【摘要】：在航空攝影測(cè)量的城市目標(biāo)應(yīng)用中,建筑物等結(jié)構(gòu)化場(chǎng)景的三維結(jié)構(gòu)模型和真正射影像獲取占據(jù)重要的地位。目前基于點(diǎn)特征的攝影測(cè)量理論與技術(shù)較為成熟,幾乎所有的攝影測(cè)量軟件和應(yīng)用處理都是基于點(diǎn)特征的,而基于線(xiàn)特征的攝影測(cè)量技術(shù)研究和應(yīng)用相對(duì)較少。線(xiàn)特征具有點(diǎn)特征不具備的一些優(yōu)點(diǎn),在導(dǎo)航定位、結(jié)構(gòu)輪廓獲取和三維重建領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。跟點(diǎn)特征一樣,線(xiàn)特征的提取匹配和平差優(yōu)化也是實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)精確三維重建的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)保障。特別是在城市三維建模和測(cè)圖中,結(jié)構(gòu)化物體輪廓的獲取需要有長(zhǎng)度完整、數(shù)量足夠、坐標(biāo)精確的線(xiàn)特征信息。直線(xiàn)的提取匹配是首要一步;在提取匹配結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行平差解算是獲得準(zhǔn)確三維線(xiàn)段的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前優(yōu)秀的直線(xiàn)提取方法,提取速度快,效果也比較好。然而,幾乎所有的直線(xiàn)提取算法都存在一個(gè)問(wèn)題:直線(xiàn)容易被分段,即本應(yīng)該是一條很長(zhǎng)的直線(xiàn)因?yàn)榫植课⑿〉淖兓蚋蓴_而被打斷為很多短小的碎線(xiàn)段,這些雜碎的線(xiàn)段會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)量增加,使處理變得更加復(fù)雜。在利用傾斜攝影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行線(xiàn)段匹配時(shí),由于寬基線(xiàn)大視角效應(yīng),常常只能獲得非常少且正確率不高的匹配線(xiàn)段。雖然存在基于直線(xiàn)特征進(jìn)行傳感器位姿估計(jì)的研究,但是真正利用線(xiàn)特征進(jìn)行光束法平差來(lái)實(shí)現(xiàn)傳感器自動(dòng)定姿定位和物方坐標(biāo)精確獲取的研究尚不存在。針對(duì)上述存在的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,本文圍繞如何在結(jié)構(gòu)化物體輪廓上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度更完整、數(shù)量更多、定位更準(zhǔn)確的優(yōu)質(zhì)三維線(xiàn)段獲取進(jìn)行展開(kāi),將從如下四個(gè)方面對(duì)上述問(wèn)題進(jìn)行解決和驗(yàn)證。(1)針對(duì)如何從根本上為三維線(xiàn)段重建提供更完整的二維線(xiàn)段數(shù)據(jù)源,提出了一種基于仿射不變性的直線(xiàn)提取改進(jìn)方法。根據(jù)仿射相機(jī)模型從不同視角模擬相機(jī)投影,創(chuàng)造多余觀測(cè),對(duì)提取的線(xiàn)段集進(jìn)行提純和優(yōu)化,獲得更完整的直線(xiàn)段。試驗(yàn)結(jié)果表明:本文提出的方法使獲得的線(xiàn)段長(zhǎng)度大大增加,極大地降低了分段效應(yīng),可以獲得更多數(shù)量的有用線(xiàn)段,同時(shí)減少了冗余。將改進(jìn)后的直線(xiàn)提取結(jié)果應(yīng)用到直線(xiàn)匹配中,可以得到更完整、更多數(shù)量、更高正確率的匹配線(xiàn)段。(2)針對(duì)如何為三維線(xiàn)段重建提供更多的正確匹配線(xiàn)段,提出了兩種基于POS信息輔助的寬基線(xiàn)航空影像線(xiàn)段匹配方法。分別以仿射變換模型和透視變換模型糾正傾斜影像的變形,消除視角差異,從正形影像上進(jìn)行匹配,以提高匹配的成功率和正確率。試驗(yàn)結(jié)果表明:本文提出的兩種模型在不損失效率的情況下,匹配出的線(xiàn)段數(shù)量和正確率都有了極大的提升。同時(shí),透視投影模型比仿射投影模型的提升效果更優(yōu)。(3)為保證在控制點(diǎn)缺乏的情況下實(shí)現(xiàn)更精確的相機(jī)自動(dòng)定姿定位和空間三維線(xiàn)段獲取,提出了一種利用水平和豎直線(xiàn)約束的點(diǎn)線(xiàn)混合光束法平差方法。利用水平和豎直線(xiàn)條件約束建立非線(xiàn)性目標(biāo)函數(shù)模型,進(jìn)行自由網(wǎng)和絕對(duì)網(wǎng)平差優(yōu)化處理。通過(guò)仿真和實(shí)測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明:在只有3個(gè)地面控制點(diǎn)的情況下,與無(wú)水平和垂直線(xiàn)約束的光束法平差方法相比,本文提出的利用線(xiàn)特征約束的方法使定位精度可以提高50%。(4)為驗(yàn)證(1)(2)(3)中提取匹配和平差方法的有效性,對(duì)建筑物邊緣進(jìn)行三維線(xiàn)段重建,并用于對(duì)真正射影像的質(zhì)量改善中。試驗(yàn)結(jié)果表明:重建的三維線(xiàn)段可以有效地輔助三維點(diǎn)云解決建筑物邊緣部位的鋸齒拉花現(xiàn)象;也從另一方面說(shuō)明了本文重建出了長(zhǎng)度完整、數(shù)量足夠并且坐標(biāo)準(zhǔn)確的優(yōu)質(zhì)三維線(xiàn)段。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：P231
【圖文】：

1 緒論1.1 選題的背景及意義1.1.1 研究背景本研究基于國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃《無(wú)人航空器區(qū)域組網(wǎng)厘米級(jí)遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)快捷精準(zhǔn)處理技術(shù)》，國(guó)家自然科學(xué)基金《克服光束法平差病態(tài)奇異性的極坐標(biāo)模型方法探索》，北京市科委項(xiàng)目《極坐標(biāo)體系下新一代遙感高速成像處理系統(tǒng)》，為研發(fā)不同于傳統(tǒng)直角坐標(biāo)體系的攝影測(cè)量軟件，即基于極坐標(biāo)體系下的快速正射拼接軟件。此軟件包含了從特征匹配、畸變校正、空三平差、數(shù)字表面模型生成到最終的正射影像拼接模塊，如圖 1.1。研發(fā)歷經(jīng)一年半，已經(jīng)形成了軟件初級(jí)版本（目前只有光束法平差模塊為極坐標(biāo)體系）。本人負(fù)責(zé)的是三維表面模型生成和正射拼接模塊。關(guān)于極坐標(biāo)的介紹，請(qǐng)參考兩篇博士論文[1-2]。

(a) LSD 提取效果 (b) EDLines 提取效果 (c) CannyLines 提取效果圖 1.2 三種優(yōu)秀直線(xiàn)提取方法的分段效應(yīng)Fig.1.2 Segmentation Effect of Three Outstanding Line Extraction Methods很多時(shí)候并不希望出現(xiàn)太多的短線(xiàn)段。首先，短線(xiàn)段的幾何特征不如長(zhǎng)線(xiàn)段明顯，很多時(shí)候不如長(zhǎng)線(xiàn)段便于篩選；其次，短線(xiàn)段的定位精度會(huì)比長(zhǎng)線(xiàn)段差，由端點(diǎn)的微小定位不準(zhǔn)確而產(chǎn)生的影響會(huì)比長(zhǎng)線(xiàn)段嚴(yán)重；另外，過(guò)多的碎線(xiàn)段會(huì)導(dǎo)致后期的計(jì)算量過(guò)大，并且加劇數(shù)據(jù)的模糊性和錯(cuò)誤識(shí)別(比如在直線(xiàn)的匹配和三維重建中)。因此，如何解決影像結(jié)構(gòu)直線(xiàn)的分段是一個(gè)難題，也具有重要的意義。1.2.2 直線(xiàn)特征的匹配直線(xiàn)特征作為一種比較明顯的結(jié)構(gòu)信息，通常同名直線(xiàn)可以提供比同名點(diǎn)更多的約束[38-40]。相對(duì)于點(diǎn)匹配，直線(xiàn)的匹配比較復(fù)雜，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)這方面的研究進(jìn)行了一定的探索。直線(xiàn)的匹配不要求兩條線(xiàn)段的首末端點(diǎn)對(duì)應(yīng)一致，能夠適用于遮擋環(huán)境，已經(jīng)應(yīng)用在機(jī)器人導(dǎo)航避障等領(lǐng)域中[41]。對(duì)于一些紋理缺乏的背景，特

abib 等人提出利用數(shù)字建筑模型（Digital Building Model，DBM）來(lái)提高城市正射影像質(zhì)量[132]。周?chē)?guó)清等針對(duì)已有真正射校正方法中出現(xiàn)的建筑物邊界缺緣模糊、定位不準(zhǔn)等問(wèn)題，提出了一種基于 3D R-樹(shù)結(jié)構(gòu)的 CSG 模型方法來(lái)優(yōu)質(zhì)的建筑物模型，從而提高正射影像效果[133]。然而這些方法對(duì)于建筑物邊鋸齒扭曲改善是有限的。很多生產(chǎn)單位都是在作業(yè)后期利用 PhotoShop 將鋸曲部位修整，以達(dá)到美觀的效果[134-135]。如圖 1.3 所示，兩組數(shù)據(jù)取自不同類(lèi)型的無(wú)人機(jī)影像，分別用國(guó)際商用攝影 PhotoScan 處理得到真正射影像。第一組影像選取一段高架橋截圖，第二組影取的是居民區(qū)一房屋。圖（a）和圖（b）的左側(cè)展示的是原始影像，圖（a）（b）的右側(cè)顯示的是 PhotoScan 處理得到的真正射影像�？梢悦黠@發(fā)現(xiàn)，高筆直的邊緣在正射校正后出現(xiàn)鋸齒現(xiàn)象（圖（a）右側(cè)所示），房屋筆直的邊緣射校正后出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象（圖（b）右側(cè)所示），嚴(yán)重影響了真正射影像的質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 繆君;儲(chǔ)s

本文編號(hào)：2822842