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基于航空立体影像的相对高度自动获取方法研究

作　者: 王巍
导　师: 赵红蕊
学　校: 清华大学
专　业: 大地测量学与测量工程
关键词: 影像匹配 摄影测量 角点检测 相对高度
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 49次
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内容摘要


针对目前高程信息获取方法的严格适用条件与高度信息广泛应用需求之间的矛盾,本文对摄影测量的基本方法和影像匹配技术进行了改进,基于航空立体影像,提出了相对高度的概念,推导了自动计算相对高度的方法,并进行了实验验证和应用前景分析。在相对高度自动计算数据预处理阶段,首先对SUSAN角点检测算法进行了改进,以更准确地获取影像匹配的特征。一方面按照局部影像对比度自适应地计算确定核值相似区的阈值,另一方面用矩形模板取代圆形模板,通过统计模板边缘与中心灰度相似的像素的分布,确定核值相似区在模板内的方位,从而提高了检测角点的准确性,祛除了原算法检测结果中冗余的角点,同时角点匹配结果的可靠性也有较大的提高。角点匹配过程中,由于没有先验知识,需要将搜索范围扩大到整幅影像的二维空间,匹配速度和准确率都不高。本文结合影像金字塔多尺度匹配,提出了两级影像匹配法。两级影像匹配法中一级匹配是利用影像块粗匹配确定立体影像间的相对位置关系,从而确定角点同名点的搜索范围;二级匹配是随后进行的角点精确匹配。两级影像匹配法在提高匹配搜索收敛速度的同时,极大地提高了角点匹配结果的准确性,有效防止了金字塔影像顶层错误匹配的产生及传播。角点提取和精确匹配后,利用自动获得的同名点对,在航空立体影像外方位元素未知的条件下,通过将立体影像纠正为与摄影基线平行的姿态,并在立体影像空间前方交会的基础上,推导地面点相对高度计算方法,并对其理论精度进行了分析。航空影像具有近似竖直摄影的特点,在变换为与基线平行的姿态后,利用基线与水平面的夹角表达影像的空间姿态,且同名像点不存在上下视差,由同名像点的影像横坐标和基线与水平面的夹角的近似值来计算相对高度。实验表明,相对高度能够准确表达地貌和地物间的高度差异,并具有较好的精度,可满足无法获取外方位元素时某些应用领域对高度信息需求。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章 绪论  9-28
  1.1 研究背景  9-13
    1.1.1 高程数据及应用  9-10
    1.1.2 高程数据获取方法  10-12
    1.1.3 相对高度研究的必要性  12-13
  1.2 研究的目的和意义  13-14
    1.2.1 基于立体影像自动计算相对高度  13
    1.2.2 低成本获取高度维信息以满足多种应用需求  13-14
    1.2.3 角点检测与影像匹配在高分领域的应用  14
  1.3 国内外研究现状综述  14-25
    1.3.1 单幅影像建筑物高度信息提取  14-16
    1.3.2 立体影像高度信息的获取  16-21
    1.3.3 角点特征提取  21-23
    1.3.4 影像匹配技术  23-24
    1.3.5 总结  24-25
  1.4 主要研究内容  25-27
  1.5 论文的结构编排  27-28
第2章 面向影像匹配的角点检测  28-44
  2.1 影像匹配技术概述  28-29
    2.1.1 特征空间  28-29
    2.1.2 相似性测度  29
    2.1.3 搜索空间与搜索策略  29
  2.2 基于灰度的匹配  29-30
    2.2.1 二维灰度相关  30
    2.2.2 归一化相关系数  30
  2.3 常用的角点检测算法  30-34
    2.3.1 Moravec 算子  31
    2.3.2 F(o|¨)rstner 算子  31
    2.3.3 Harris 算子  31-32
    2.3.4 SUSAN 特征检测算法  32-34
  2.4 面向高分辨率影像匹配的SUSAN 算法改进  34-44
    2.4.1 算法改进思路  34-35
    2.4.2 自动计算灰度差阈值  35-36
    2.4.3 基于模板边界像素统计的算法改进  36-39
    2.4.4 实验分析  39-43
    2.4.5 结论  43-44
第3章 两级影像匹配  44-62
  3.1 基于角点的匹配存在的问题  44-45
    3.1.1 影像匹配速度  45
    3.1.2 影像匹配的准确率  45
  3.2 多尺度搜索和一维核线搜索  45-48
    3.2.1 多尺度搜索策略  45-47
    3.2.2 一维核线搜索  47-48
  3.3 多尺度搜索策略的不足  48-51
  3.4 两级影像匹配  51-61
    3.4.1 影像块特征的提取  52-53
    3.4.2 一级匹配—基于影像块的粗匹配  53-57
    3.4.3 二级匹配—角点精确匹配  57-61
  3.5 总结  61-62
第4章 相对高度的计算  62-83
  4.1 摄影测量中地面高度的计算  62
  4.2 相对高度的计算方法  62-69
    4.2.1 影像的外方位元素  62-63
    4.2.2 立体影像的核线纠正  63-66
    4.2.3 相对高度计算公式的推导  66-68
    4.2.4 误差分析  68-69
  4.4 实验验证  69-75
    4.4.1 实验数据的选择  69-71
    4.4.2 角点提取及匹配  71-73
    4.4.3 相对高度与实际高度的计算与比较  73-74
    4.4.4 精度评定  74-75
  4.5 应用前景展望  75-83
    4.5.1 地形重建  76-80
    4.5.2 建筑物建模  80-82
    4.5.3 在影像分类上的应用  82-83
第5章 总结和展望  83-85
  5.1 论文主要工作与创新点  83-84
  5.2 研究的不足与展望  84-85
参考文献  85-91
致谢  91-92
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  92

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
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