基于Plücker直线的机载LiDAR点云与航空影像配准研究

摘要

激光雷达（Light Detection and Ranging，LiDAR）是激光探测及测距系统的简称，该技术具有精度高、自主性强、自动化程度高、效率高等特点，其在导航技术、航空测绘和地质灾害预防预报等领域应用广泛。机载LiDAR点云与航空影像的配准是地物提取的关键，现有的配准方法一般先将点云内插成图像，但这会引入内插误差，也可先对影像进行密集匹配获取点云，但需要较好的初值。而通过直接在点云与影像之间匹配建筑物上的同名直线，不需要对点云进行内插或者对影像进行密集匹配，避免了此阶段产生的误差。直线是高级几何特征描述符号，比点特征更容易提取，且具有更强的几何拓扑性和几何约束性。
　　现有的基于直线特征的点云与影像配准未充分利用直线的几何拓扑关系，针对几何约束强度弱的问题，本文提出了基于Plücker直线的机载LiDAR点云与航空影像的配准模型。将点云与影像上的同名直线用Plücker坐标表示，通过Plücker直线共面条件方程确定点云和影像上的同名直线间的相对位姿关系，构建单张影像的Plücker直线共面条件配准模型，通过影像上的Plücker直线在三维线空间中的螺旋运动，实现像点到其对应LiDAR点的坐标变换。在此基础上，深入研究立体影像姿态和位置的统一解算方法，构建基于Plücker直线的立体影像配准模型，从而提高几何定位精度。结果表明，Plücker直线共面条件配准模型简洁，将旋转和平移统一处理，避免了两者间的耦合误差，提高了配准精度，为获取高质量的地球三维空间信息提供了技术支持。

目录

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缩略词

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2 LiDAR系统综述

1.3国内外研究现状

1.4研究内容与论文结构

第二章 Plücker直线理论

2.1对偶四元数

2.2 Plücker直线

2.3本章小结

第三章 机载LiDAR点云与航空影像配准模型及其精度分析

3.1机载LiDAR系统定位原理

3.2利用直线特征的LiDAR点云与航空影像的配准

3.3实验结果与分析

3.4本章小结

第四章 基于Plücker直线的机载LiDAR点云与单张航空影像配准

4.1 Plücker直线共面条件配准模型

4.2实验结果与分析

4.3本章小结

第五章 基于Plücker直线的机载LiDAR点云与立体航空影像配准

5.1立体影像Plücker成像光线的几何关系

5.2 Plücker直线立体影像配准模型

5.3实验结果与分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作总结

6.2进一步工作与展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文