[发明专利]一种顾及云海复杂地形的DSM异常区域检测和快速恢复方法

说明书

一种顾及云海复杂地形的DSM异常区域检测和快速恢复方法，属于卫星影像处理领域，其特征在于：基于三线阵影像DOM影像进行云识别获取云掩膜图；基于SRTM高差阈值区域生长获取水域掩膜图；基于几何配准的参考DSM进行高差统计获取误匹配掩膜图；将云掩膜图、水域掩膜图和误匹配掩膜图三者合并，可检测出包含云、海影像纹理重复和误匹配导致的高程异常区域，提供一张DSM可靠区域和异常区域掩膜图像，辅助DSM影像空间分析和利用。同时基于异常区域的掩膜图像，可快速完成复杂区域的地形恢复，过度平滑连续，无缝衔接，不仅适用于小范围异常修补，且支持大区域地形恢复，通过采用多线程并行策略，相比于串行逐块修复，极大的提高了处理效率。

技术领域

本发明属于卫星影像处理领域，尤其涉及一种顾及云海复杂地形的DSM异常区域检测和快速恢复方法。

背景技术

数字表面模型(Digital Surface Model，DSM)是反映真实地形起伏情况和三维景观的一种重要信息产品。随着立体测绘卫星对地观测技术的快速发展，使得高分辨率立体像对数据的获取也变得越来越容易，基于该数据可以快速生产全球范围内的DSM产品，然而在实际生产过程中也存在着一定的问题。

首先，卫星传感器是一种利用光学成像原理记录当前在轨位置地面真实影像的设备，实际拍摄影像过程中很容易受到全球范围内气候的影响，尤其是云雾遮挡、积雪覆盖等自然现象，直接导致该区域卫星影像纹理的模糊或缺失，这些现象在某些地区甚至会持续好几个月，导致有效影像数量较少，同时也给影像匹配和DSM提取带来了很大的挑战；其次，全球范围内水域占比接近71％，滩涂、岛礁众多，这些地貌类型在卫星影像上往往特征不明显、且存在纹理重复或缺失等现象，直接会造成影像误匹配，导致生产的DSM影像在这些区域出现高程异常的现象；最后，不同的立体匹配算法在处理不同地理场景下的卫星影像都会有一定的局限性，由于山体阴影、地形纹理相似等导致立体匹配获取的同名像点不准确，进而影响前方交会的准确性。上述提到的多种原因均会造成实际生产过程中DSM出现高程异常的现象，如何对这些区域的地形进行快速恢复是一项研究的重点。

在对国内外现状进行了充分调研后发现，目前针对DSM异常区域的修复主要分为两类，一类主要是以常规的插值方法对空洞、异常区域进行插值处理，如克里金、IDW、RBF、局部多项式等插值算法，这类处理策略针对异常范围小、地形起伏变化不明显的区域有着较好的表现，但针对大面积数据缺失现象，有效区域的真值往往不足以插值出复杂的地形；另一类主要是借助已有的参考DSM影像，通过填充或构造等高线等方式恢复异常区域的地形，但实际处理过程中，由于影像分辨率不一致和系统差存在的情况，导致修复结果中出现纹理不自然和接边处高程越阶的阶梯状现象，处理效果不尽如人意。此外，人工编辑也是一种修复方式，但工作量很大。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种顾及云海复杂地形的DSM异常区域检测和快速恢复方法。

第一方面，本发明提供一种顾及云海复杂地形的DSM异常区域检测方法，基于三线阵影像DOM影像进行云识别获取云掩膜图；基于SRTM高差阈值区域生长获取水域掩膜图；基于几何配准的参考DSM进行高差统计获取误匹配掩膜图；将云掩膜图、水域掩膜图和误匹配掩膜图三者合并，获得高程异常掩膜图即为检测出的高程异常区域。

进一步，本发明所述顾及云海复杂地形的DSM异常区域检测方法，包括：云检测；对前/下/后视影像进行正射校正，生产DOM影像数据，在单波段影像中，云层反射率较高，灰度值明显偏高，故对影像灰度进行统计，采用最大类间差法OSTU确定阈值，生成云掩膜图；

参考DSM影像几何校正；考虑到待修复DSM和参考DSM的套合精度，故对待修复DSM和参考DSM两张影像进行同名点匹配，求解仿射变换矩阵，将参考DSM转换到待修复DSM的绝对位置；

海域识别；海域地形在高程方向上往往表现为相同或接近的状态，如SRTM影像海域高程均为0米，故在已有参考DSM的基础上，以邻域高差为阈值进行区域生长，选取分割单元制作水域掩膜图；