机载LiDAR DSM深度影像与航空影像配准方法研究

摘要

机载LiDAR是最近十几年飞速发展的一种遥感测量技术，被广泛的应用于基础测绘、三维重建、数字城市建设等领域。然而对比传统遥感能够提供丰富的纹理等信息，机载LiDAR点云数据虽然可以表达地物的三维空间信息，但是存在欠缺物体表面纹理和结构等的局限性，因此，研究机载LiDAR与传统遥感数据融合具有一定的理论和应用意义，而融合的前提是进行数据的配准。
　　另一方面，由于不同的影像源均具有各自的局限性，因此基于异源影像配准、融合、三维重建技术已成为遥感领域研究的热点和难点。而目前基于LiDAR数据及传统遥感影像的配准方法主要有三类:基于LiDAR强度影像、基于LiDAR点云数据、基于LiDAR DSM深度影像的配准方法。因受LiDAR强度影像本身不足的影响，基于LiDAR强度影像的配准方法精度较差;基于LiDAR点云数据进行配准虽然精度较高，但其算法较为复杂，因此在配准领域具有应用局限性。而基于LiDAR DSM深度影像的配准方法在异源影像配准领域内具有较强的推广性，因此本文主要针对DSM深度影像和航空影像的配准问题展开研究，具体工作如下:
　　(1)介绍了配准理论及流程，主要包括:配准原理、配准基本问题、配准方法、配准基元的提取及配准变换模型，描述了目前的几种LiDAR与航空影像的配准技术，并阐明了LiDAR DSM深度影像与航空影像配准方法的优势。
　　(2)实验验证了一系列基于LiDAR点云数据的内插深度影像、建筑物边缘检测以及直线特征提取等的完整理论框架，为后续软件开发提供了较为完善的理论基础。
　　(3)在航空影像线特征提取中，引入了传统摄影测量理论中的刺点方法，使得即使航空影像纹理特征不利于建筑物线特征提取时，仍然可以通过人机交互的方式，获取到较为准确的同名直线特征，保证了广义点共线条件方程配准平差解算顺利进行。
　　(4)结合Visual Studio2010软件开发平台，编制了基于广义点共线条件方程的LiDAR DSM深度影像与航空影像配准计算软件。
　　通过所编写程序对同区域LiDAR DSM深度影像和航空影像像对进行配准实验得到了较高的配准精度，验证了软件的正确性。该研究对于航空航天摄影测量、InSAR与航空摄影测量数据的配准，具有较强的参考意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 数据获取手段的发展

1．2．1 航空摄影测量与遥感

1．2．2 机载LiDAR技术

1．3 国内外研究现状

1．3．1 机载LiDAR的研究

1．3．2 配准方法研究的现状

1．4 需要解决的问题

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 关键问题与技术路线

1．5 论文组织结构

第2章 LiDAR数据与航空影像的配准理论与方法

2．1 配准的原理及技术

2．2 配准基本问题及方法模型

2．2．1 配准的基本问题

2．2．2 配准的方法

2．2．3 配准变换模型

2．3 LiDAR数据与航空影像的配准基元提取

2．3．1 点特征及其提取

2．3．2 面特征及其提取

2．3．3 线特征及其提取

2．3．4 复杂地区配准基元的选取

2．4 LiDAR数据与航空影像的配准方法

2．4．1 基于灰度信息的LiDAR数据与航空影像的配准方法

2．4．2 基于线特征的LiDAR数据与航空影像的配准方法

2．4．3 配准研究中的不足

2．5 本章小结

第3章 LiDAR DSM深度影像与航空影像配准预处理算子比较分析

3．1 实验数据

3．2 LiDAR点云数据粗差剔除

3．3 DSM深度影像生成

3．3．1 DSM深度影像的生成及特点

3．3．2 DSM深度图像生成算子

3．4 DSM深度图像滤波

3．5 建筑物边缘提取

3．6 线特征提取

3．7 本章小结

第4章 LiDAR DSM深度影像与航空影像配准软件开发

4．1 同名直线选择及点坐标提取

4．2 点坐标转换

4．3 配准模型及解算精度

4．3．1 配准模型

4．3．2 配准解算及精度评定

4．3．3 配准平差解算流程

4．4 基于广义点共线条件方程的配准平差

4．4．1 软件的开发环境

4．4．2 软件的功能及界面

4．5 本章小结

第5章 配准验证及精度分析

5．1 实验区域与数据源

5．2 同名直线选择及其端点坐标提取

5．3 配准结果及精度评价

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献