影像匹配点云滤波及其应用研究

论文摘要

在当今信息化智能化快速发展的时代,航空航天摄影测量与遥感技术作为获取地球表层定位信息和语义信息的重要手段得到了极大发展,在此背景下,近年来可获取测绘地理信息产品的遥感影像(包括国产高分辨测绘卫星影像、无人机航空影像等)也得到广泛应用。数字高程模型(digital elevation model,DEM)作为4D(DEM、DOM、DLG、DRG)产品之一,在测绘、国土和国防建设等领域有着广泛的应用。然而利用传统摄影测量—影像匹配技术获取的点云数据,在提取DEM时仍存在滤波算法自动化程度低,算法面向不同地形时通用性差,在生产DEM后处理中需花费大量人力物力等问题。针对上述问题本文对航空影像匹配点云滤波进行了研究。另外,结合我国现阶段正在实施的具体项目(第三次国土调查、全球测图等),如何对成果DEM进行滤波处理,以高效解决生产DOM中所出现的地物扭曲、拉花等问题,本文也进行了作业模式的探索并实践生产。据此,本文主要研究内容和结论如下:(1)针对航空影像匹配点云,该文提出一种融合多源数据的影像匹配点云滤波算法。首先融合影像和匹配点云高程多源信息;再引入新型分类器对融合影像进行分类,其分类结果作为知识引导用于点云滤波中,即将分类专题图与影像匹配点云叠加以过滤非地面点,实现点云滤波并生成数字高程模型;最后选用航空影像进行密集匹配和滤波试验。实验结果表明,利用该点云滤波算法生成的DEM与参考DEM呈现高度相关性,可大大减少生产DEM人工后处理的工作量。(2)选取航空影像匹配点云采用最新布料模拟技术进行匹配点云滤波。结合该算法原理即在点云翻转的基础上,借助一块符合弹性定律的布料,在内力和外力共同作用下,通过阈值对比布料与点云之间的距离达到滤波目的。经试验,CSF算法对不同地形场景的影像匹配点云可以获取较好的滤波效果,对比传统算法在滤波精度和算法效率上均有优势。(3)国土调查中数字正射影像(DOM)底图生产是开展资源与环境监测、国情普查的基础。针对正射纠正后影像中存在的大量扭曲区域,特别是道路区域,本文提出全新作业模式,即通过滤波处理道路扭曲区域DEM,进行实时局部正射纠正来实现。高分辨测绘卫星影像高分二号和北京二号两组实验数据生产表明,该方法实现了影像道路扭曲区域的快速纠正,且纠正后道路区域边缘地物没有出现明显错位现象。另外,通过一定数量道路区域控制点,对比局部纠正前后精度,也表明该方法很大程度提高了道路扭曲区域的纠正精度,满足相关正射影像生产精度要求。综上,本文针对航空影像匹配点云,研究了面向生产的DEM滤波方法及其相关问题;结合具体生产需求,通过对测绘卫星的成果DEM进行滤波处理,使其应用于DOM典型地物纠正中,并给出高效作业模式和实践生产。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•     1.1.1 背景介绍
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 研究现状
•     1.2.1 影像匹配技术研究现状
•     1.2.2 LiDAR点云滤波算法研究现状
•     1.2.3 影像匹配点云滤波算法研究现状
•   1.3 论文组织结构
• 2 影像匹配及点云滤波基础
•   2.1 影像匹配技术
•     2.1.1 匹配基元
•     2.1.2 约束条件
•     2.1.3 优化过程
•     2.1.4 匹配策略
•   2.2 两种点云数据
•     2.2.1 机载LiDAR点云
•     2.2.2 影像密集匹配点云
•     2.2.3 LiDAR点云与影像匹配点云对比
•   2.3 图像滤波与点云滤波
•     2.3.1 空间域滤波
•     2.3.2 频率域滤波
•     2.3.3 点云滤波
• 3 基于多源数据融合的航空影像匹配点云滤波方法
•   3.1 基于多源数据融合的影像匹配点云滤波
•     3.1.1 影像匹配点云及其深度图获取
•     3.1.2 多源数据融合和影像分类
•     3.1.3 影像匹配点云滤波
•   3.2 实验及分析
•     3.2.1 影像分类精度评价
•     3.2.2 影像匹配点云滤波
•     3.2.3 两类误差分析
•     3.2.4 DEM精度评价
•   3.3 本章小结
• 4 基于布料模拟的航空影像匹配点云滤波适用性分析
•   4.1 算法介绍
•     4.1.1 CSF算法原理
•     4.1.2 CSF算法步骤
•     4.1.3 参数设置
•   4.2 点云获取及其实验数据特征
•     4.2.1 影像匹配点云获取
•     4.2.2 实验数据特征
•   4.3 CSF滤波结果
•     4.3.1 定性分析
•     4.3.2 定量分析
•   4.4 本章小结
• 5 DEM在影像道路扭曲区域纠正中的应用
•   5.1 基于有理函数模型的高分辨率卫星影像的正射纠正
•     5.1.1 有理函数模型
•     5.1.2 基于RFM的区域网平差模型
•     5.1.3 反解法数字微分纠正
•     5.1.4 正射纠正中由高程变化引起的平面误差分析
•   5.2 正射影像中道路扭曲快速纠正方法
•     5.2.1 现有道路扭曲解决方案
•     5.2.2 快速纠正方法
•   5.3 实验结果及评价
•     5.3.1 道路扭曲局部正射纠正
•     5.3.2 方法评价
•   5.4 本章小结
• 6 总结与展望
•   6.1 总结
•   6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马瑞峰

导师: 张力

关键词: 点云滤波,影像匹配,布料模拟,国产测绘卫星,道路扭曲

来源: 兰州交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 自然地理学和测绘学

单位: 兰州交通大学

分类号: P237

DOI: 10.27205/d.cnki.gltec.2019.000584

总页数: 61

文件大小: 4477K

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