隧道近景摄影测量影像解析与快速实现研究

发布时间：2017-07-01 05:14

  本文关键词：隧道近景摄影测量影像解析与快速实现研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：目前隧道变形监测方法还过多依赖传统的地面仪器测量方法,传统的技术途径存在劳动强度大的问题,同时在获取信息的准确性、全面性、及时性等方面也存在诸多技术局限,不能满足信息化变形监测的需求。随着数码相机的不断发展和数字近景摄影测量理论持续完善,人们开始利用数码相机与数字近景摄影测量技术相结合的方式进行工程应用研究。本文在总结前人研究成果的基础上将数字近景摄影测量技术引入隧道工程中,对整个作业流程中所需的关键技术进行了相关研究,并开发了相应的隧道近景摄影测量实验系统。本文主要进行的工作概括以下几点：(1)针对数码相机内方位元素未知、物镜畸变差大且不稳定的特点,研究普通数码相机成像的原理,编写数码相机的现场快速检校与标定程序。程序结果与现有商业相机标定软件结果对比,其精度可以达到商业软件水平,且程序在计算速度、标定影像适应性、运行硬件要求等方面具有明显优势。(2)针对隧道影像灰度相似性高、重复纹理特征多的特点,研究目前主流的影像特征点提取、匹配算法的适应性,通过实际隧道影像实验,对不同的特征点提取、匹配算法进行对比、性能评价。在SURF算法基础上融入RANSAC算法,解决SURF算法影像匹配错误率高的问题。分别使用隧道影像和卫星影像对两者结合后的匹配效果进行验证,实验结果表明,对SURF影像匹配结果进行RANSAC去噪,可以得到可靠性高的同名点对。(3)基于本文研究的理论算法,完善了隧道近景摄影测量作业流程,并开发设计了隧道近景摄影测量实验系统。该系统包括相机标定、影像特征点提取与匹配、影像量测解析、三维显示四个模块,并将系统在实际隧道工程中应用进行检验。
【关键词】：隧道近景摄影测量 影像解析 相机快速检校与标定 特征点提取 影像匹配 改进SURF算法 实验系统
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U452.1;P234.1
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 问题的提出11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 国外研究现状12-13
• 1.2.2 国内研究现状13-14
• 1.3 论文研究目的和意义14-15
• 1.4 论文章节安排15-16
• 第2章 近景摄影测量影像量测方法16-32
• 2.1 数字摄影测量坐标系16-20
• 2.1.1 常用坐标系16-17
• 2.1.2 坐标系间转换17-20
• 2.2 近景影像成像方式20-22
• 2.2.1 单像对影像20
• 2.2.2 多基线影像20-22
• 2.3 直接线性变换法22-24
• 2.4 单像后交—多片前交算法24-29
• 2.4.1 单像空间后方交会的初始值24-27
• 2.4.2 空间后方交会及前方交会解算27-28
• 2.4.3 精度分析28
• 2.4.4 可靠性分析28-29
• 2.5 光束法平差29-31
• 2.6 本章小结31-32
• 第3章 数码相机快速标定32-45
• 3.1 数码相机及其构像特性33-37
• 3.1.1 数码相机线性成像模型33-35
• 3.1.2 数码相机非线性成像模型35-37
• 3.2 标定程序设计与实现37-38
• 3.2.1 数码相机标定程序设计37-38
• 3.2.2 数码相机标定程序实现38
• 3.3 相机标定实验38-44
• 3.3.1 相机硬件选择38-39
• 3.3.2 相机标定结果分析39-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第4章 隧道影像特征点提取与匹配45-76
• 4.1 隧道特征点提取45-49
• 4.1.1 Moravec算子45-46
• 4.1.2 Harris算子46-48
• 4.1.3 Forstner算子48-49
• 4.2 隧道特征点匹配49-52
• 4.2.1 基于相关系数的灰度匹配49-51
• 4.2.2 最小二乘影像匹配51-52
• 4.3 改进的SURF特征点提取与匹配52-60
• 4.3.1 Hessian矩阵构造高斯金字塔尺度空间52-56
• 4.3.2 利用非极大值抑制初步确定特征点56
• 4.3.3 特征点描述符56-57
• 4.3.4 特征点匹配57
• 4.3.5 RANSAC去噪57-60
• 4.4 特征点提取与匹配算法分析60-75
• 4.4.1 特征点提取算法分析60-68
• 4.4.2 特征匹配算法分析68-75
• 4.5 本章小结75-76
• 第5章 隧道近景摄影测量实验系统设计与开发76-85
• 5.1 系统设计76-77
• 5.1.1 系统开发平台76-77
• 5.1.2 系统功能构架77
• 5.2 系统功能介绍77-80
• 5.2.1 数码相机标定模块77-78
• 5.2.2 影像量测解析模块78-79
• 5.2.3 特征点提取与匹配模块79-80
• 5.2.4 三维数据可视化模块80
• 5.3 系统应用80-84
• 5.3.1 实验方案80-81
• 5.3.2 实验过程81-84
• 5.4 本章小结84-85
• 总结与展望85-87
• 结论85-86
• 展望86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-92
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈振华;赵鸣;乔东梁;;一种基于近景摄影测量理论的地铁隧道变形监测方法研究[J];特种结构;2014年05期

2 陈强;刘丽瑶;杨莹辉;李艳娜;;基于双向近景摄影测量检测轨道平顺度的计算模型[J];铁道学报;2012年12期

3 李欣;李树文;王树根;任伟中;;数字近景摄影测量在高速公路边坡物理模型变形测量中的应用[J];测绘科学;2011年05期

4 张德海;梁晋;唐正宗;郭成;;基于近景摄影测量和三维光学测量的大幅面测量新方法[J];中国机械工程;2009年07期

5 柯涛;张祖勋;张剑清;;旋转多基线数字近景摄影测量[J];武汉大学学报(信息科学版);2009年01期

6 郑顺义;王志和;杨帆;余卉;王瑞瑞;;基于多视影像的三维数码城市快速自动建模方法的研究[J];红外;2007年04期

7 张祖勋;杨生春;张剑清;柯涛;;多基线-数字近景摄影测量[J];地理空间信息;2007年01期

8 田胜利;葛修润;涂志军;;隧道及地下空间结构变形的数字化近景摄影测量试验研究[J];岩石力学与工程学报;2006年07期

9 王国辉;马莉;杨腾峰;侯永会;;手持普通相机监测隧道洞室位移的研究与应用[J];岩石力学与工程学报;2005年S2期

10 周拥军,寇新建,任伟中;数字近景摄影测量在模型试验平面位移场测量中的应用[J];勘察科学技术;2004年05期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 金淼;赵永辉;谢雄耀;;基于OPENGL的隧道监测数据三维可视化表达[A];中国土木工程学会第十二届年会暨隧道及地下工程分会第十四届年会论文集[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 冯春;基于单目视觉的目标识别与定位研究[D];南京航空航天大学;2013年

2 肖振中;基于工业摄影和机器视觉的三维形貌与变形测量关键技术研究[D];西安交通大学;2010年

3 周拥军;基于未检校CCD相机的三维测量方法及其在结构变形监测中的应用[D];上海交通大学;2007年

4 李浩;水电工程近景数字影像技术的研究及应用[D];河海大学;2005年

5 刘亚文;利用数码像机进行房产测量与建筑物的精细三维重建[D];武汉大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 江威;基于OpenCV的立体图像三维重建关键技术实现[D];西安科技大学;2012年

2 朱郭勤;普通数码相机在隧道变形监测中的应用研究[D];西南交通大学;2012年

3 卜珂;基于SURF的图像配准与拼接技术研究[D];大连理工大学;2009年

4 孟海岗;基于平面约束的CCD相机标定方法改进[D];吉林大学;2009年

5 冯海涛;基于普通数码相机的隧道影像匹配研究[D];北京交通大学;2008年

6 张春美;特征点提取及其在图像匹配中的应用研究[D];解放军信息工程大学;2008年

7 田爱军;隧道断面数字近景摄影测量系统研究开发[D];北京交通大学;2007年

8 苍桂华;非量测数码影像的量测应用方法研究[D];河海大学;2005年

  本文关键词：隧道近景摄影测量影像解析与快速实现研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：504689