GIS信息辅助的单影像立体量测

为解决数字城市建设中精细三维信息的快速获取难题 ,本文提出一种GIS信息辅助的单影像立体量测算法用于实现建筑物的三维数据获取。其思路为 :通过检校摄影机获取影像内方位元素主点坐标 (x0 ,y0 )和主距f,然后将单张影像中房屋轮廓线分为分别平行于X、Y、Z三个方向的三组特征线 ,计算各组特征线的合点 ,求取影像的三个外方位角元素A、α、κ以反推摄影姿态 ,再从二维GIS数据库中提取地面位置信息 ,结合实际距离解算模型比例因子λ ,在以上参数的基础上进行建筑物的立体量测获取建筑物的高度。针对现实建筑物的多样性 ,本文还讨论了面向复杂建筑物的量测方法。文章最后通过实验验证了该算法的可行性     

城区机载LiDAR数据与航空影像的自动配准

为解决机载LiDAR数据与航空影像集成应用中二者的配准问题,提出了一种机载LiDAR数据与航空影像配准的方法。首先,直接在LiDAR点云中提取建筑物3维轮廓线,通过将轮廓线规则化得到由两条相互垂直的直线段组成的建筑物角特征,并在航空影像上提取直线特征;然后,根据影像初始外方位元素将建筑物角特征投影到航空影像上,并采用一定的相似性测度在影像上寻找同名的影像角特征;最后,将角特征的角点当作控制点,利用传统的摄影测量光束法区域网平差解求影像新的外方位元素。解算过程中采用循环迭代策略。本方法的主要特点是,直接从LiDAR点云中提取线特征,避免了常规方法从距离图(或强度图)中提取线特征所产生的内插误差。通过与现有基于点云强度图的配准方法的对比实验表明,在低精度初始外方位元素的辅助下,本文方法能够达到较高的配准精度。     

基于单张遥感影像的城市建筑物高度提取研究

城市建筑物高度信息在城市监测、规划、管理以及各项城市经济活动中有着重要的应用,在分析建筑物阴影成像同太阳、卫星的几何关系基础上,给出利用单张遥感影像提取建筑高度信息的模型。该模型根据单张遥感影像上建筑物房顶角点与其阴影的长度来计算建筑物高度,并且提取的建筑物高度同实测值相比绝对误差在±1 m以内。该方法操作简单灵活、快捷高效,可应用于城市大规模建筑物高度信息的提取,具有较高的实用价值。     

一种倾斜影像外方位元素计算方法

提出一种利用相机POS数据和少量影像数据标定倾斜相机间位置关系并计算倾斜影像粗略外方位元素的方法。首先对选取的垂直和倾斜影像进行影像匹配,获得精确同名点坐标;然后垂直影像同名点对前方交会获得地面点坐标,接着倾斜影像后方交会获得其外方位元素;最后利用倾斜和垂直影像的外方位元素标定子相机间的相对关系,并根据相对关系求出所有倾斜影像的外方位元素。采用AMC580倾斜影像数据进行试验,结果表明:提出方法可求得所有倾斜影像的粗略外方位元素,并验证了外方位元素的直接对地定位精度,证明了该方法的可行性。     

利用地图与单影像进行建筑物三维重建的新途径

首先利用直接线性变换(DLT）、单影像空间后方交会确定影像方位元素的初值．然后利用影像上全部建筑物的直线（特别是建筑物的铅垂线)来确定影像方位元素的精确值．以达到对多栋建筑物同时建模的目的。     

基于广义点摄影测量的建筑物三维建模

本文利用影像上提取的直线信息建立建筑物的初始模型,根据已知的影像内外方位元素将初始模型投影到影像上,结合最邻近直线广义点平差迭代计算建筑物的位置参数与形状参数,实现建筑物的半自动三维重建。这种方法能够减少运算量,提高建模效率与建模精度。然后基于建筑物模型内部约束,给出了详细的带约束条件的建筑物广义点摄影测量平差模型,最后试验验证了其有效性。     

一种利用单张影像进行规则物体三维重建的方法

提出了一种以单张影像为基础,基于灭点几何原理、共线条件方程及共面约束条件,进行规则物体三维重建的方法。该方法通过影像中的3条两两垂直的直线,利用灭点几何原理得到了影像的方位角元素;利用解算的角元素及共线方程得到了摄影中心坐标;最后,利用解算的影像外方位元素及共面约束条件得到规则物体的三维几何模型。     

“针孔”模拟成像下的单航空影像与LiDAR点云配准

以摄影测量共线方程为严格配准模型,提出了一种引入针孔成像模拟过程的单张航空影像LiDAR点云配准迭代方法,共分为3个阶段:第一,利用航空影像内参数及初始外方位元素对LiDAR点云针孔模拟成像,生成与航空影像空间分辨率、几何形变相接近且具有相同幅面大小的透视影像-LiDAR深度影像;第二,以梯度互信息作为影像相似性测度依据,实施影像金字塔、分块处理策略实现LiDAR深度影像与航空影像几何变换参数快速估计,进而依据估计参数及LiDAR深度影像、激光脚点投影关系建立LiDAR点云航空影像概略相关;第三,以LiDAR点云影像概略相关下的近似同名像点为观测值,以像点梯度互信息为权重,实施摄影测量空间后方交会计算获得优化的影像外方位元素,生成新的LiDAR深度影像并重复上述过程,直至满足给定的迭代计算条件,实现单张航空影像与LiDAR点云数据的自动空间配准。实验表明,本文方法配准精度达亚像素级且自动化程度高。     

基于影像的地面激光点云数据分类

为了完成地面激光点云数据的分类工作,不同于传统方法利用点云的几何特性和辐射信息,本文利用非量测相机获取影像数据实现点云的分类。首先,通过相机检校获取相机的参数,从而得到影像内方位元素;然后,将影像与点云进行配准,计算出影像的外方位元素;最后,对上述参数进行优化,实现二维影像与三维点云信息的融合,进而完成点云分类。实验表明该方案可实现地面激光点云数据的分类。     

空间直角关系条件的拓展角锥体法影像解析

为实现对建筑物目标近景影像高效的解析,在角锥体法原理基础上提出拓展角锥体法.首先对影像上建筑物的空间直角关系进行分类,并提出空间直角关系理论.应用该方法对空间直角关系条件下影像内、外方位元素等影像参数分步解算.试验表明该方法具有较好解算效果和精度,无需附加控制条件,能够满足城市三维建模及地理信息数据采集的精度要求,适用于控制条件不足的非量测相机摄取的近景影像解析.     

基于DLT方法的非量测数码相机检校研究

普通数码相机在图像获取方面有着很多优势,但它是非量测化相机,不能用普通数字摄影测量方法对其数字图像进行处理。针对这一情况,本文提出了建立3维控制场对非量测数码相机进行检校,采用DLT（直接线性变换）方法计算出非量测数码相机的内外方位元素,实现非量测数码相机获取像对的可量测化。最后通过在黑龙江省地理信息产业园主楼区域建立3维控制场的试验,进行数据采集后获取了实际的3维模型。     

一种求解单像空间后方交会的监督学习方法

单像空间后方交会可描述为非线性最小二乘问题,不可导、法方程系数矩阵病态以及陷入局部极值是造成其数值过程不收敛的主要原因。不同地区的控制点空间分布不具相似性,若把同一地区同一组控制点之下数张已知外方位元素的像片看作一个样本集,则在给定每个外方位元素初值的前提下,可通过监督学习方法求取外方位元素的整体下降方向;而对于单像空间后方交会中因前述原因不收敛的情况,则可采用整体下降方向近似解算。以此为出发点,提出一种单像空间后方交会求解的监督学习方法,主要过程是:①训练阶段,利用监督学习过程,对同一测区内不同姿态像片所组成的样本集进行整体外方位元素的求解,得到该测区外方位元素的整体下降方向集合;②测试阶段,对该测区的任意像片,给定外方位元素的初值,直接采用训练阶段得到的整体下降方向集合进行外方位元素的迭代求解。对比试验表明,该方法在数值过程收敛性与初值依赖性上均表现出较强的优势,并能克服欧拉角法因法方程系数矩阵病态而无法收敛的情况。     

基于岭估计的SPOT影像外方位元素的解算方法

后方交会法解求 SPOT卫星影像的外方位元素时 ,其法方程系数矩阵经常产生很严重的病态 ,若用最小二乘法估计 ,参数解将明显偏离真值 ,甚至无法解得外方位元素。本文中提出了用最小二乘岭估计的方法解求外方位元素 ,实验证明这是非常有效的。     

2D地图的建筑物场景结构提取方法及其在城市增强现实中的应用

城市AR中,场景结构的自动获取,对自适应信息表达具有重要意义,是解决“层叠式”信息表现形式引发的信息指示不明、场景感知混乱等问题的关键步骤。然而,场景结构信息隐藏在场景图像中,直接提取十分困难。2D地图描述了地理实体的位置、轮廓和空间布局,可作为场景结构提取的先验信息。针对城市AR中场景结构获取难、效率低的问题,本文提出一种基于2D地图的建筑物场景结构自动化提取方法。在地理配准的基础上,首先根据2D地图中建筑物的轮廓和属性信息,构建场景图像语义分割的结构线索;然后将其作为过分割处理后场景图像合并的依据,生成多个包含语义信息的图像区域;最后根据图像区域与2D地图中建筑物轮廓之间的映射关系,提取出场景图像中的区域轮廓、场景深度和平面朝向等场景结构信息。试验选取了格拉茨地区32个建筑物场景进行测试。结果表明本文方法能实时地提取建筑物场景结构,且建筑物立面提取的质量明显优于对比方法。提取的场景结构能应用于城市AR多种自适应信息表达方法中,使信息标注更明确,遮挡关系更清晰。     

基于遥感影像的城镇建筑物分类

震害损失主要是由建筑物损毁造成的,对城镇建筑物进行有效分类可以做好震害风险防范,通过遥感影像信息提取的方法对建筑物进行分类能提高工作效率。采用多分割图层及多尺度分割技术,利用特征库阈值分类与样本最邻近分类相结合的方法对遥感影像建筑物进行信息提取及分类。分类结果精度评价表明该方法优于利用单一分割图层样本最近邻分类结果,可以用于城镇建筑物分类。根据建筑物分类结果对震害风险进行了划分。     

Image Pose Estimation Based on Procrustes Theory

This paper has established a high-precision hierarchical estimated pose parameters of image. Firstly, we select corresponding three image points of 3D points which constitute the largest area in image as a base, in order to estimate the depth and translate information; then based on the above method, we obtain the scale parameter of camera exterior information. And finally, the topic is transformed to a problem of estimating rotation relationship by vector, using Procrustes theory to obtain the best estimate of the angle elements of exterior parameters. The method can effectively solve problems which depth and coupling pose parameters cannot deal with. Experimental results show that this method of determining position and orientation parameter estimation model is of briefness, easy convergence and it can also achieve higher parameter estimation accuracy than the direct projection matrix factorization.     

基于单位四元数的单独像对相对定向

目前对单位四元数描述空间旋转的应用,基本上是将其转换成旋转矩阵的形式,而忽略了单位四元数描述空间向量旋转具有描述几何关系的直观性以及运算简洁的优势。基于此提出一种基于单位四元数的单独像对相对定向法,方法首先采用向量描述同名光线,然后利用单位四元数描述立体像对中左右影像同名光线的变换关系,建立单位四元数共面条件方程模型,再按照带有约束条件的间接平差原理进行最小二乘平差,确定相对定向元素。针对RC30航空影像和低空无人机影像采用单位四元数法分别进行单独像对相对定向实验,结果表明单位四元数相对定向方法计算精度较高,为解决摄影测量中坐标变换问题提供更多选择。     

倾斜摄影技术的单体塔式建筑物三维重建方法

针对塔式单体建筑物形状不规则导致三维模型构建失败,提出倾斜摄影技术的塔式单体建筑物三维重建方法. 选用消费型多旋翼无人机搭载单镜头的相机,通过环线拍摄的方式获取多视影像数据,通过ContextCapture软件对获取的多视影像数据进行处理,构建塔式建筑物的实景三维模型,利用外业控制点、纹理细节信息对生成的三维模型精度评定. 试验表明:环线航拍获取多视影像数据构建三维模型,精度较高、模型纹理信息缺失少、完整度高.      

高分辨率遥感影像建筑区域局部几何特征提取

及时准确地获取城市建筑区域的空间分布及其变化信息对于城市规划、空间地理数据库建设及区域社会经济分析具有重要意义。本文提出一种基于多尺度Gabor变换和感知聚类方法即张量投票TV (Tensor Voting)相结合的自适应局部几何不变特征检测方法,并将其应用于高空间分辨率遥感影像建筑区域提取。首先,考虑到高分辨率遥感影像复杂的几何结构特征,使用Gabor滤波器组对影像进行多尺度多方向变换检测奇异性特征。然后,在感知聚类框架下,根据张量投票理论将不同方向子带系数位置编码为相应的二阶对称方向张量,为了突出影像几何特征,对不同尺度、不同方向子带中任意像素位置方向张量使用滤波器响应系数加权并求和完成多尺度特征融合。再次,对张量特征分解得到点结构与线结构显著性图并使用非极大抑制提取相应角点和曲线等局部几何特征,同时生成约束准则筛选角点以确定建筑物坐标。最后,利用概率密度估计结合局部角点特征生成全局概率密度场描述影像中像素从属于建筑目标的概率,并使用最大类间方差法(Otsu)阈值分割自动提取居民地多边形区域。使用分辨率分别为0.49 m、0.98 m的Google Earth及0.8 m的高分二号等影像数据集进行实验,实验结果表明本文方法相对于已有的Harris和HSCD点检测算法,在建筑区域提取质量上(Quality)上分别提高了4.79%,5.96%;1.47%,3.76%和1.91%,4.08%。     

基于城市航空立体像对的全自动3维建筑物建模

城市建筑物3维建模是虚拟城市建设的关键技术之一。基于大比例尺航空立体像对提出3维建筑物建模方法。首先对2维边缘检测Canny算子进行改进，以期从城市航空影像中检测出较为精确的2维建筑物轮廓线。然后把改进的自适应最小二乘相关算法运用到金字塔匹配算法中，由于金字塔匹配算法中最为关键的问题是误差传递的有效控制，而以往的研究中尽管采用了多咱控制策略但效果不是很好，作者通过提出2种新的误差传播控制策略得到了较高精度的匹配结果。利用匹配生成的高精度3维信息对检测到的2维建筑物轮廓线进行3维插值，获得建筑物的3维信息，由此实现了建筑物3维建模。