低空摄影测量航带重构及数据处理方法研究

正以无人机、飞艇为平台的低空数字摄影测量广泛运用于资源环境调查、城市规划、灾害应急监测等领域。相比传统的航空航天摄影,低空摄影在平台、飞行高度、传感器、摄影姿态等方面存在较大差异,以及平台飞行过程中易受气流等外力影响,给获取的影像带来覆盖面积小、像幅数多、重叠度不规则、旋偏角大等问题。同时,快速响应是低空摄影测量的一大优势,高自动化、快速处理影像数据十分重要。因此,低空摄影测量对可靠、高效、自动地数据处理提出了更高的要求,传统航空摄影测量方     

顾及影像拓扑的SfM算法改进及其在灾场三维重建中的应用

快速、准确的大场景影像三维重建技术可为灾害应急响应和灾情评估提供重要的决策依据。本文针对运动恢复结构(SfM)算法效率低的问题,提出了一种顾及影像拓扑关联关系的拓扑-运动恢复结构(TSfM)算法。TSfM算法利用低空无人机(UAV)自身的飞控记录构建影像拓扑关联关系,缩小了特征匹配时的影像搜索范围,与传统SfM算法相比,影像匹配的时间复杂度由O(n2)降低为O(n)。实验结果表明,TSfM算法实现了基于无人机影像序列的灾场快速三维重建,重建模型的相对精度与SfM算法的重建精度一致。将该方法用于四川芦山地震UAV影像三维重建,可检测出地震滑坡体及其形态信息。     

无人驾驶飞艇低空遥感影像的几何处理

介绍了基于无人驾驶飞艇的低空遥感系统的组成及技术指标,详细论述了飞艇按航线自动控制飞行、遥感影像自动获取,以及低空遥感影像匹配、相对定向、区域网平差、全景图和正射影像生成等处理与分析.试验结果说明,低空遥感系统可以满足大重叠度、高分辨率立体影像获取的需求,在大比例尺测图、精细三维重建等领域具有广阔的应用前景.     

一种适用于低空影像的数字表面模型自动获取方法

无人飞行器系统获取的低空影像数据往往倾角大、像幅小且重叠度不规则,同时在灰度与比例尺上可能不一致.针对其特点,提出了一种适用于低空影像的数字表面模型自动获取方法.首先,采用影像水平纠正、构建金字塔、Wallis滤波以及Harris特征提取等方法对低空影像进行匹配预处理;然后,对经预处理的多级影像采取由粗到精的匹配,再基于低空影像高重叠度的特点进行三视检核以剔除误匹配点;最后采用近邻内插生成规则格网的数字表面模型.试验表明,该方法有效可行,生成的数字表面模型产品精度较高,对于改进现有的生产流程具有一定的实际意义.     

基于控制点约束影像的密集匹配及其在考古发掘中的应用

针对大场景考古挖掘现场的三维重建情况,选取半全局匹配策略作为研究基础,设计了一种基于附加控制点约束的半全局匹配算法进行序列影像密集匹配。将稀疏匹配中的特征提取和匹配技术用于提取初始特征,并由这些初始特征转化的同名特征点,生成视差空间影像中的视差控制点,以此作为一种可靠的约束,提高其密集匹配的精度。同时,采用影像分块的策略,将原始大核线影像分成若干对小核线影像,进行密集匹配,以达到提高计算效率,改善计算结果的目的。实验证明,该方法可实现大面积考古挖掘现场的快速三维重建,并且能够在进行文物形态三维重建的同时获取挖掘现场文物分布的正射影像平面图,为准确记录挖掘现场文物分布位置及考古发掘、调查及遗址保护规划编制等提供科学依据。     

一种无人机影像实时增量平差镶嵌算法

当前无人机已成为空间信息获取的重要手段,可作为航空摄影测量系统的有益补充。但无人机数据量大、姿态稳定性差、排列不规则等缺点给快速处理带来较大难题。本文利用运动恢复结构SFM方法中的增量平差技术,借助初始POS实现无人机影像的快速实时处理,并利用GPU技术对平差后影像进行实时纠正和虚拟镶嵌展示。试验表明,增量平差和实时纠正镶嵌技术能大大缩短影像处理时间,可满足灾害应急响应时对影像进行实时处理、快速获取现场灾情信息的需求。     

面向序列影像的三维场景重建方法

针对序列影像三维场景重建过程中存在的自动化程度不高、模型精度不够等问题,该文提出了一种基于序列影像的三维场景重建方法。该方法利用尺度不变特征变换算子获得了大量稳定的特征点后,结合K-D树搜索策略以及随机抽样一致性误匹配剔除方法得到稳定的匹配点对,然后采用稀疏光束法平差获取序列影像的相对位置姿态参数,最后采用多视密集匹配方法实现场景目标的密集重建。实验结果表明:该文所提方法可以快速得到准确、完整的三维重建结果。     

基于多种测绘装备协同工作在 白河滑坡灾害中的应用

无人机低空摄影测量技术在应对各类地质灾害方面有着明显优势。本文以安康市白河县茅坪镇山体滑坡灾害为例,介绍了灾害应急中两大无人机系统以及IBIS微形变监测设备所发挥的巨大作用,阐述了无人机飞行设计、现场快速影像处理技术、灾区三维模型构建技术以及潜在危险区域形变量实时监测,并通过获取的数据成果对灾情进行了分析。     

应急响应中PixelGrid无人机遥感数据处理的关键技术与应用

随着数字摄影测量技术的发展,低空无人机摄影方式得到了很大的重视。在灾害应急领域,可帮助获得受灾地区高质量的正射影像图、DEM和全景图等产品,及时获取灾区的准确信息,为救灾减灾提供方便。而考虑到无人机摄影不同于常规摄影方式,需要在提高大量数据的处理速度的前提下,也能保证处理成果的精度符合应用要求。本文以高分辨率遥感影像一体化测图系统（PixelGrid）为依托,介绍对灾情发生后获得的影像数据进行快速处理的相关方法、实现技术及应用。     

超轻型飞机低空数码遥感系统在汶川地震中的应用

介绍了以超轻型飞机为平台的数码遥感系统,利用4K×5K面阵CCD相机获取汶川大地震受灾区域低空大比例尺真彩色数字航空影像,具有高分辨率、高成像质量优势,可以弥补传统航空摄影技术的薄弱环节,对机场和天气条件的依赖性小,并有方便计算机管理、处理快速、低成本的特点,是低空小面积区域、应急测绘服务与保障的重要技术手段。该系统被广泛应用于受灾小城镇、村庄的影像快速获取,主要承担面向灾情调查正射影像图（DOM）生产和灾后重建1：2000测图,成果质量良好,分辨率高,影像信息丰富,对灾情的判读更精确细致,可以查看到房屋倒塌,乃至砖瓦受损、桥梁损毁、道路坑陷等细节,同时也对泥石流、滑坡、堰塞湖等有清晰表现,可以满足灾害以及日常测绘需要。     

基于物方几何约束的多视匹配算法研究

影像匹配是航空影像数据自动空三处理的关键技术之一。为充分利用三线阵影像信息及纹理信息,文中针对ADS40影像采用一种利用像方和物方信息进行约束的多视匹配方法,此算法能同时处理3张及3张以上的影像,大大加快匹配效率,为自动空三提供有效的连接点及为提取DSM提供高精度密集匹配点。     

倾斜影像的三维纹理快速重建

针对三维城市模型重建,提出了一种利用倾斜影像实现城市模型纹理快速重建的方法。该方法基于摄影测量计算机视觉理论,在事先处理得到城市建筑物数字表面模型的基础上,利用共线方程计算物方与像方的几何投影关系,获得建筑物的三维信息与纹理信息。通过一定的最优算法选择出地物面的理想纹理,实现城市建筑物纹理的自动提取及稠密建筑物纹理的遮挡处理。真实影像纹理重建的结果表明:应用本文方法进行三维城市模型纹理重建具有自动化程度高、效果逼真、成本低的特点,为快速、大面积的城市真三维模型纹理重建提供了一种有效的实现途径。     

基于SIFT的宽基线立体影像密集匹配

提出基于对极几何和单应映射双重约束及SIFT特征的宽基线立体影像多阶段准密集匹配算法。算法包括三个阶段：①基于特征点的空间分布和信息熵选取一定数量的最优SIFT特征点集并进行最小二乘初始稀疏匹配及立体像对的基本矩阵和单应矩阵估计;②对于其余特征,利用同名核线倾斜角及SIFT特征的尺度信息对匹配窗口的仿射变换参数进行迭代优化及变形改正、提取仿射不变SIFT特征描述符,并基于双重约束信息及欧氏距离测度进行匹配;③考虑宽基线立体影像较低的特征提取重复率,对第②步左右影像中未能成功匹配的特征点,基于双向搜索策略,采用基于盒滤波加速计算的SSD测度在变形改正后的双重约束区域中进行匹配,并对匹配结果进行加权最小二乘拟合定位。实际的宽基线立体影像试验结果证明了算法的有效性,可为后续的三维重建提供较为可靠的密集或准密集匹配点。     

面向地震应急调查的遥感应用现状及趋势分析

地震是一种会造成人类生命财产重大损失的突发性自然灾害,震后第一时间启动应急响应并开展灾情的快速评估能有效地减轻地震灾害带来的破坏。空间对地观测技术为宏观性的地震应急与调查工作提供了便捷、经济的途径,随着空间对地观测技术与数据处理技术的不断发展,各国学者对遥感应急调查开展了大量深入的研究工作,相关研究成果已广泛地应用于地震应急的实际工作中。但是,遥感数据类型与处理技术的多样化也带来了应急信息的散乱,导致遥感快速应急响应系统性不强,使得应急服务不持续,一定程度上限制了遥感技术的效能;为此,针对现阶段遥感技术在地震应急调查中的应用情况,在总结地震应急调查常用遥感技术手段的基础上,分析了遥感快速应急响应面临的技术挑战,重点梳理了地震应急不同阶段对遥感数据及应急专题产品产出类型与时效性的现实需求,结合震后灾区影像数据的情况,系统地分析了光学、雷达、激光雷达遥感技术在地震应急调查应用中的技术现状与存在的问题。在实际地震应用案例分析的基础,总结剖析遥感应急工作存在的问题,并重点从海量数据快速处理、震害信息智能化提取、多源数据协同分析3个技术层面论述了遥感地震应急面临的核心困难,基于此,结合在轨数据实时、海量数据快速处理就灾情智能化识别的多技术联合、多源数据协同分析、发展敏捷卫星等几个方面论述了未来遥感技术在防震减灾中的发展趋势,以期推动遥感监测手段提供动态、实时、持续的空间信息应急服务能力,提高地震应急工作的快速响应、精细化与业务化应用能力。本文的研究可以为多源遥感技术在地震应急调查中的科研及业务应用提供很好的参考,更高效的发挥遥感技术在防震减灾工作中的应用能力与水平。     

倾斜航空影像的城市建筑物三维模型构建研究

针对当前城市建筑物三维模型构建的需要,本文提出一套利用无人飞艇载四组合特宽角相机同时实现高精度空中三角测量和建筑物景观三维建模的技术路线。一方面通过基于四相机重叠影像自动匹配的自检校,达到设备轻小型化条件下的精密等效中心投影构像,用以支持高精度空中三角测量;另一方面,通过自检校的4个方向倾斜的相机,达到一次飞行同时获得四方向建筑物侧面影像的目的,为城市景观的三维表达、精细建模和可视化提供一种新的、快捷的技术方案。     

Towards 3D map generation from digital aerial images

This paper describes the fusion of information extracted from multispectral digital aerial images for highly automatic 3D map generation. The proposed approach integrates spectral classification and 3D reconstruction techniques. The multispectral digital aerial images consist of a high resolution panchromatic channel as well as lower resolution RGB and near infrared (NIR) channels and form the basis for information extraction.Our land use classification is a 2-step approach that uses RGB and NIR images for an initial classification and the panchromatic images as well as a digital surface model (DSM) for a refined classification. The DSM is generated from the high resolution panchromatic images of a specific photo mission. Based on the aerial triangulation using area and feature-based points of interest the algorithms are able to generate a dense DSM by a dense image matching procedure. Afterwards a true ortho image for classification, panchromatic or color input images can be computed.In a last step specific layers for buildings and vegetation are generated and the classification is updated.     

融合SIFT与SGM的倾斜航空影像密集匹配

针对倾斜航空摄影特点与匹配处理要求,提出了融合尺度不变特征转换SIFT与半全局匹配SGM的倾斜影像密集匹配方法,包括两个阶段:(1)引入局部二阶矩变换的SIFT倾斜影像稀疏匹配。利用与二阶矩特征值有关的Hessian-Gabor算子提取影像初始特征,通过窗口二阶矩变换及椭圆归一化处理去除特征邻域的仿射变化,使得改进SIFT的特征描述符仿射不变性大大增强,满足宽基线倾斜像对稳健匹配要求的同时并能获得较多的匹配特征作为后续SGM优化计算的路径约束条件;(2)路径受限优化下的SGM倾斜影像密集匹配。以倾斜影像SIFT成功匹配像素的互信息为约束,对SGM的动态规划路径进行分段纠正,减小错误匹配代价的传播并加速最优路径搜索过程;以匹配像素的离散视差信息为基础,基于TPS变换生成良好初始视差图,以提高SGM互信息计算的可靠性并提高计算效率;对理想水平像对下的摄影测量水平核线重排过程进行扩展,整体旋转摄影基线以消除分量BX,BY的影响并建立虚拟"水平"像空间辅助坐标系,从而利用相对定向参数生成沿扫描线方向的"水平"核线影像以满足SGM应用要求。倾斜影像密集匹配试验结果证明了算法的有效性,可为后续摄影测量DSM自动生成或3维快速重建工作提供可靠、逐像素的密集匹配点。