遮挡检测算法分析比较研究

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1、遮挡检测算法分析比较研究王玉锋　全吉成　刘　宇　王宏伟　赵秀影（中国人民解放军空军航空大学航空航天情报系，吉林长春130022）【摘　要】真正射影像不仅具有地图的几何精度，可以直接进行地物尺寸和距离的测量，而且具有更好的视觉效果。有效的遮挡检测是真正射影像制作关键环节，国内外学者提出了许多遮挡检测算法，在进行遮挡区域检测的过程中各有优劣。通过对主要的遮挡检测算法原理和处理过程进行对比分析，总结了各个算法的优缺点，为寻求高效准确的遮挡检测算法提供参考，并提供了一些可以改进的建议。.jyqk网格的可见性矩阵，分别记为p_buffer和P_visible，

2、其中p_buffer记录了对应物点P和像点p的距离D和该物点P的坐标。采用Z-Buffer算法进行遮挡检测的过程为：首先将p_buffer的深度都设置成无穷远，DSM网格的可见性都设置成可见，对DSM网格上的点P根据共线方程进行校正时，计算点P对应的像点p和它们的距离D，根据p的坐标取出对应的p_buffer，假如0＜p_buffer_D，将p_buffer中记录的物点位置记录为不可见，并使p_buffer_D=D，p_buffer_P=P，否则将物点P记录为不可见，循环完成对整幅影像的可见性分析。Z-Buffer算法思路简单、计算量小、效率高，但这

3、种算法也存在致命的缺陷，只有在一个物点对应一个像点的前提下才能得到理想的效果，当一个物点覆盖多个像点时就可能导致伪可见和M-Portion问题，当一个像点覆盖多个临近物点时就可能导致伪遮挡的问题。因此Z-Buffer算法很难适应成像倾角大和地形起伏较大的影像。从Z-Buffer算法进行遮挡检测的过程可以看出，只有遮挡检测全部完成以后才能确定所有地物点的可见性，遮挡检测和灰度赋值必须单独依次进行，这两个过程中都需要根据共线方程计算像点坐标，出现了严重的重复计算。因此，学者们提出了许多Z-Buffer的改进算法，主要包括优化扫描方式的Z-Buffer算法

4、，基于DSM排序的遮蔽检测算法和基于最小边界扇区的遮蔽检测(MBS)算法。优化扫描方式的Z-Buffer算法[4]的基本思想是：离地底点较远的点不可能遮挡离像底点较近的点，采用适当的扫面方式（比如螺旋扫描方式、径向扫描方式等），可以先对离地底点较近的点进行遮挡检测，因后续处理的物点都不会遮挡当前点，可直接对该点进行灰度赋值。基于DSM排序的遮蔽检测算法的基本思想是：只有比地物点高的地物才可能遮挡该地物点，可以对所有DSM进行从大到小的排序，然后依次对排好序的DSM进行遮挡检测，同时进行灰度赋值。基于最小边界扇区的遮蔽检测(MBS)算法[5]的基本思想

5、是：建筑物产生的遮挡区域可认为是以地底点为中心的扇形区域，利用DBM在极坐标系下找到可能存在遮挡现象的候选区域，以减少遮挡判断的区域从而提高整个检测过程的效率。这些算法都避免了重复计算像点坐标，进一步减少了计算量，并且在内存要求上更少，但不能消除Z-Buffer算法所产生的伪遮挡、伪可见和M-Portion问题。2　基于角度的遮蔽检测算法基于角度的遮蔽检测算法由Habib等[6]提出，算法的基本原理是：在地底点和待检测点的水平连线上，每个地物点对应的投影光线与水平面都有一个夹角，根据夹角的变化来分析待检测点的可见性。在地物点与地底点的水平连线上，逐渐

6、远离地底点的方向上，如果投影光线与水平面的夹角逐渐变小，则没有遮挡；如果在某一位置突然变大，而后又变小恢复或小于原来的角度，则该段区域被遮挡。如图1所示，地物点1~3的对应的夹角满足φ1＞φ2＞φ3，说明地物点1，2，3之间不存在遮挡，而地物点3~11对应的夹角满足φ3＜φi（i=4，5，6，7，8，9，10）且φ3＞φ11，说明地物点4~10被地物点3遮挡。该算法具有简单明了、理论严密的特点，能适用于各种复杂的环境，不会存在Z-Buffer算法的伪遮蔽、伪可见和M-Portion问题。但也因为对每一个地物点都要进行角度的比较来分析其可见性，频繁的角

7、度计算使得处理效率低，耗时长。同Z-Buffer算法一样，如果不通过先验的信息确定合适的扫描方式，将会存在严重的重复计算，因此快速高效的扫描方式也是该算法需要解决的关键问题，Habib采用螺旋扫描的方式来提高效率，同样，Z-Buffer算法的改进算法也都适用该算法以提高处理的效率。3　基于高程的遮蔽检测算法基于高程的遮蔽检测算法[7]的基本原理是：在对某一地物点进行可见性分析时，如果该地物点可见则该地物点与投影中心的连线在地形数据的上方。如图2所示，在判断点P0是否可见时，在P0和PS的连线上，设定一定的变化量，根据比例可以计算出连线上的点的高程Hi

8、t（i=1，2，3，…，n），与该点水平面坐标的DSM实际高程Hi（i=1，2，3，…，n）进行比较，若任意