消费级无人机倾斜摄影空中三角测量及三维模型精度分析
发布时间：2021-10-17 06:06
随着数字化城市推进,三维数字城市开始成为城市规划和城市管理重要手段,对城市的未来形态进行预警,完成城市灾害事件和突发事件的动态模拟,获得城市规划方案调整的科学依据,使城市规划更具前瞻性,城市三维模型的需求越来越大。近些年无人机倾斜摄影测量技术的发展,改变了传统航空摄影测量单一角度感知地物的局限,搭载多个不同角度相机的传感器获取地物全方位影像信息,快速高效的构建城市实景三维模型。然而与基于消费级无人机倾斜摄影相比,因其操作方便、质量轻、成本低、无需申请空域等特点得到大众认可。将其作为倾斜相机对地观测的平台,基于消费级无人机倾斜摄影测量技术在成果精度方面,研究很少。比如针对基于消费级无人机倾斜摄影的空中三角测量控制点布设问题,三维模型及模型场景中单体建筑物的精度分析问题。本文利用消费级无人机大疆精灵四搭载轻型便捷的KG2000 Pro五镜头倾斜相机,获取北京建筑大学影像数据,对倾斜摄影测量技术进行深入研究,解决基于消费级无人机倾斜摄影的空中三角测量、实景三维模型、三维场景模型中建筑物的精度评价等问题。将消费级无人机倾斜摄影测量技术更好应用于智慧城市、三维精细化建模、应急救灾等。主要研究内容...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空中三角测量及三维模型精度评价流程图
第2章倾斜摄影测量技术5第2章倾斜摄影测量技术倾斜摄影技术可以从五个角度（一个下视、四个倾斜）同步采集影像，获取到全方位高分辨率的地物影像[22-23]。利用GPS、IMU、影像匹配、生成密集点、三维建模等技术，构建实景三维模型，已经广泛应用于政府规划、三维模拟、数字地球、智慧城市等方面[23]。倾斜摄影测量技术流程如图2-1所示。图2-1倾斜摄影测量技术流程图Fig.2-1Flowchartoftiltphotogrammetrytechnology2.1影像几何定位概述影像精确几何定位是通过特征匹配获取影像上一定数量、稳定、分布合理的连接点，据此进行区域网构建，并通过区域网平差模型求解影像精确内外方位元素和连接点物方三维坐标。在计算机视觉中又称为运动恢复结构。运动恢复结构是计算机视觉和视觉感知的主要研究内容之一。在过去的十年，运动恢复结构技术和大范围场景三维重建技术取得了稳步的发展。大型的SFM算法大致可以分为五个步骤如图所示。步骤一和步骤二，基于图像的连接关系将大型场景分解为多个子区域，步骤三和步骤四涉及单个子区域的逐像素对特征匹配和3D重构问题，步骤五利用相同的物方连接点进行多个模型融合。图2-2是SFM流程及其方法分类示意。
第2章倾斜摄影测量技术6图2-2大范围SFM过程性的五个字流程及其方法分类示意Fig.2-2FivewordprocessoflargescaleSFMprocessanditsmethodclassification2.2特征提取与匹配常见的特征包括：点、线、面等。点特征是最稳定，也是最常用的特征。图像中的特征点也成为了兴趣点或者关键点，灰度图像中像素周边突变的点视为特征点，往往是图像上拐点、角点及交叉点等[24]。1977年，Moravec提出Moravec算子[25]；Lowe提出基于尺度空间的局部特征描述算子，能够对尺度、旋转、仿射变换保持不变，但SIFT算法有计算量大、算法耗时长的缺点[26]。为此，Yan等提出利用PCA-SIFT算法对特征点描述进行数据降维，提高了效率[27]。Bay等提出SURF算法，它是对SIFT算法的改进，不但提高了计算速度，而且保证了一定的精度[28]。随着图像处理数据规模的增大，二进制特征应运而生。Calonder等提出计算速度快、降低内存损耗的二进制特征算子，计算机可以快速计算出描述子的汉明距离，用来判断特征点的相似性[29]。2.2.1尺度不变特征提取与匹配尺度不变特征检测算法是用于图像处理领域的一种特征描述子。它在尺度空间中寻找位置、尺度、旋转不变的极值点[30]。Ke等在SIFT方法的基础之上，利用主成分分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向数字城市建设的三维建模关键技术研究与应用[J]. 关丽,丁燕杰,张辉,冯学兵,谭向农,赵金玲. 测绘通报. 2017(02)
[2]泛在影像数据在摄影测量中的应用[J]. 夏远鑫,侯耀林. 黑龙江科技信息. 2017(06)
[3]基于倾斜摄影测量技术构建实景三维模型的方法研究[J]. 周杰. 价值工程. 2016(25)
[4]倾斜影像自动空三及其在城市真三维模型重建中的应用[J]. 李德仁,肖雄武,郭丙轩,江万寿,时月茹. 武汉大学学报(信息科学版). 2016(06)
[5]无人机影像匹配中尺度不变特征应用改进[J]. 刘玉轩,蓝朝桢,李参海,姚富山,李林. 测绘科学. 2016(07)
[6]基于球哈希和改进的灰度差算法的视频拷贝检测[J]. 李皓,张兴忠. 计算机应用与软件. 2016(01)
[7]控制点布设对无人机影像空三精度的影响[J]. 朱进,丁亚洲,陈攀杰,王新安,郭丙轩,肖雄武,牛科科. 测绘科学. 2016(05)
[8]基于倾斜摄影技术的三维建模生产与质量分析[J]. 王丙涛,王继. 城市勘测. 2015(05)
[9]基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估[J]. 谭金石,黄正忠. 现代测绘. 2015(05)
[10]倾斜航空摄影数据空中三角测量的精度分析[J]. 姜丽丽,张姝娟,王鸿阳,谢谦. 测绘与空间地理信息. 2015(05)
博士论文
[1]联合几何与辐射成像模型的三维表面重建与优化[D]. 陶鹏杰.武汉大学 2016
[2]建筑物LiDAR点云三维重建的全局优化方法[D]. 闫吉星.武汉大学 2015
[3]基于图像局部特征的康复机器人目标识别方法研究[D]. 聂海涛.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[4]基于目标识别和参数化技术的城市建筑群三维重建研究[D]. 吴宁.浙江大学 2013
[5]航空影像多视匹配与规则建筑物自动提取方法研究[D]. 江万寿.武汉大学 2004
硕士论文
[1]基于机器视觉的实时手机辅料检测技术[D]. 董通.华中科技大学 2019
[2]基于深度学习的毫米波辐射图像目标检测方法研究[D]. 潘雄.华中科技大学 2019
[3]多路实时视频拼接技术的研究与实现[D]. 岑陈.北京工业大学 2019
[4]消费级无人机倾斜摄影测量技术在构建城市真三维模型中的应用研究[D]. 缪玉周.东华理工大学 2018
[5]增强现实中的相机定位与跟踪算法研究[D]. 白刚.北方工业大学 2018
[6]动态场景下的2D SLAM方法研究[D]. 杨阔.北京交通大学 2018
[7]基于侧扫声呐图像的水下组合导航算法研究[D]. 李凯.国防科技大学 2017
[8]基于Kinect的室内场景实时三维重建[D]. 丹熙方.西安电子科技大学 2017
[9]复杂城市环境下多视影像自动纹理映射与场景可视化研究[D]. 李新维.武汉大学 2017
[10]基于倾斜影像密集匹配点云的建筑物单体化提取技术研究[D]. 陈宇.解放军信息工程大学 2017
本文编号：3441256
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
空中三角测量及三维模型精度评价流程图
第2章倾斜摄影测量技术5第2章倾斜摄影测量技术倾斜摄影技术可以从五个角度（一个下视、四个倾斜）同步采集影像，获取到全方位高分辨率的地物影像[22-23]。利用GPS、IMU、影像匹配、生成密集点、三维建模等技术，构建实景三维模型，已经广泛应用于政府规划、三维模拟、数字地球、智慧城市等方面[23]。倾斜摄影测量技术流程如图2-1所示。图2-1倾斜摄影测量技术流程图Fig.2-1Flowchartoftiltphotogrammetrytechnology2.1影像几何定位概述影像精确几何定位是通过特征匹配获取影像上一定数量、稳定、分布合理的连接点，据此进行区域网构建，并通过区域网平差模型求解影像精确内外方位元素和连接点物方三维坐标。在计算机视觉中又称为运动恢复结构。运动恢复结构是计算机视觉和视觉感知的主要研究内容之一。在过去的十年，运动恢复结构技术和大范围场景三维重建技术取得了稳步的发展。大型的SFM算法大致可以分为五个步骤如图所示。步骤一和步骤二，基于图像的连接关系将大型场景分解为多个子区域，步骤三和步骤四涉及单个子区域的逐像素对特征匹配和3D重构问题，步骤五利用相同的物方连接点进行多个模型融合。图2-2是SFM流程及其方法分类示意。
第2章倾斜摄影测量技术6图2-2大范围SFM过程性的五个字流程及其方法分类示意Fig.2-2FivewordprocessoflargescaleSFMprocessanditsmethodclassification2.2特征提取与匹配常见的特征包括：点、线、面等。点特征是最稳定，也是最常用的特征。图像中的特征点也成为了兴趣点或者关键点，灰度图像中像素周边突变的点视为特征点，往往是图像上拐点、角点及交叉点等[24]。1977年，Moravec提出Moravec算子[25]；Lowe提出基于尺度空间的局部特征描述算子，能够对尺度、旋转、仿射变换保持不变，但SIFT算法有计算量大、算法耗时长的缺点[26]。为此，Yan等提出利用PCA-SIFT算法对特征点描述进行数据降维，提高了效率[27]。Bay等提出SURF算法，它是对SIFT算法的改进，不但提高了计算速度，而且保证了一定的精度[28]。随着图像处理数据规模的增大，二进制特征应运而生。Calonder等提出计算速度快、降低内存损耗的二进制特征算子，计算机可以快速计算出描述子的汉明距离，用来判断特征点的相似性[29]。2.2.1尺度不变特征提取与匹配尺度不变特征检测算法是用于图像处理领域的一种特征描述子。它在尺度空间中寻找位置、尺度、旋转不变的极值点[30]。Ke等在SIFT方法的基础之上，利用主成分分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向数字城市建设的三维建模关键技术研究与应用[J]. 关丽,丁燕杰,张辉,冯学兵,谭向农,赵金玲. 测绘通报. 2017(02)
[2]泛在影像数据在摄影测量中的应用[J]. 夏远鑫,侯耀林. 黑龙江科技信息. 2017(06)
[3]基于倾斜摄影测量技术构建实景三维模型的方法研究[J]. 周杰. 价值工程. 2016(25)
[4]倾斜影像自动空三及其在城市真三维模型重建中的应用[J]. 李德仁,肖雄武,郭丙轩,江万寿,时月茹. 武汉大学学报(信息科学版). 2016(06)
[5]无人机影像匹配中尺度不变特征应用改进[J]. 刘玉轩,蓝朝桢,李参海,姚富山,李林. 测绘科学. 2016(07)
[6]基于球哈希和改进的灰度差算法的视频拷贝检测[J]. 李皓,张兴忠. 计算机应用与软件. 2016(01)
[7]控制点布设对无人机影像空三精度的影响[J]. 朱进,丁亚洲,陈攀杰,王新安,郭丙轩,肖雄武,牛科科. 测绘科学. 2016(05)
[8]基于倾斜摄影技术的三维建模生产与质量分析[J]. 王丙涛,王继. 城市勘测. 2015(05)
[9]基于倾斜摄影测量技术的实景三维建模及精度评估[J]. 谭金石,黄正忠. 现代测绘. 2015(05)
[10]倾斜航空摄影数据空中三角测量的精度分析[J]. 姜丽丽,张姝娟,王鸿阳,谢谦. 测绘与空间地理信息. 2015(05)
博士论文
[1]联合几何与辐射成像模型的三维表面重建与优化[D]. 陶鹏杰.武汉大学 2016
[2]建筑物LiDAR点云三维重建的全局优化方法[D]. 闫吉星.武汉大学 2015
[3]基于图像局部特征的康复机器人目标识别方法研究[D]. 聂海涛.中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所) 2015
[4]基于目标识别和参数化技术的城市建筑群三维重建研究[D]. 吴宁.浙江大学 2013
[5]航空影像多视匹配与规则建筑物自动提取方法研究[D]. 江万寿.武汉大学 2004
硕士论文
[1]基于机器视觉的实时手机辅料检测技术[D]. 董通.华中科技大学 2019
[2]基于深度学习的毫米波辐射图像目标检测方法研究[D]. 潘雄.华中科技大学 2019
[3]多路实时视频拼接技术的研究与实现[D]. 岑陈.北京工业大学 2019
[4]消费级无人机倾斜摄影测量技术在构建城市真三维模型中的应用研究[D]. 缪玉周.东华理工大学 2018
[5]增强现实中的相机定位与跟踪算法研究[D]. 白刚.北方工业大学 2018
[6]动态场景下的2D SLAM方法研究[D]. 杨阔.北京交通大学 2018
[7]基于侧扫声呐图像的水下组合导航算法研究[D]. 李凯.国防科技大学 2017
[8]基于Kinect的室内场景实时三维重建[D]. 丹熙方.西安电子科技大学 2017
[9]复杂城市环境下多视影像自动纹理映射与场景可视化研究[D]. 李新维.武汉大学 2017
[10]基于倾斜影像密集匹配点云的建筑物单体化提取技术研究[D]. 陈宇.解放军信息工程大学 2017
本文编号：3441256
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