深度图像自动配准点云的方法研究

点云配准是三维激光扫描数据处理过程中不可或缺的一个环节,利用标靶进行配准是经典的手段之一,此类方案在单独扫描标靶的基础上进行半自动化配准。本文给出一种配准策略,利用中心投影原理将单站扫描的点云转换为深度影像,借助数字图像处理技术完成标靶的自动提取,拟合获得标靶中心点的坐标,并借用摄影测量学的知识实现点云的自动化配准。实验证明了本文方法的有效性。     

四元组标靶辅助下的RGB-D室内点云配准

面向室内弱纹理三维重建需求,本文以RGB-D摄影测量技术获取室内点云为基础,提出了四元组标靶辅助的点云配准方法。该方法首先通过阈值筛选大曲率点,自动识别邻接点云中的辅助标靶,然后采用随机采样一致性表达方法,拟合标靶参数及其中心坐标,并根据拟合参数匹配同名标靶中心,通过刚性转换完成邻接点云粗配准。在此基础上,迭代估算邻接点云间的重叠区域,优化点云间的配准参数,从而实现点云精配准。利用Kinect相机获取两类室内场景各12站点云对本文方法进行测试,试验结果表明,配准后的多站点云间距最大均方根误差优于一个采样间隔,证明了该方法在弱纹理室内点云配准中的可靠性。     

结合图像增强和恢复的增强现实跟踪注册

增强现实中的跟踪注册技术一直是研究的重点和难点,而地下矿道和巷道内亮度低,产生的图像较昏暗,车载相机快速运动和抖动,对传统的基于特征匹配的跟踪注册提出了挑战。本文从提高增强现实中跟踪注册稳健性和精度出发,采用基于Retinex改进的方法增强昏暗图像的亮度,同时利用基于对抗神经网络的方法恢复运动模糊图像。首先提取图像ORB特征,实现初始化;然后根据跟踪特征点的数量,开启图像增强和图像恢复线程,提高特征点提取质量和数量。在数据集和真实模拟场景下的试验结果显示,跟踪精度提高了12%左右,在低亮度和含有轻微模糊的情况下,跟踪注册稳健性也有显著提高。     

火星O2(a1Δg)气辉高光谱分辨辐射传输特性研究

1.27 μm波段的氧分子近红外气辉是火星大气最重要的气辉辐射之一, 该气辉高光谱分辨辐射传输模型的建立对于研制火星探测载荷, 反演火星大气的风场温度场与臭氧浓度, 以及研究火星空间物理, 有重要的科学价值与工程意义.在研究火星大气O₂(a¹Δ_g)气辉光化学反应模型的基础上, 提出了O₂(a¹Δ_g)气辉体辐射率的计算方法, 并建立了火星大气气辉辐射传输理论; 通过与用于研究火星大气特征的光谱学探测仪(Spectroscopy Spectrograph for the Investigation of Characteristics of the Atmosphere of Mars, SPICAM)的实测数据进行对比, 验证了所建立的火星O₂(a¹Δ_g)气辉高光谱分辨辐射传输模型的准确性; 针对火星与地球大气的O₂(a¹Δ_g)气辉, 在体辐射率、自吸收效应, 以及临边辐射光谱特性三个方面进行了系统深入的比较, 对比结果表明, 火星大气由于密度低、氧气丰度小, 其自吸收效应可以忽略不计, 但其O₂(a¹Δ_g)气辉辐射强度与地球大气相当, 可以用于火星大气的风场温度场与臭氧浓度的探测与反演.

     

数字检波器在地震勘探中的应用效果

随着地震勘探精度的要求和发展,对地震仪器和检波器的要求也不断提高,只有接收到来自地下的有效反射信号,尤其是深层的高频弱反射信号,才能通过室内处理达到提高勘探精度的目的。数字检波器具有直接输出数字、高保真矢量场、感应器倾斜校正等特点,其动态范围与目前最先进的地震仪器相匹配,对来自地下的地震波没有改造,真实地记录了地震波的特性。针对数字检波器的特性进行了系统试验,通过试验效果分析认为:在信噪比方面,单个数字检波器与单个普通检波器无明显的差别,但单个数字检波器的信噪比明显低于多个普通检波器组合的信噪比;在能量方面,单个数字检波器的能量相当于多个普通检波器组合的能量;在频率方面,教字检波器比普通检波器的频带宽,可以预测,数字检波器将广泛地应用于高分辨率地震勘探中。     

激光扫描多三维视图的全自动无缝镶嵌

三维激光扫描点云在建筑物场景配准中存在同名特征难以区分、投票匹配算法复杂度高等问题。为此,提出了一种基于平面基元组的建筑物场景点云自动配准方法。平面基元组被定义为具有近似相同法向量的点云面集合。该方法从点云中提取平面基元,根据平面法向量方向,划分平面基元组,然后借助基元组搜索同名平面,利用单位四元数法估计转换参数。实验结果表明,该方法适用于建筑物场景,能够实现点云的自动配准。     

高分辨率三维激光扫描数据的微小变形统计分析

地基三维激光扫描数据具有高精度、高空间分辨率的特点,能够改变传统的单点变形观测模式,使传统的点测量向“形测量”转化,因而大量的变形监测数据使得通过数学统计的方法探测变形量小于测量精度的微小变形成为可能。利用高分辨率三维激光扫描数据的微小变形统计分析方法,提出了基于反射值影像和BaySAC的拼接方法提高拼接精度;通过拟合方式提高整体分析精度,而影响拟合精度的主要因素为粗差,因此采用RanSAC算法剔除粗差,提高拟合的精度;然后利用格网化方法消弱偶然误差、修正拼接误差,最终得到变形量。采用建筑墙面及地铁隧道的点云数据进行了微小变形检测的实验,证明了该方法的有效性。     

联合GOCE轨道和梯度数据反演地球重力场模型

基于Fortran语言编写了一套恢复重力场模型的软件系统实现GOCE卫星。基于傅里叶展开式设计了一种重力梯度的滤波方法。分别对GOCE PKI轨道数据和引力梯度数据进行了反演计算,恢复了几个重力场模型。结果显示,GOCE轨道的反演能力约在120阶次以内;两极空白对梯度数据反演计算的影响大于轨道数据。联合2009-11-02一2010-O1-10共70 d的GOCE轨道数据和重力梯度数据恢复了一个200阶次的地球重力场模SWJTU2013GO,通过内外符合精度评定,判定了该模型的整体精度略低于ICGEM公布的同类型模型GO_CONS_GCF_2_TIM_R3.     

大气校正模型对多光谱水深反演影响的多维度分析

大气校正是水体定量遥感的基础与前提。本文从大气校正模型、大气校正模型参数、水体组分差异以及水深反演波段组合方式4个维度探讨大气校正模型对水深反演的影响。研究采用6S、FLAASH、ACOLITE与QUAC 4种大气校正模型,选取大陆型、海洋型与城市型气溶胶模式,以瓦胡岛西北侧与谢米亚岛周边浅水作为清洁水体研究区,以辽东浅滩与槟城海峡作为浑浊水体研究区,基于Landsat-8多光谱影像开展大气校正,并采用8种波段组合方式进行水深遥感反演。研究结果表明：（1）4种大气校正模型均可在一定程度上削弱大气对水体信号的影响;因参数选取以及研究区水体组分的不同,不同模型的校正结果存在一定差异;两类水体反射率峰值分别出现在蓝波段与绿波段;（2）6S大气校正模型鲁棒性较强,该模型因研究区水体组分发生变化导致对应的水深反演结果与其余模型相比波动较小;FLAASH模型在海洋型和城市型两种气溶胶模式水深反演结果在浑浊水体存在较为明显的差异,辽东浅滩浅水区平均相对误差相差7.9%;ACOLITE模型受水体类型影响显著且对浑浊水体具有优越性与稳定性,平均相对误差较FLAASH降低5.6%;（3）多波段水深反演精度普遍优于单波段,但反演精度与波段数目之间无显著的相关性;水深反演波段组合方式对不同研究区敏感性不同,清洁水体三波段模型的反演精度较好,浑浊水体中四波段模型的反演精度最优,平均相对误差较三波段模型降低达5.6%。     

海贝思”残留螺旋云带的中尺度暴雨成因分析

利用常规观测资料、NCEP 1°×1°再分析资料以及新一代天气雷达和区域自动站资料,对2014 年登陆热带气旋(TC“) 海贝思”减弱为热带低压(TD)后的残留云带造成的中尺度暴雨的成因进行了分析。结果表明:残余低压环流带来的强降水具有明显的中尺度特征,属于典型的台风螺旋云带中尺度雨团;西南和东南急流的暖式切变、辐合和辐散中心与高低层次级环流的耦合发展,均有利于螺旋云带中的中尺度系统发展。另外,分析利用单雷达反演热带气旋近中心风场的VAP 扩展应用方法反演的风场,进一步证实了残余低压的螺旋云带中存在明显的围绕TD 中心的中尺度螺旋结构,强降水主要由TD螺旋云带下的中尺度雨团产生。