【摘要】：隨著遙感衛(wèi)星傳感器技術(shù)的發(fā)展,人們通過衛(wèi)星、航空以及無人機(jī)平臺能夠獲取包括光譜圖像、光學(xué)圖像等傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品形式,同時利用遙感信息處理技術(shù)也能夠獲取結(jié)合光學(xué)物理屬性和結(jié)構(gòu)屬性的立體信息。遙感目標(biāo)立體信息打破了對傳統(tǒng)遙感信息的認(rèn)知,通過目標(biāo)表面光學(xué)物理屬性信息和目標(biāo)三維結(jié)構(gòu)信息的結(jié)合,能夠更充分的表示目標(biāo)在真實空間的本質(zhì)屬性。近年來,數(shù)字化信息技術(shù)的普及,使目標(biāo)立體構(gòu)建在關(guān)乎民生的各個領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,通過對目標(biāo)立體構(gòu)建應(yīng)用潛力的進(jìn)一步探索,能夠提高其在包括城市建設(shè)、交通管理、災(zāi)難預(yù)測以及軍事偵察等領(lǐng)域的應(yīng)用價值,對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)有著極為重大的意義。傳統(tǒng)的立體構(gòu)建方法通常都是以構(gòu)建大區(qū)域地形場景為目的,并利用攝影測量學(xué)原理從衛(wèi)星影像中通過幾何特征提取、立體匹配等方法構(gòu)建大范圍場景下的目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息,往往忽略了對目標(biāo)表面光學(xué)信息屬性的分析。此外,傳統(tǒng)的立體構(gòu)建方法對數(shù)據(jù)精度要求過高,普適性較低,對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的目標(biāo)很難保證其構(gòu)建的結(jié)構(gòu)完整度和精度。不同于傳統(tǒng)的立體構(gòu)建方法,本文所研究的遙感目標(biāo)立體構(gòu)建方法分別從目標(biāo)表面紋理信息分割及目標(biāo)整體結(jié)構(gòu)的構(gòu)建的角度進(jìn)行深入研究,從而獲取蘊(yùn)含豐富的目標(biāo)紋理信息及完整結(jié)構(gòu)信息的遙感目標(biāo)立體構(gòu)建結(jié)果。本文提出的方法以目標(biāo)驅(qū)動的立體構(gòu)建策略為核心,主要研究內(nèi)容包括三個部分:第一部分研究內(nèi)容通過分析基于結(jié)構(gòu)屬性的目標(biāo)紋理差異進(jìn)行目標(biāo)表面紋理信息分割,第二部分主要研究基元結(jié)構(gòu)特征匹配方法,目的是從模型庫中選取預(yù)定義的基元拓?fù)溥B接結(jié)構(gòu),在此基礎(chǔ)上,第三部分通過基元拓?fù)涞恼w結(jié)構(gòu)約束對目標(biāo)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)化表示,并結(jié)合參數(shù)優(yōu)化的方法實現(xiàn)目標(biāo)整體三維結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。最終,結(jié)合分割提取的目標(biāo)表面紋理信息和目標(biāo)三維結(jié)構(gòu)信息,獲得遙感目標(biāo)立體構(gòu)建的結(jié)果。根據(jù)對遙感目標(biāo)立體構(gòu)建研究內(nèi)容的概括,本文提出的立體構(gòu)建方法主要包括三個關(guān)鍵技術(shù):目標(biāo)表面紋理分割方法、目標(biāo)基元結(jié)構(gòu)拓?fù)淦ヅ浞椒ㄒ约澳繕?biāo)整體結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化參數(shù)估計方法,并針對以下三方面問題對遙感目標(biāo)立體構(gòu)建進(jìn)行深入的研究。首先,針對遙感目標(biāo)區(qū)域紋理信息高同質(zhì)性、類內(nèi)紋理分布差異小,導(dǎo)致無法準(zhǔn)確獲取目標(biāo)各表面紋理信息的問題,本文提出了基于低秩及稀疏制圖的紋理分割方法,準(zhǔn)確的分割并提取目標(biāo)各表面紋理信息。該方法以基于目標(biāo)的圖像分析方法(OBIA)為理論指導(dǎo),通過分析目標(biāo)局部紋理的統(tǒng)計特征,構(gòu)建能夠表征目標(biāo)紋理在特征空間的結(jié)構(gòu)差異的關(guān)聯(lián)制圖,從而克服噪聲、奇異點對目標(biāo)類內(nèi)紋理分割的影響。在目標(biāo)紋理特征方面,提出了局部紋理直方圖特征提取方法,提高了目標(biāo)局部紋理特征的描述能力。而為了進(jìn)一步分析局部紋理的結(jié)構(gòu)分布差異,在特征空間構(gòu)建了基于低秩及稀疏特性的關(guān)聯(lián)制圖,從空間的角度分析了目標(biāo)紋理信息的結(jié)構(gòu)差異,準(zhǔn)確捕獲了具有高同質(zhì)屬性的目標(biāo)類內(nèi)紋理結(jié)構(gòu)分布差異,最后,結(jié)合圖割方法獲取目標(biāo)各表面紋理分割結(jié)果。實驗結(jié)果驗證了本文提出的紋理分割算法能夠準(zhǔn)確的獲取目標(biāo)各表面紋理信息,為獲取完整的目標(biāo)立體構(gòu)建結(jié)果提供了重要支撐。其次,針對目標(biāo)基元結(jié)構(gòu)匹配過程中,由于目標(biāo)形狀特征描述能力不足,導(dǎo)致不能夠準(zhǔn)確的匹配出模型庫中的預(yù)定義基元結(jié)構(gòu),提出了基于深度嵌入式網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)基元拓?fù)淦ヅ浞椒āＴ摲椒◤哪繕?biāo)全局及局部結(jié)構(gòu)特性的角度,預(yù)定義了目標(biāo)典型基元結(jié)構(gòu)的參數(shù)化模型庫。在基元模型庫基礎(chǔ)上,提出了基于深度嵌入式網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)基元拓?fù)淦ヅ渌惴?通過深度嵌入式網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)提取能夠有效的辨別目標(biāo)類內(nèi)差異的目標(biāo)形狀特征,并利用特征匹配技術(shù)從模型庫中匹配出具有完整及規(guī)范化結(jié)構(gòu)屬性的目標(biāo)基元拓?fù)?為最終的目標(biāo)立體模型構(gòu)建提供基元間的全局拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)約束,有效的保證了目標(biāo)模型立體構(gòu)建的結(jié)構(gòu)完整度及規(guī)范度。實驗部分驗證了本文提出的方法能夠準(zhǔn)確的匹配出模型庫中的基元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),為進(jìn)一步獲得高精度、完整的目標(biāo)立體構(gòu)建提供了全局結(jié)構(gòu)指導(dǎo)。最后,針對目標(biāo)整體結(jié)構(gòu)參數(shù)化描述不充分,導(dǎo)致目標(biāo)整體結(jié)構(gòu)構(gòu)建精度低的問題,提出了基元目標(biāo)拓?fù)浼s束的參數(shù)估計算法,進(jìn)行目標(biāo)整體結(jié)構(gòu)的參數(shù)最優(yōu)化估計,從而提高目標(biāo)整體結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建的精度。為了能夠全面描述目標(biāo)全局及局部結(jié)構(gòu),構(gòu)造了目標(biāo)基元拓?fù)浼s束的結(jié)構(gòu)參數(shù)化表示模型,該模型函數(shù)一方面能夠表示具有不同復(fù)雜度的目標(biāo)基元頂面三維結(jié)構(gòu),另一方面,該模型函數(shù)通過引入了基元模型之間的拓?fù)浼s束,保證了目標(biāo)的全局結(jié)構(gòu)特性,從而為完整構(gòu)建目標(biāo)立體模型提供了保障。在參數(shù)優(yōu)化估計方面,針對目標(biāo)整體結(jié)構(gòu)的多參數(shù)優(yōu)化問題,采用具有規(guī)則簡單,精度高、收斂快等特點的粒子群算法進(jìn)行目標(biāo)整體結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化參數(shù)估計,最終獲取結(jié)構(gòu)完整及精度較高的目標(biāo)立體構(gòu)建結(jié)果。實驗部分驗證了本文提出的目標(biāo)立體構(gòu)建方法能夠比較完整構(gòu)建目標(biāo)頂面結(jié)構(gòu)并保證了模型構(gòu)建的精度。
【圖文】：

夠獲取目標(biāo)高程精度更高的LiDAR數(shù)據(jù)[11,12]，如圖1-1所示。因此，在利用多源、多角度以及多衛(wèi)星遙感平臺獲取的目標(biāo)立體信息不斷提升的驅(qū)動下，面向遙感目標(biāo)的立體構(gòu)建得到了更廣泛的關(guān)注。傳統(tǒng)的立體構(gòu)建方法是根據(jù)攝影測量學(xué)原理從衛(wèi)星影像中通過幾何特征提取、立體匹配等方法構(gòu)建大范圍場景下的目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息。不同于傳統(tǒng)的測繪學(xué)方法強(qiáng)調(diào)的是目標(biāo)結(jié)構(gòu)信息的獲取，本文所研究的遙感目標(biāo)的立體構(gòu)建方法結(jié)合目標(biāo)結(jié)構(gòu)屬性和目標(biāo)表面光學(xué)物理屬性，利用遙感圖像信息處理方法，，構(gòu)建結(jié)構(gòu)完整并蘊(yùn)含表面光學(xué)信息的目標(biāo)立體模型。近年來，遙感目標(biāo)立體構(gòu)建得到了更廣泛的應(yīng)用。通過深入挖掘遙感目標(biāo)立體構(gòu)建的應(yīng)用潛力，能夠大幅度提升其在民用及軍用領(lǐng)域的執(zhí)行效力，對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)有深遠(yuǎn)的意義。在民用領(lǐng)域

圖 2-11 目標(biāo) 3D 結(jié)構(gòu)模型Fig. 2-11 The 3D structure model of object的 3D 模型結(jié)構(gòu)用 表示，如圖 2-11 所示。目標(biāo)整體結(jié)構(gòu)按照單個基元模型拓?fù)溥B接的方式實現(xiàn)模型整體結(jié)構(gòu)拼接
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP751

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

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本文編號：2668829