一種用于數(shù)字高程模型的超分辨率方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種數(shù)字高程模型DEM超分辨率的方法，包括：建立高分辨率DEM與低分辨率DEM的位置映射，對(duì)每一個(gè)低分辨率DEM測(cè)試區(qū)的子區(qū)域在低分辨率DEM搜索區(qū)進(jìn)行相似塊查找與相似性估計(jì)，選取相似性最高的一系列子區(qū)域作為相似塊，將查找到的一系列相似塊映射回高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū),將這些對(duì)應(yīng)的高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)子區(qū)域塊按其對(duì)應(yīng)的相似權(quán)重相加得到一個(gè)新的子區(qū)域,將上述超分辨率后的高分辨率DEM缺失區(qū)的子區(qū)域拼接起來，加上高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)已有的數(shù)據(jù)就為一個(gè)完整的高分辨率DEM。通過本發(fā)明，減少了戶外作業(yè)的工作量，有效地控制了成本，相對(duì)于基于不確定分析的方法而言，增加了DEM的應(yīng)用精度。
【專利說明】一種用于數(shù)字高程模型的超分辨率方法及其系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地形測(cè)繪領(lǐng)域，更具體地，涉及一種DEM超分辨率的方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,簡(jiǎn)稱為DEM),是建立數(shù)字地形模型的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。而數(shù)字地形模型在國民經(jīng)濟(jì)中具有廣泛的應(yīng)用需求，人們對(duì)高精度地形模型的需求越來越高。為了獲得高精度的地形模型，通常采用兩種方式，一是采用更加先進(jìn)的硬件設(shè)備或更密集的測(cè)量方式直接提高DEM的精度與分辨率，其生產(chǎn)成本高；二是通過分析DEM的模型和不確定性，進(jìn)而采取對(duì)應(yīng)的策略，減少或控制由DEM誤差引起的曲面重建誤差，以提高DEM的應(yīng)用精度。比較而言，第二種方法成本大大降低，受到相關(guān)領(lǐng)域研究人員的重視，但是基于不確定性理論的地形重建精度本質(zhì)上受制于DEM的分辨率和精度，重建精度的提聞相對(duì)有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)目前高精度地形模型建立中存在的問題，本發(fā)明采取一種新的策略，僅測(cè)量DEM部分區(qū)域的高分辨率、高精度數(shù)據(jù)，與原先獲得的低分辨率、低精度全局DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合處理，生成較高精度的DEM。相對(duì)于全局測(cè)量而言，該方案減少了戶外作業(yè)的工作量，有效地控制了成本，相對(duì)于基于不確定分析的方法而言，增加了 DEM的應(yīng)用精度。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種數(shù)字高程模型DEM超分辨率的方法，包括以下步驟:
[0005](I)建立高分辨率DEM與低分辨率DEM的位置映射；將測(cè)量得到高分辨率DEM區(qū)域定義為實(shí)測(cè)區(qū)，待超分辨率的高分辨率DEM區(qū)域定義為缺失區(qū)，將高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)對(duì)應(yīng)的低分辨率DEM區(qū)域定義為搜索區(qū)，將高分辨率DEM缺失區(qū)對(duì)應(yīng)的低分辨率DEM區(qū)域定義為測(cè)試區(qū)；
[0006](2)將高分辨率DEM缺失區(qū)分為一系列相互重疊的子區(qū)域，對(duì)應(yīng)的低分辨率DEM測(cè)試區(qū)也分為一系列相互重疊的子區(qū)域；
[0007](3)對(duì)每一個(gè)低分辨率DEM測(cè)試區(qū)的子區(qū)域在低分辨率DEM搜索區(qū)進(jìn)行相似塊查找與相似性估計(jì)，選取相似性最高的一系列子區(qū)域作為相似塊，同時(shí)計(jì)算出每個(gè)相似塊對(duì)應(yīng)的相似權(quán)重；
[0008](4)將步驟(3)中查找到的一系列相似塊映射回高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)，將這些相似塊對(duì)應(yīng)的高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)子區(qū)域按其對(duì)應(yīng)的相似權(quán)重相加得到一個(gè)新的子區(qū)域，即為超分辨率后的聞分辨率DEM缺失區(qū)相對(duì)應(yīng)位置的子區(qū)域；
[0009](5)將步驟(4)中超分辨率后的高分辨率DEM缺失區(qū)所對(duì)應(yīng)的子區(qū)域拼接起來，重疊部取均值即得到高分辨率DEM缺失區(qū)整體的超分辨率結(jié)果，加上高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)已有的數(shù)據(jù)就為一個(gè)完整的高分辨率DEM。
[0010]優(yōu)選地,在所述步驟(2)中的子區(qū)域大小為3X3?9X9,相鄰兩個(gè)子區(qū)域的重疊度控制為20%~50%。
[0011]優(yōu)選地，在所述步驟(3)中，對(duì)每一個(gè)低分辨率DEM測(cè)試區(qū)的子區(qū)域在低分辨率DEM搜索區(qū)進(jìn)行相似塊查找與相似性估計(jì)的操作過程具體為:
[0012]設(shè)t(j，k)為一低分辨率DEM測(cè)試區(qū)子區(qū)域，J，K分別表示子區(qū)域的寬和高0〈j〈J-l，0〈k〈K-l，j，k G N+，N+表示自然數(shù)，f(x, y)為低分辨率DEM搜索區(qū)，D(x, y)代表t(j，k)與搜索區(qū)f(x，y)中以點(diǎn)(x，y)為左上角頂點(diǎn)，寬高分別為J，K的子區(qū)域的相似距離，w(x，y)代表搜索區(qū)中以點(diǎn)(x，y)為左上角的寬高為J，K的子區(qū)域作為t(j，k)的相似塊的相似權(quán)重，其中:
【權(quán)利要求】
1.一種數(shù)字高程模型DEM超分辨率的方法，其特征在于，用于根據(jù)全局低分辨率DEM數(shù)據(jù)以及測(cè)量得到的部分高分辨率DEM數(shù)據(jù)重建全局高分辨率DEM數(shù)據(jù)，所述全局高分辨率DEM數(shù)據(jù)包括測(cè)量得到的部分高分辨率DEM數(shù)據(jù)以及待超分辨率的高分辨率DEM區(qū)域，所述方法包括以下步驟: (1)建立高分辨率DEM與低分辨率DEM的位置映射；將測(cè)量得到的高分辨率DEM區(qū)域定義為實(shí)測(cè)區(qū)，待超分辨率的高分辨率DEM區(qū)域定義為缺失區(qū)，將高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)對(duì)應(yīng)的低分辨率DEM區(qū)域定義為搜索區(qū)，將高分辨率DEM缺失區(qū)對(duì)應(yīng)的低分辨率DEM區(qū)域定義為測(cè)試區(qū)； (2)將高分辨率DEM缺失區(qū)分為一系列相互重疊的子區(qū)域，對(duì)應(yīng)的低分辨率DEM測(cè)試區(qū)也分為一系列相互重疊的子區(qū)域； (3)對(duì)每一個(gè)低分辨率DEM測(cè)試區(qū)的子區(qū)域在低分辨率DEM搜索區(qū)進(jìn)行相似塊查找與相似性估計(jì)，選取相似性最高的一系列子區(qū)域作為相似塊，同時(shí)計(jì)算出每個(gè)相似塊對(duì)應(yīng)的相似權(quán)重； (4)將步驟(3)中查找到的一系列相似塊映射回高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)，將這些相似塊對(duì)應(yīng)的高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)子區(qū)域按其對(duì)應(yīng)的相似權(quán)重相加得到一個(gè)新的子區(qū)域，即為超分辨率后的聞分辨率DEM缺失區(qū)相對(duì)應(yīng)位置的子區(qū)域； (5)將步驟(4)中超分辨率后的高分辨率DEM缺失區(qū)的子區(qū)域拼接起來，重疊部取均值即得到高分辨率DEM缺失區(qū)整體的超分辨率結(jié)果，加上高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)已有的數(shù)據(jù)就為一個(gè)全局高分辨率DEM。
2.如權(quán)利要求1所述的DEM超分辨率的方法，其特征在于，所述步驟(3)具體為: 設(shè)t(j，k)為一低分辨率DEM測(cè)試區(qū)子區(qū)域，J，K分別表示子區(qū)域的寬和高，0〈j〈J-l，0〈k〈K-l，j，k G N+, N+表示自然數(shù)，f(x, y)為低分辨率DEM搜索區(qū)，D(x, y)代表t(j，k)與搜索區(qū)f(x，y)中以點(diǎn)(x，y)為左上角頂點(diǎn)，寬高分別為J，K的子區(qū)域的相似距離，w(x，y)代表搜索區(qū)中以點(diǎn)(x，y)為左上角的寬高為J，K的子區(qū)域作為t(j，k)的相似塊的相似權(quán)重，其中:
3.如權(quán)利要求2所述的DEM超分辨率的方法，其特征在于，所述步驟(3)具體為: 設(shè)t(j，k)為一低分辨DEM測(cè)試區(qū)子區(qū)域，J，K分別表示子區(qū)域的寬高0〈j〈J-l，0〈k〈K-l，j，k G N+，N+表示自然數(shù)，f(x, y)為低分辨率DEM搜索區(qū)，R(x, y)代表t(j，k)與搜索區(qū)f(x，y)中以點(diǎn)(x，y)為左上角頂點(diǎn)，寬高分別為J，K的子區(qū)域的相關(guān)系數(shù)，w(x，y)代表搜索區(qū)中以點(diǎn)(x，y)為左上角的寬高為J，K的子區(qū)域作為t(j，k)的相似塊的相似權(quán)重，其中:
4.如權(quán)利要求2或3所述的DEM超分辨率的方法，其特征在于，所述步驟(4)中超分辨率后的高分辨率DEM缺失區(qū)相對(duì)應(yīng)位置的子區(qū)域的計(jì)算方法為: 對(duì)所述高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)中與所述低分辨率DEM搜索區(qū)中相似塊對(duì)應(yīng)的子區(qū)域按對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)相加，得到所述高分辨率DEM缺失區(qū)中的子區(qū)域:
5.如權(quán)利要求1所述的DEM超分辨率的方法，其特征在于，所述步驟(I)中建立高分辨率DEM與低分辨率DEM的位置映射具體為: 通過雙線性插值將低分辨DEM擴(kuò)充到與高分辨率DEM同一尺度，使得高低分辨率DEM數(shù)據(jù)形成一一對(duì)應(yīng)的映射。
6.如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的DEM超分辨率的方法，其特征在于，所述步驟(2)中的子區(qū)域大小為3X3~9X9，相鄰兩個(gè)子區(qū)域的重疊度控制為20%~50%。
7.一種數(shù)字高程模型DEM超分辨率的裝置，其特征在于，包括:第一模塊，用于建立高分辨率DEM與低分辨率DEM的位置映射；將測(cè)量得到高分辨率DEM區(qū)域定義為實(shí)測(cè)區(qū)，待超分辨率的高分辨率DEM區(qū)域定義為缺失區(qū)，將高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)對(duì)應(yīng)的低分辨率DEM區(qū)域定義為搜索區(qū)，將高分辨率DEM缺失區(qū)對(duì)應(yīng)的低分辨率DEM區(qū)域定義為測(cè)試區(qū)； 第二模塊，用于將高分辨率DEM缺失區(qū)分為一系列相互重疊的子區(qū)域，對(duì)應(yīng)的低分辨率DEM測(cè)試區(qū)也分為一系列相互重疊的子區(qū)域； 第三模塊，用于對(duì)每一個(gè)低分辨率DEM測(cè)試區(qū)的子區(qū)域在低分辨率DEM搜索區(qū)進(jìn)行相似塊查找與相似性估計(jì)，選取相似性最高的一系列子區(qū)域作為相似塊，同時(shí)計(jì)算出每個(gè)相似塊對(duì)應(yīng)的相似權(quán)重； 第四模塊，用于將所述第三模塊中查找到的一系列相似塊映射回高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)，將這些相似塊對(duì)應(yīng)的高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)子區(qū)域按其對(duì)應(yīng)的相似權(quán)重相加得到一個(gè)新的子區(qū)域，即為超分辨率后的高分辨率DEM缺失區(qū)相對(duì)應(yīng)位置的子區(qū)域； 第五模塊，用于將所述第四模塊中超分辨率后的高分辨率DEM缺失區(qū)的子區(qū)域拼接起來，重疊部取均值即得到高分辨率DEM缺失區(qū)整體的超分辨率結(jié)果，加上高分辨率DEM實(shí)測(cè)區(qū)已有的數(shù)據(jù)就為 一個(gè)完整的高分辨率DEM。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK103455709SQ201310328588
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】侯文廣, 李柳, 王學(xué)文, 丁明躍, 張旭明, 尉遲明 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)