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三维场景建模中像片拼接算法与应用研究

作　者: 任宏
导　师: 张锦
学　校: 太原理工大学
专　业: 矿产普查与勘探
关键词: 数字近景摄影测量 城市三维建模 基于特征的平面拼接 多视点同心拼图 柱面全景图像 拼接算法
分类号: P231.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
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内容摘要


数字近景摄影测量作为摄影测量的一个重要分支，其应用已远远超出测量的范畴而被广泛的应用于对各类目标进行摄影，以确定其形状、大小、几何位置、形变等。目前，国内外数字近景摄影测量的发展趋势正逐步朝着实时、准确、从静态到动态、从平面二维到空间三维等方向发展。 进入信息化时代，随着人们对城市三维景观模型特别是建筑物三维模型需求的大量增加，数字近景摄影测量及其相关科学在城市三维建模中的应用成为研究的热点之一。城市三维模型真实、生动的表达了城市信息，使城市建设现状和未来规划设计的表现方式产生了质的变化，摆脱了过去基于二维地图和三维实物模型的表达，代之以计算机辅助的三维立体模型，给无论是用户还是决策者更深刻、更直观的认识，使城市的规划和设计更科学化，对城市的可持续发展有重要的意义。 综合地球信息科学与虚拟现实的研究，城市三维模型的构建方法可以概括为三类：基于图形建模、基于图像建模、以及图形、图像混合建模的方法。基于图形的建模方法首先抽象出城市的三维几何模型，然后利用计算机模型实现多边形处理、着色、消隐、光照以及投影等渲染过程或用真实相片贴纹理，产生真实感景观模型。基于图像的建模方法则以采集的离散图像或连续的视频作为基础数据，经过处理形成全景图像，然后再通过合适的空间模型把多幅全景图像组织成为虚拟全景空间，得到城市的整体描述。图形、图像混合建模的方法结合了两者的优点，对大范围几何结构简单的城市区域的建模采用前者，对于小范围复杂区域的建模采用后者。 无论是哪种建模方法，图像作为后期的纹理数据或前期的太原理卜大学硕十研究生学位沦文建模数据都是必不可少的。为了提高建模效率、缩短建模周期，近年来人们对非量测相机用于影像数据的获取进行了大量的研究和探索。 由于普通数码相机的视场有限，完整地描述一个城市建筑物或者一个建筑区域，通常需要多于两张相片，再加上诸多相片拍摄时的相机姿态和位置各不相同，使得相片之间存在着平移，缩放，旋转等变形，如何在这些相片之间建立起联系，并投影到统一的世界坐标系，就成了鱼待解决的问题。 本文就序列图像数据的拼接技术展开研究。在全面分析现有的影像匹配方法的基础上，研究了适用于数字近景影像的匹配方法;针对独立建筑物的建模需求，提出了基于特征点、线和区域匹配的图像平面拼接算法;引入全光函数模型，将多视点同心拼图和柱面全景图像的生成算法应用于城市建筑区域或建筑群的三维重建。 依据面向对象的程序设计原理和编程方法，本文还用VisualC++实现了基于特征点、线和区域的平面图像拼接算法。

全文目录


一 绪论  9-22
  1 摄影测量概述  9-10
  2 数字近景摄影测量  10-14
    (1) 数字摄影测量的产生和特点  10-11
    (2) 数字摄影测量在数字城市建设中的作用  11-12
    (3) 近景摄影测量的产生和应用  12-13
    (4) 数字近景摄影测量的特点及应用  13
    (5) 数码相机应用于数字近景摄影测量  13-14
  3 虚拟现实技术  14-17
    (1) 基本概念  14-15
    (2) 虚拟现实的应用  15-16
    (3) 虚拟现实的研究现状  16-17
  4 本文研究的背景及意义  17-20
    (1) 城市三维景观建模的意义  17-19
    (2) 城市三维景观建模的现状  19-20
  5 本文的研究目标和主要内容  20-22
二 数字影像匹配理论  22-30
  1 数字影像  22-23
  2 影像匹配的基本原理  23-24
  3 影像匹配的分类  24-28
  4 适用于高精度数字近景影像的匹配方法  28-30
三 全光函数模型  30-36
  1 全光函数  30-31
  2 光图函数  31-32
  3 全光函数模型在城市虚拟景观建模中的应用  32-36
    (1) 全光函数在全景图像生成中的应用  32-35
    (2) 全景图像在城市虚拟景观建模中的应用  35-36
四 图像的平面拼接技术  36-59
  1 影像点特征的匹配  37-45
    (1) 左方影像上的点特征的提取  37-40
    (2) 匹配步骤  40-42
    (3) 计算最佳匹配点坐标  42
    (4) 整个匹配过程的流程图  42-45
  2 影像线特征的匹配  45-48
    (1) 左方影像上线特征的提取  45-47
    (2) 匹配方法  47-48
  3 影像特征区域的匹配  48-52
    (1) 影像分割  48-50
    (2) 特征区域的提取  50-51
    (3) 同名特征区域的搜索  51-52
  4 重叠区域的确定  52-53
  5 图像无缝拼接  53
  6 像片拼接技术在建筑物三维建模中的应用实验  53-59
    (1) 实验概述  53
    (2) 摄影方案  53-55
    (3) 拼接算法实验  55-57
    (4) 结论及建议  57-59
五 同心多视点拼图  59-70
  1 引言  59-60
  2 相关知识——插值法  60
  3 图像样本采集方法  60-61
    (1) 拍摄路径的选取  61
    (2) 拍摄方法  61
  4 图像拼接  61-67
    (1) 基本原理  62
    (2) 平行光线的拟合  62-66
    (3) 物体的常深度  66-67
  5 拼接图像的分辨率  67-70
    (1) 提高拼图分辨率的采样方法  67-68
    (2) 拼图的最高分辨率  68-70
六 柱面全景图像的拼接  70-80
  1 柱面全景图像的拍摄方法  70-71
  2 柱面正投影算法  71-74
    (1) 柱面正投影  71-74
    (2) 空洞或重叠的弥补  74
  3 拼接算法  74-78
    (1) 重叠区域的查找  75-78
    (2) 无缝拼接  78
  4 拼接实例  78-80
结束语  80-82
参考文献  82-86
致谢  86-87
硕士期间科研学术情况  87

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 摄影测量学与测绘遥感 > 航空摄影测量 > 数字化测图
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