè)最佳分割尺度分割，從所述高分辨率光學(xué)立體影像的多尺度對(duì)象層次結(jié)構(gòu)中確定不同地物的最佳分割尺度范圍。
[0045]S104、面向?qū)ο笞兓瘷z測(cè)高效特征集選擇。采用高分辨率立體影像，通過(guò)對(duì)影像對(duì)象的特征進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)，以變化前后圖像地物類(lèi)別之間的最佳可分距離為判據(jù)選取優(yōu)秀特征。利用eCognition軟件在保證特征維數(shù)的基礎(chǔ)上,從光譜統(tǒng)計(jì)特征,紋理特征和幾何形狀特征中各選出一個(gè)高效特征生成高效特征集合。
[0046]S105、根據(jù)所述地表高程維度信息、最佳分割尺度范圍和高效特征集進(jìn)行信息融合，實(shí)現(xiàn)地表三維變化檢測(cè)。融合利用地表高程維度、最佳分割尺度范圍和高效特征集三類(lèi)信息，分別進(jìn)行維度-尺度、維度-特征、維度-尺度-特征三種融合策略的三維變化檢測(cè)，對(duì)不同融合策略的三維變化檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，確定最佳的融合策略，得出最終的地表三維變化檢測(cè)結(jié)果。
[0047]圖2為本發(fā)明一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。如圖所示，本發(fā)明實(shí)施例還提出了一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)系統(tǒng)，包括:
[0048]高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星傳感器21，用于獲取高分辨率光學(xué)立體影像；數(shù)據(jù)處理裝置22，與高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星傳感器21連接，并利用多個(gè)時(shí)相的光學(xué)立體影像，融合影像的維度、尺度、特征信息，進(jìn)行地表三維變化檢測(cè)。
[0049]其中，所述數(shù)據(jù)處理裝置22進(jìn)一步包括:
[0050]維度信息處理單元221，用于基于光學(xué)立體影像的高精度匹配技術(shù)處理獲取到的高分辨率光學(xué)立體影像提取地表高程維度信息，具體包括處理所述高分辨率光學(xué)立體影像，生成檢測(cè)區(qū)的數(shù)字地表模型DSM和數(shù)字正射影像D0M，得到反映地表分布的各類(lèi)地物高程變化的不同時(shí)相的DSM數(shù)據(jù)；
[0051]尺度信息處理單元222，用于根據(jù)所述地表高程維度信息對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行融合維度信息的多尺度影像分割，獲得最佳分割尺度范圍，具體包括根據(jù)不同地物目標(biāo)三維變化檢測(cè)的特點(diǎn)融合利用高程維度信息，選擇檢測(cè)樣本區(qū)域，利用對(duì)象最大面積法提取各樣本區(qū)域的臨界尺度，從影像的多尺度對(duì)象層次結(jié)構(gòu)中確定不同地物目標(biāo)的最佳分割尺度范圍；
[0052]特征信息處理單元223，用于對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行面向?qū)ο蟮奶卣骷x擇，獲得高效特征集，具體包括通過(guò)對(duì)影像對(duì)象的多種特征進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)，從分類(lèi)的角度以變化前后影像地物類(lèi)別之間的最佳可分距離為判據(jù)選取分類(lèi)效率最高的不同特征，生成高效特征集；
[0053]維度-尺度-特征融合檢測(cè)單元224，用于根據(jù)所述地表高程維度信息、最佳分割尺度范圍和高效特征集進(jìn)行信息融合，實(shí)現(xiàn)地表三維變化檢測(cè)。將所述維度信息處理單元、尺度信息處理單元、特征信息處理單元的結(jié)果進(jìn)行融合，基于高程維度、最佳分割尺度范圍和高效特征集等信息，采用D-S證據(jù)理論，分別進(jìn)行維度-尺度、維度-特征、維度-尺度-特征三種融合策略的三維變化檢測(cè)，對(duì)不同融合策略的三維變化檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，確定最佳的融合策略，得出最終的城市三維變化檢測(cè)結(jié)果。
[0054]采用本發(fā)明提出的一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法及系統(tǒng)，可以從高分辨率光學(xué)立體影像中提取地表的三維變化信息，極大地提高變化檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，獲取全面的、更加接近真實(shí)世界的變化信息。
[0055]以上為本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，依據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠顯而易見(jiàn)地想到一些雷同、替代方案，均應(yīng)落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)方法，其特征在于，包括: SlOl獲取高分辨率光學(xué)立體影像并進(jìn)行預(yù)處理； S102基于光學(xué)立體影像的高精度匹配技術(shù)，從所述高分辨率光學(xué)立體影像中提取地表高程維度信息； S103根據(jù)所述地表高程維度信息對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行融合維度信息的多尺度影像分割，獲得最佳分割尺度范圍； S104對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行面向?qū)ο蟮奶卣骷x擇，獲得高效特征集； S105根據(jù)所述地表高程維度信息、最佳分割尺度范圍和高效特征集進(jìn)行信息融合，實(shí)現(xiàn)地表三維變化檢測(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟SlOl具體包括: 利用高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星傳感器，獲取高分辨率光學(xué)立體影像； 對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行預(yù)處理，所述預(yù)處理具體包括:圖像增強(qiáng)與濾波、圖像鑲嵌、圖像裁剪、幾何校正、配準(zhǔn)和輻射校正。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S102具體包括: 處理所述高分辨率光學(xué)立體影像，生成檢測(cè)區(qū)的數(shù)字地表模型DSM和數(shù)字正射影像DOM，得到反映地表分布的各類(lèi)地物高程變化的不同時(shí)相的DSM數(shù)據(jù)。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S103具體包括: 根據(jù)不同地物目標(biāo)三維變化檢測(cè)的特點(diǎn)，融合利用高程維度信息，選擇不同地物目標(biāo)的檢測(cè)樣本區(qū)域； 利用對(duì)象最大面積法提取各所述樣本區(qū)域的臨界尺度，從所述高分辨率光學(xué)立體影像的多尺度對(duì)象層次結(jié)構(gòu)中確定不同地物目標(biāo)的最佳分割尺度范圍。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S104具體包括: 通過(guò)對(duì)高分辨率光學(xué)立體影像對(duì)象的多種特征進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)，從分類(lèi)的角度以變化前后影像地物類(lèi)別之間的最佳可分距離為判據(jù)選取分類(lèi)效率最高的不同特征，生成高效特征集。
6.如權(quán)利要求1-5任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，所述步驟S105具體包括: 根據(jù)所述地表高程維度信息、最佳分割尺度范圍和高效特征集，采用D-S證據(jù)理論，分別進(jìn)行維度-尺度、維度-特征、維度-尺度-特征三種信息融合策略的地表三維變化檢測(cè)； 對(duì)不同融合策略的三維變化檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，確定最佳的融合策略，得出最終的地表三維變化檢測(cè)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)地表三維變化檢測(cè)。
7.一種基于信息融合的地表三維變化檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括:高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星傳感器和數(shù)據(jù)處理裝置，所述數(shù)據(jù)處理裝置包括維度信息處理單元、尺度信息處理單元、特征信息處理單元和維度-尺度-特征融合檢測(cè)單元； 高分辨率立體測(cè)繪衛(wèi)星傳感器，用于獲取高分辨率光學(xué)立體影像并進(jìn)行預(yù)處理； 維度信息處理單元，用于基于光學(xué)立體影像的高精度匹配技術(shù)，從所述高分辨率光學(xué)立體影像中提取地表高程維度信息，具體包括處理所述高分辨率光學(xué)立體影像，生成檢測(cè)區(qū)的數(shù)字地表模型DSM和數(shù)字正射影像DOM，得到反映地表分布的各類(lèi)地物高程變化的不同時(shí)相的DSM數(shù)據(jù)；尺度信息處理單元，用于根據(jù)所述地表高程維度信息對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行融合維度信息的多尺度影像分割，獲得最佳分割尺度范圍，具體包括根據(jù)不同地物目標(biāo)三維變化檢測(cè)的特點(diǎn)，融合利用高程維度信息，選擇不同地物目標(biāo)的檢測(cè)樣本區(qū)域，利用對(duì)象最大面積法提取各所述樣本區(qū)域的臨界尺度，從所述高分辨率光學(xué)立體影像的多尺度對(duì)象層次結(jié)構(gòu)中確定不同地物目標(biāo)的最佳分割尺度范圍； 特征信息處理單元，用于對(duì)所述高分辨率光學(xué)立體影像進(jìn)行面向?qū)ο蟮奶卣骷x擇，獲得高效特征集，具體包括通過(guò)對(duì)高分辨率光學(xué)立體影像對(duì)象的多種特征進(jìn)行綜合分析與評(píng)價(jià)，從分類(lèi)的角度以變化前后影像地物類(lèi)別之間的最佳可分距離為判據(jù)選取分類(lèi)效率最高的不同特征，生成高效特征集； 維度-尺度-特征融合檢測(cè)單元，用于根據(jù)所述地表高程維度信息、最佳分割尺度范圍和高效特征集進(jìn)行信息 融合，實(shí)現(xiàn)地表三維變化檢測(cè)。
【文檔編號(hào)】G01C11/00GK104006802SQ201410189077
【公開(kāi)日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】高志宏, 周旭, 李力勐, 陶舒, 程滔, 楊靚, 劉倩, 周琦 申請(qǐng)人:國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心