【摘要】：隨著三維空間數(shù)據(jù)獲取能力和人們對(duì)三維空間信息需求的提升,城市地區(qū)的三維重建成為研究及應(yīng)用的熱點(diǎn)。其中建筑物立面包含豐富和直觀的細(xì)節(jié)信息,是建筑物三維建模不可或缺的組成部分。車(chē)載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)是近年來(lái)興起并得到廣泛應(yīng)用的多源傳感器集成測(cè)繪平臺(tái),是街景級(jí)分辨率上高效采集建筑物立面數(shù)據(jù)的有效途徑。然而,目前車(chē)載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力仍難以與其采集能力相匹配,因此,在建筑物三維建模方面仍有巨大潛力和持續(xù)的研究?jī)r(jià)值。車(chē)載移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)采集的主要數(shù)據(jù)類型為三維點(diǎn)云和影像序列,其中點(diǎn)云能夠直接獲取被測(cè)物表面的三維坐標(biāo),而影像包含豐富、直觀的紋理和細(xì)節(jié)信息。本文結(jié)合點(diǎn)云和全景影像進(jìn)行建筑物立面的三維模型重建的研究,其中主要涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括點(diǎn)云和影像的配準(zhǔn)、建筑物點(diǎn)云的識(shí)別以及立面三維模型的重建。主要內(nèi)容如下:(1)分析了車(chē)載點(diǎn)云和影像數(shù)據(jù)的特點(diǎn)及在建筑物重建中的優(yōu)缺點(diǎn),并分別從整體流程和具體算法兩個(gè)方面,總結(jié)和分析了車(chē)載點(diǎn)云和影像相關(guān)的建筑物立面重建的研究成果,并在此基礎(chǔ)上提出了本文的研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容。(2)提出了基于線特征的點(diǎn)云與全景影像的精配準(zhǔn)方法。分析了車(chē)載點(diǎn)云和影像存在偏差的原因;系統(tǒng)的介紹了車(chē)載移動(dòng)測(cè)量車(chē)系統(tǒng)涉及的坐標(biāo)系統(tǒng)及其轉(zhuǎn)換關(guān)系;分別對(duì)三維點(diǎn)云和全景影像提出了自動(dòng)化的線特征提取算法;基于線特征約束和全景相機(jī)的理想球面模型建立配準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型,并給出具體求解過(guò)程及精度分析方法;最后提出可擴(kuò)展的確定同名線以及剔除粗差的匹配策略。(3)研究了車(chē)載點(diǎn)云建筑物及周邊地物識(shí)別問(wèn)題。在點(diǎn)云鄰域、點(diǎn)特征等基本概念基礎(chǔ)上,對(duì)比了三種常用點(diǎn)云分割算法。面對(duì)不同的數(shù)據(jù)場(chǎng)景及需求提出了兩種算法進(jìn)行建筑物及周邊地物的識(shí)別,分別為為面向?qū)ο蟮牡匚锾卣髦迭c(diǎn)云識(shí)別方法和快速層次語(yǔ)義識(shí)別方法。前者以分割結(jié)果作為對(duì)象,提出了針對(duì)特定地物特征值的量化方法,對(duì)每個(gè)對(duì)象地物特征值并作為是否屬于該地物類別的判斷依據(jù);后者則基于點(diǎn)云幾何分布與其語(yǔ)義信息的強(qiáng)相關(guān)性,建立車(chē)載點(diǎn)云場(chǎng)景的地物分類層次結(jié)構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)常見(jiàn)地物類別的快速識(shí)別。(4)提出了結(jié)合車(chē)載點(diǎn)云和影像、由粗到細(xì)的建筑物立面三維重建的方法。研究了從建筑物點(diǎn)云中提取立面主平面模型的方法;提出了基于BSP樹(shù)的建筑物立面層次深度模型重建方法,首先對(duì)點(diǎn)云分割塊的外邊界進(jìn)行規(guī)則化,然后利用BSP樹(shù)的分割策略和規(guī)則化的外邊界線特征對(duì)建筑物立面進(jìn)行剖分,最后使用能量函數(shù)最小的方法有效地解決了 BSP塊對(duì)點(diǎn)云分割塊的歸屬問(wèn)題,保證了建筑物立面拓?fù)潢P(guān)系的完整性;提出了結(jié)合點(diǎn)云和影像的窗戶檢測(cè)策略,基于點(diǎn)云提取的立面模型將影像投影生成正射的建筑物立面影像,避免影像變形對(duì)窗戶檢測(cè)的影響,在點(diǎn)云中用掃描線法檢測(cè)窗戶,將得到的結(jié)果作為備選樣本,在影像中基于JointBoost機(jī)器學(xué)習(xí)的方法檢測(cè)窗戶,最后用規(guī)則化約束將兩者的結(jié)果進(jìn)行合并;解決了建筑物立面層次深度模型的紋理映射問(wèn)題。本文對(duì)結(jié)合點(diǎn)云和影像進(jìn)行建筑物立面重建這一課題中的點(diǎn)云影像配準(zhǔn)、點(diǎn)云識(shí)別、立面三維模型重建等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了研究,取得了初步的研究成果。進(jìn)一步的研究工作將圍繞在配準(zhǔn)過(guò)程中全自動(dòng)化的同名線選取、基于機(jī)器學(xué)習(xí)的點(diǎn)云識(shí)別、復(fù)雜建筑物立面模型設(shè)計(jì)以及影像序列幾何信息的深度應(yīng)用等方面展開(kāi)。隨著研究的深入和完善,將會(huì)逐步提高建筑物立面重建的自動(dòng)化程度及建筑物模型的精細(xì)程度,使車(chē)載點(diǎn)云和影像數(shù)據(jù)在建筑物模型重建中發(fā)揮更大的作用。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P23

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本文編號(hào)：2365706