倾斜摄影精度分析及优化方法研究

论文摘要

倾斜摄影技术通过高效的数据采集设备,并依托倾斜摄影自动化建模软件,可以快速对采集的数据进行处理,并输出模型成果。这种建模手段不但可以直观反映地表建筑实景的外观、位置、高度等属性,降低城市三维建模的经济和时间成本,而且可以保证生成的真三维模型的真实感。影像特征匹配是倾斜摄影建模的关键环节。Pix4D和Smart3D在空三解算过程中均采用SIFT算法进行特征匹配。但是由于SIFT算法运算时间久,并且为了进一步提高空三精度,本文提出一种基于Harris角点检测的优化特征匹配算法。在MATLAB仿真平台进行试验,证明了本文提出的优化算法影像匹配速度更快,影像匹配效果更好。由于倾斜摄影建模技术较为前沿,相关工程精度分析研究较少。本文依托日俄监狱旧址博物馆区域为工程背景,设计两组倾斜摄影模型精度分析试验:比较Pix4D和Smart3D两款后处理软件建模的精度,探究两款软件的工程应用场景;比较不同角度影像组对模型的精度的影响,验证倾斜角度影像组能够优化高程精度,对于模型侧面纹理信息捕捉更加精准。最后结合工程应用,以多组无人机航摄影像为实验对象,验证优化算法的稳定性,且证明该算法相比SIFT算法匹配效果更佳。本文主要工作及成果如下:(1)系统分析了倾斜摄影的技术流程和工作原理,详细阐述了特征匹配算法中的检测、描述、匹配的原理,并简要概括了特征匹配阶段的三种约束条件。(2)提出基于Harris角点检测的优化特征匹配算法,通过仿真实验研究验证了优化算法提取特征点数目最多,匹配阶段相比其他匹配算法匹配精度最高,并且可以解决在特征点较少环境或相似环境条件下,SIFT算法匹配效果较差的缺陷。(3)以大连市旅顺口区日俄监狱博物馆为研究区域进行倾斜摄影建模。比较Smart3D和Pix4D两款软件建成真三维模型精度,突出不同软件的优势;比较在Smart3D建模过程中采用不同角度影像组建模精度的差异,验证不同角度影像组优势互补,可以实现模型精度最优化。最后结合航摄工程应用影像,验证优化算法在缩放、旋转、光照变换下的稳定性。并且相比于SIFT算法,特征匹配效果更好。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 研究现状

1.2.1 倾斜摄影技术发展及研究现状

1.2.2 影像特征匹配发展及研究现状

1.3 论文结构与研究内容

2 倾斜摄影技术及影像匹配算法研究

2.1 无人机倾斜摄影技术研究

2.1.1 倾斜摄影测量技术原理

2.1.2 倾斜摄影后处理软件研究

2.2 影像匹配算法研究

2.2.1 SIFT算法

2.2.2 BRISK特征点检测算法

2.2.3 Harris角点检测算法

2.2.4 特征点匹配约束算法

2.3 本章小结

3 基于Harris角点检测的特征匹配改进算法

3.1 算法改进策略

3.2 优化算法基本原理

3.2.1 特征点检测

3.2.2 特征描述

3.2.3 特征匹配

3.2.4 RANSAC算法提纯

3.3 算法仿真研究

3.3.1 特征点检测算法试验

3.3.2 特征点匹配算法试验

3.3.3 影像匹配算法试验

3.4 本章小结

4 无人机倾斜摄影测量三维建模应用

4.1 倾斜摄影建模前期准备

4.1.1 实地踏勘

4.1.2 实验器材及航摄参数说明

4.1.3 像控点布设

4.1.4 无人机航摄

4.2 倾斜摄影建模软件建模应用

4.2.1 Pix4D建模应用

4.2.2 Smart3D Capture系统三维建模应用

4.3 倾斜摄影建模软件精度分析试验

4.3.1 不同软件建模精度分析

4.3.2 不同角度影像组建模精度分析

4.4 优化算法工程应用研究

4.4.1 算法工程应用稳定性试验

4.4.2 算法工程应用影像匹配试验

4.5 本章小结

5 结论与展望

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 裴礼栋

导师: 伊晓东

关键词: 倾斜摄影,真三维模型,精度分析,特征匹配

来源: 大连理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 自然地理学和测绘学,建筑科学与工程

单位: 大连理工大学

分类号: P231;TU198

DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.002775

总页数: 69

文件大小: 3005K

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