基于无人机倾斜摄影的三维长城建模技术研究与应用
发布时间：2021-10-05 00:31
随着无人机摄影测量技术的日益成熟,基于倾斜摄影测量构建三维模型的作业方式正在考古复现等领域发挥巨大的作用。倾斜摄影测量使用多摄像头拍摄,能够得到目标物多角度的影像,提取到目标物侧面纹理信息。使用摄影测量软件处理后最终可生成带有真实纹理信息的实景三维模型,在各领域获得广泛应用。经过张家口长城遗址普查,张家口境内分布着长达1400多公里的长城。调查显示,张家口地区的长城遗址分布散乱,种类繁多,人为破坏与自然风化日益加剧,所以对于张家口境内长城遗址开展保护工作势在必行。为了有效保护长城及更好的展示长城,本研究主要目标是使用无人机倾斜摄影技术建立张家口崇礼区长城部分区域三维模型,随后将其应用在三维长城地理信息系统中,使张家口长城管理部门通过该系统实现长城的三维展示、信息查询、空间分析等功能,同时以三维的方式将长城的更多细节向社会展示,对于长城的保护和研究具有指导作用和实际价值。本文首先研究基于无人机倾斜摄影的建模方法,然后依靠无人机平台获取到张家口崇礼区古长城区域倾斜影像作为实验数据,对试验区长城三维建模,并对模型进行精度评价和复杂度分析,之后对三维长城模型采用人工交互方式进行性能优化和效果修...
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
尺度空间局部极值检测在空间轴上通过比较找到采样点的最大值或最小值时，则将该点作为该尺度下的极值
基于无人机倾斜摄影的三维长城建模技术研究与应用8尺度不变特征变换算法是一种在多视影像中针对部分特征进行测算描述的算法，极值点的位置，尺度和旋转的不变性可以在空间中被该算法保证一定尺度的情况下提取出来，从而减少误差。基本步骤如下：首先进行尺度空间的极值检测，需要最大程度上提取数据在非相同尺度中的表现点，这就先去构建尺度空间，借助尺度连续函数将不同的尺度分出来，从而确定尺度不变的特征。之后在构建的比例空间中，极值点的获得通过在全部的采样点预期相同尺度和两个相邻尺度的点的比较获取[21]，该空间局部如图2.1所示。图2.1尺度空间局部极值检测在空间轴上通过比较找到采样点的最大值或最小值时，则将该点作为该尺度下的极值点即特征点，以此方法即可确定尺度空间中的极值点。定位关键点在构建的空间中找到的特征点处于相互孤立的状态，对边缘和噪声具有相当的敏感度，不能保证匹配的稳定性。可以选择使用三维二次函数处理的方法来避免噪声的干扰获得更精确的定位和标准。该方法可以有效去除对比度低的点和波动的边缘响应点，并且还增强了匹配稳定性并对抗噪性能有一定的加强效果，使用该方法对我们构建的空间内的DOG函数按照三维二次处理，以获取整体抗噪性的提升[22]。接下来需要保证关键点位置的准确性，它的方位被确定后，它就不会再发生旋转。在得到关键点梯度的准确位置后，其大小及方向使用直方图来表示。在对主方向进行确认后，为了增强匹配结果的稳定性，还会给关键点增加一个辅方向[23]，如图2.2所示。图2.2特征点描述符的生成接下来将尺度和方向等信息添加进去，我们需要为建立不一样的特征描述符在特征点上，为了将信息描述出来我们选择向量的形式，我们一般按照如下步骤得到特征描述符：
北华航天工业学院硕士学位论文9首先旋转η度以特征点为基点绕其邻域，关键点方向由η代表，避免在旋转的时候发生畸变，接着在特征点周围选择最近的64个的小正方形，将64个邻域窗口分为8个区域，最后，每个特征点的周围有四个新的点出现，同样若是有16个点生成，就能够使用128维的特征描述符对关键点进行描述，如图2.3所示。图2.3特征点描述符的生成2.2.3光束法空中三角测量光束法空中三角测量原理是将试验区实际设置的控制点坐标结合特征匹配过程中获取的连接点，在地面坐标系中配准所有影像区域，从而得到每张影像的精准属性等。作为倾斜摄影测量解算过程中最关键的一步，其空中三角测精度直接决定模型的成品质量。其基本的公式为一个共线条件相关的方程，即像方点、摄影中心、物方空间三点在同一条垂直线上，建立从一个像方点的空间开始到摄影中心再到另一个物方空间的一个相关共线条件方程。该算法采用地面控制点和摄影中心之间的数据采集相结合的计算方式，通过加密算法获取连接点的地面控制坐标[23]。首先在执行空中三角测量时需要地面坐标体系中添加机载POS、控制点数据等倾斜摄影测量以外的信息，之后通过平差模型，保证在影像上获取到的外方位元素没有误差，从而得到下一步匹配过程需要的连接点[24-25]，示意图如图2.4所示。图2.4空中三角测量示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SuperMap的三维规划辅助系统设计与实现[J]. 赵跃. 北京测绘. 2019(11)
[2]三维基础地理信息系统在抽水蓄能电站建设规划中的运用[J]. 徐艳群,丛中方,钱志强,吕恰旭,苗忠艳. 电子技术与软件工程. 2019(21)
[3]无人机倾斜摄影测量技术在城市三维建模中的应用探讨[J]. 倪炜. 中国地名. 2019(10)
[4]大载荷无人机平台设计与选型[J]. 宋文杰,罗子乐. 工程建设与设计. 2019(18)
[5]倾斜航空摄影空中三角测量技术及精度分析[J]. 秦玉刚,李晓诗. 北京测绘. 2019(09)
[6]基于同步POS与航摄仪的无人机光束法平差方法的研究[J]. 姚睿,赵峻天. 科技创新导报. 2019(21)
[7]改进SIFT算法结合两级特征匹配的无人机图像匹配算法[J]. 邵进达,杨帅,程琳. 计算机科学. 2019(06)
[8]一种用于三维重建的多视图前景目标自动分割算法[J]. 朱正伟,张静,饶鹏,陈忻. 计算机应用与软件. 2019(06)
[9]基于SuperMap的二三维一体化城乡规划设计技术研究[J]. 罗瑶,汤放华,莫文波,易海. 城市学刊. 2019(03)
[10]基于改进图割的遥感图像水体自提取算法[J]. 杜钰娇,徐嘉,刘盛英杰. 计算机工程与设计. 2019(05)
硕士论文
[1]基于无人机倾斜影像的三维模型纹理映射方法研究[D]. 王晓坤.山东建筑大学 2019
[2]基于非线性尺度空间的图像特征提取与匹配算法研究[D]. 马晓珂.河南大学 2019
[3]基于低空无人机影像特征的匹配策略研究[D]. 张小宇.西安科技大学 2019
[4]WebGIS三维实景地图在城市规划管理中的应用研究[D]. 李小敏.西安科技大学 2019
[5]多视图三维重建特征点检测匹配和点云区域裁剪算法改进[D]. 普阳光.河南大学 2018
[6]基于Smart3D软件的无人机倾斜摄影三维建模及精度评价[D]. 郑盼.成都理工大学 2018
[7]倾斜摄影影像采集与预处理方案的优化研究[D]. 凌毅力.昆明理工大学 2018
[8]面向多视图三维重建的纹理映射方法[D]. 朱礼楠.浙江大学 2018
[9]基于EV-Globe的航天任务三维显示技术研究[D]. 罗丽娟.哈尔滨工业大学 2017
[10]基于EV-Globe室内外空间一体化的虚拟校园系统设计[D]. 李留磊.河南理工大学 2017
本文编号：3418640
【文章来源】：北华航天工业学院河北省
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
尺度空间局部极值检测在空间轴上通过比较找到采样点的最大值或最小值时，则将该点作为该尺度下的极值
基于无人机倾斜摄影的三维长城建模技术研究与应用8尺度不变特征变换算法是一种在多视影像中针对部分特征进行测算描述的算法，极值点的位置，尺度和旋转的不变性可以在空间中被该算法保证一定尺度的情况下提取出来，从而减少误差。基本步骤如下：首先进行尺度空间的极值检测，需要最大程度上提取数据在非相同尺度中的表现点，这就先去构建尺度空间，借助尺度连续函数将不同的尺度分出来，从而确定尺度不变的特征。之后在构建的比例空间中，极值点的获得通过在全部的采样点预期相同尺度和两个相邻尺度的点的比较获取[21]，该空间局部如图2.1所示。图2.1尺度空间局部极值检测在空间轴上通过比较找到采样点的最大值或最小值时，则将该点作为该尺度下的极值点即特征点，以此方法即可确定尺度空间中的极值点。定位关键点在构建的空间中找到的特征点处于相互孤立的状态，对边缘和噪声具有相当的敏感度，不能保证匹配的稳定性。可以选择使用三维二次函数处理的方法来避免噪声的干扰获得更精确的定位和标准。该方法可以有效去除对比度低的点和波动的边缘响应点，并且还增强了匹配稳定性并对抗噪性能有一定的加强效果，使用该方法对我们构建的空间内的DOG函数按照三维二次处理，以获取整体抗噪性的提升[22]。接下来需要保证关键点位置的准确性，它的方位被确定后，它就不会再发生旋转。在得到关键点梯度的准确位置后，其大小及方向使用直方图来表示。在对主方向进行确认后，为了增强匹配结果的稳定性，还会给关键点增加一个辅方向[23]，如图2.2所示。图2.2特征点描述符的生成接下来将尺度和方向等信息添加进去，我们需要为建立不一样的特征描述符在特征点上，为了将信息描述出来我们选择向量的形式，我们一般按照如下步骤得到特征描述符：
北华航天工业学院硕士学位论文9首先旋转η度以特征点为基点绕其邻域，关键点方向由η代表，避免在旋转的时候发生畸变，接着在特征点周围选择最近的64个的小正方形，将64个邻域窗口分为8个区域，最后，每个特征点的周围有四个新的点出现，同样若是有16个点生成，就能够使用128维的特征描述符对关键点进行描述，如图2.3所示。图2.3特征点描述符的生成2.2.3光束法空中三角测量光束法空中三角测量原理是将试验区实际设置的控制点坐标结合特征匹配过程中获取的连接点，在地面坐标系中配准所有影像区域，从而得到每张影像的精准属性等。作为倾斜摄影测量解算过程中最关键的一步，其空中三角测精度直接决定模型的成品质量。其基本的公式为一个共线条件相关的方程，即像方点、摄影中心、物方空间三点在同一条垂直线上，建立从一个像方点的空间开始到摄影中心再到另一个物方空间的一个相关共线条件方程。该算法采用地面控制点和摄影中心之间的数据采集相结合的计算方式，通过加密算法获取连接点的地面控制坐标[23]。首先在执行空中三角测量时需要地面坐标体系中添加机载POS、控制点数据等倾斜摄影测量以外的信息，之后通过平差模型，保证在影像上获取到的外方位元素没有误差，从而得到下一步匹配过程需要的连接点[24-25]，示意图如图2.4所示。图2.4空中三角测量示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SuperMap的三维规划辅助系统设计与实现[J]. 赵跃. 北京测绘. 2019(11)
[2]三维基础地理信息系统在抽水蓄能电站建设规划中的运用[J]. 徐艳群,丛中方,钱志强,吕恰旭,苗忠艳. 电子技术与软件工程. 2019(21)
[3]无人机倾斜摄影测量技术在城市三维建模中的应用探讨[J]. 倪炜. 中国地名. 2019(10)
[4]大载荷无人机平台设计与选型[J]. 宋文杰,罗子乐. 工程建设与设计. 2019(18)
[5]倾斜航空摄影空中三角测量技术及精度分析[J]. 秦玉刚,李晓诗. 北京测绘. 2019(09)
[6]基于同步POS与航摄仪的无人机光束法平差方法的研究[J]. 姚睿,赵峻天. 科技创新导报. 2019(21)
[7]改进SIFT算法结合两级特征匹配的无人机图像匹配算法[J]. 邵进达,杨帅,程琳. 计算机科学. 2019(06)
[8]一种用于三维重建的多视图前景目标自动分割算法[J]. 朱正伟,张静,饶鹏,陈忻. 计算机应用与软件. 2019(06)
[9]基于SuperMap的二三维一体化城乡规划设计技术研究[J]. 罗瑶,汤放华,莫文波,易海. 城市学刊. 2019(03)
[10]基于改进图割的遥感图像水体自提取算法[J]. 杜钰娇,徐嘉,刘盛英杰. 计算机工程与设计. 2019(05)
硕士论文
[1]基于无人机倾斜影像的三维模型纹理映射方法研究[D]. 王晓坤.山东建筑大学 2019
[2]基于非线性尺度空间的图像特征提取与匹配算法研究[D]. 马晓珂.河南大学 2019
[3]基于低空无人机影像特征的匹配策略研究[D]. 张小宇.西安科技大学 2019
[4]WebGIS三维实景地图在城市规划管理中的应用研究[D]. 李小敏.西安科技大学 2019
[5]多视图三维重建特征点检测匹配和点云区域裁剪算法改进[D]. 普阳光.河南大学 2018
[6]基于Smart3D软件的无人机倾斜摄影三维建模及精度评价[D]. 郑盼.成都理工大学 2018
[7]倾斜摄影影像采集与预处理方案的优化研究[D]. 凌毅力.昆明理工大学 2018
[8]面向多视图三维重建的纹理映射方法[D]. 朱礼楠.浙江大学 2018
[9]基于EV-Globe的航天任务三维显示技术研究[D]. 罗丽娟.哈尔滨工业大学 2017
[10]基于EV-Globe室内外空间一体化的虚拟校园系统设计[D]. 李留磊.河南理工大学 2017
本文编号：3418640
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