喀斯特地貌多视角倾斜航空影像拼接算法研究

论文摘要

喀斯特地区沟壑纵深,峰林、峰丛众多,地貌复杂,获取地形信息的难度大、成本高。随着遥感平台的快速发展,无人机技术的应用越来越广,多视角倾斜航空摄影已成为当前的主流发展方向。与传统的正射影像相比,多视角倾斜航空影像侧面纹理获取完整,但数据量大、影像几何变形大。在喀斯特地区进行多视角倾斜航空摄影时,由于峰林、峰丛之间的相互遮挡和阴影的影响,使得该地区多视角倾斜航空影像匹配和拼接的难度更大。对喀斯特地貌的倾斜航空影像进行匹配时,传统的特征检测算法不具有完全仿射不变性,且正确匹配点对少。针对这些不足,本文构建了基于完全仿射不变框架的特征检测改进算法,利用改进前后的特征检测算法对特征点粗匹配与精匹配进行了研究,并与传统的经典特征检测算法进行了对比分析。论文最后对该地区的多视角倾斜航空影像的融合算法进行了探讨。本文的主要研究内容和研究结论如下:（1）多视角倾斜航空摄影时,获取的影像存在影像不相邻且非序列化,加之不同航线的影响,影像存在亮度差异和局部阴影。在喀斯特地区,该倾斜航空影像的亮度差异和局部阴影更为明显,导致同一地点的像素值发生变化,进而影响影像的匹配。针对影像的匀光、匀色预处理,本文对比分析了基于直方图均衡化、Retinex增强算法和Wallis滤波的三种匀光、匀色预处理方法。研究表明,对喀斯特地貌而言,基于Wallis滤波的影像匀光色方法效果优于其它两种方法。（2）对喀斯特地貌多视角倾斜航空影像进行匹配时,经典的特征检测算法不具有完全仿射不变性,正确匹配点对少,有时甚至没有。针对这些不足,本文基于完全仿射不变框架,对SURF、AKAZE和SIFT三种算法进行改进,进而增加喀斯特地貌多视角倾斜航空影像的特征点数量,然后利用KD-TREE对FLANN算法进行加速,完成影像特征粗匹配。（3）针对RANSAC算法在特征精匹配时耗时较长问题,论文构建了一种利用PROSAC算法来对粗匹配点对进行提纯,使得提纯后的正确匹配点对在影像上的分布更为均匀。与RANSAC算法相比,该算法搜索速度更快,对非正确匹配点对的剔除更为精确,能估计出更好的单应性矩阵,使得拼接更为精确。（4）传统的拼接融合算法对图像模糊和拼接缝处理效果不佳,本文构建了一种利用图割算法搜寻最优拼接线,然后采用多分辨率融合算法对多视角倾斜航空影像进行融合的方法。为验证本文算法的拼接融合效果,论文利用喀斯特地貌多视角倾斜航空影像的四组影像进行了拼接实验研究,将本文算法和AANAP算法、OcvStitch算法、AutoStitch软件、ICE软件的拼接融合效果进行对比分析。实验结果表明:对喀斯特地貌多视角倾斜航空影像而言,本文算法的拼接融合效果更理想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 研究的背景及意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 多视角倾斜航空影像匹配国内外研究现状
•     1.2.2 多视角倾斜航空影像拼接国内外研究现状
•   1.3 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像拼接难点
•   1.4 论文的主要研究内容及技术路线
•     1.4.1 论文的主要研究内容
•     1.4.2 研究的技术路线
•   1.5 论文的主要结构
• 第二章 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像采集及影像预处理
•   2.1 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像数据来源简介
•     2.1.1 研究区概况
•     2.1.2 影像拍摄航线规划介绍
•   2.2 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像预处理
•     2.2.1 影像直方图均衡化
•     2.2.2 Retinex影像增强算法
•     2.2.3 基于Wallis滤波的影像匀光匀色预处理
•   2.3 影像变换模型
•     2.3.1 刚体变换
•     2.3.2 仿射变换
•     2.3.3 投影变换
•     2.3.4 非线性变换
•   2.4 本章小结
• 第三章 基于A框架改进的特征检测算法及倾斜影像粗匹配
•   3.1 经典特征检测算法理论
•     3.1.1 AKAZE特征检测算法
•     3.1.2 ORB特征检测算法
•     3.1.3 SURF特征检测算法
•     3.1.4 SIFT特征检测算法
•   3.2 基于A框架改进的特征检测算法
•     3.2.1 完全仿射不变SIFT算法
•     3.2.2 A框架下改进的特征检测算法
•   3.3 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像特征粗匹配策略研究
•     3.3.1 BF粗匹配算法
•     3.3.2 FLANN粗匹配算法
•   3.4 实验与分析
•     3.4.1 经典特征检测算法实验与分析
•     3.4.2 基于A框架改进的特征检测算法实验与分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像精匹配
•   4.1 基于RANSAC算法的喀斯特地貌多视角倾斜航空影像特征精匹配
•     4.1.1 单应矩阵H基本原理
•     4.1.2 RANSAC算法精匹配原理
•   4.2 基于PROSAC算法的喀斯特地貌多视角倾斜航空影像特征精匹配
•     4.2.1 PROSAC算法原理
•     4.2.2 PROSAC算法估计单应矩阵及剔除粗差原理
•   4.3 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像特征匹配性能评价
•   4.4 实验与分析
•   4.5 本章小结
• 第五章 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像拼接研究
•   5.1 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像拼接误差来源
•   5.2 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像拼接线搜寻方法研究
•     5.2.1 动态规划方法搜寻最优拼接线
•     5.2.2 基于图割算法搜寻最优拼接线
•   5.3 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像融合方法研究
•     5.3.1 加权平均融合算法
•     5.3.2 多分辨率影像融合算法
•     5.3.3 喀斯特地貌多视角倾斜航空影像融合性能评价
•   5.4 实验与分析
•     5.4.1 影像拼接融合实验与分析
•     5.4.2 影像拼接融合性能评价
•   5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的科研成果
• 图清单
• 表清单

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 何志伟

导师: 王晓红

关键词: 拼接算法,多视角倾斜航空影像,特征匹配,完全仿射不变性,喀斯特地貌

来源: 贵州大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,自然地理学和测绘学,计算机软件及计算机应用

单位: 贵州大学

分类号: TP391.41;P931;P23

总页数: 94

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