基于高光谱成像的地物三维模型重构关键技术研究

发布时间：2020-03-25 11:48

【摘要】：地物目标模型重构是根据地物目标的特性进行建模,将虚拟仿真和真实目标相对应。通过计算机图形图像学和遥感光学构建地物几何模型和光学模型,使得仿真模型与真实物体在几何、光学等特性上对应,较多地保存目标的特征信息。该课题有助于深化光学遥感目标特性研究,促进遥感多维信息提取和融合技术的发展,为新型仪器的研制提供分析和验证手段。传统地物目标模型重构的方法对地物种类繁多、几何形状多变、光谱特性辨识度高的高分辨率遥感场景,存在地物分类误差和材质映射错误,且测量工作量大,使得空间光谱难以准确对应,无法达到精细建模的要求,仿真结果模型实用性不高。针对新型高光谱遥感器亟需满足对地高精度高分辨率测量需求和当前地物目标模型重构的数据测量工作量大且无法精细建模的现状,论文对基于高光谱成像的地物模型仿真原理和关键技术进行了研究。利用光谱图像数据中每个像元与其光谱数据相结合的特点,提出将双向反射率函数扩展为按像元分布的空间变化双向反射率;结合不变尺度特征检测和匹配方法确定光谱图像序列中目标的特征匹配点;通过运动恢复结构的方法计算所有特征匹配点对应的空间点和光谱仪拍摄位置的三维坐标,采用随机抽样一致性估计和光束平差法对结果进行优化,获得目标几何模型。利用光谱图像的特点,获得每个特征像元点双向反射率因子值,计算每个特征空间点与光谱仪拍摄位置之间的方向向量确定特征点双向反射率方向;集合所有特征点双向反射率因子值和方向,获得目标稀疏空间变化双向反射率分布,最终完成地物的三维模型重构。最后,针对星载遥感器在轨运行时仪器物理参数变化和外太空运行环境的特殊性,设计并完成星载遥感器在轨仪器线形函数测量更新和指向误差校正等功能的仿真。实验结果表明,基于高光谱图像序列的方法可快速获得目标三维几何模型和空间变化双向反射率分布,并使得对目标光学特征建模精细到以像元为单位。该方法具有较好的实操性,自动便捷地重建目标物的三维模型,并使得目标几何模型能够与反映目标物理属性的光学模型相融合。另外,文中提出的星载遥感器在轨仪器线形函数测量更新和指向误差校正的方法效果良好,解决了实际遥感器在轨参数标定的问题。论文的研究结果为重大新型遥感仪器的设计和目标精准探测的遥感应用提供了重要参数和评估手段。
【图文】：

＾ＴｆＴ７邋Ｉ邋＾逦■媂逡逑岕射仿真结果逡逑图１．１典型的光学遥感成像仿真系统应用模型逡逑值得一提的是，从２１世纪开始，基于计算机的图形图像处理技术得到较大的逡逑进步，很多图形图像处理方法相继被学者提出，基于计算机视觉和图形学处理技术，逡逑可以将仿真目标可视化，并进一步仿真获得目标逼真的三维几何模型。２００４年，逡逑Ｌｏｗｅ［５］对其早先提出的ＳＩＦＴ特征检测与匹配法进行了优化，由于ＳＩＦＴ算子不变逡逑尺度特点使得基于ＳＩＴＦ算子处理得到的单张图片上的特征点非常多，至此，国内逡逑外学术界拉开了基于图像重建物体三维模型的热点研究序幕。２００６年，Ｓｎａｖｅｌ／】逡逑等人研发了邋Ｂｉｍｄｌｅｒ软件，，该软件是一个将无序的图像集从运动恢复结构（ＳＦＭ）逡逑系统

图１．１典型的光学遥感成像仿真系统应用模型逡逑
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP751

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本文编号：2599862