LiDAR数据与高清航空影像空间自动配准研究

摘要

随着对地观测技术的不断发展与进步，人们获取空间信息的手段逐渐多样化，由于单一手段获取的空间数据质量、精度难免存在不足，融合多源空间数据以满足特定应用目标成为当前研究的热点。本文提出了一种基于互信息的单目航空影像及基于视差互信息的双目航空影像与LiDAR点云的配准方法，配准过程可分为三个阶段：　　①利用航空影像内参数及初始外方位元素对LiDAR点云“针孔”模拟成像，生成与航空影像空间分辨率、几何形变相接近且具有相同幅面大小的“深度”透视影像-LiDAR深度影像；　　②分别以梯度互信息及立体像对的密集匹配视差互信息作为LiDAR深度影像与单目航空影像及双目影像的相似性测度依据，估计两影像几何变换参数并通过影像金字塔、分块处理加速参数空间搜索，进而依据估计参数及LiDAR深度影像、激光脚点投影关系实现LiDAR点云航空影像概略相关；　　③以LiDAR点云影像概略相关下的近似同名像点为观测值，以像点梯度互信息、视差互信息为权重，实施摄影测量空间后方交会计算获得优化的影像外方位元素，生成新的LiDAR深度影像并重复上述过程，直至满足给定的迭代计算条件，实现LiDAR数据与单目航空影像及双目航空影像的自动空间配准。　　该方法通过LiDAR深度影像与航空影像梯度及视差互信息迭代计算逐步建立激光脚点像点映射关系，成功解决了LiDAR点云和光学航空影像两异源数据间的自动相关难题；直接从恢复全体激光脚点的摄影光束着手，充分利用LiDAR数据物方信息密集优势，借助于摄影测量空间后方交会计算获得点云投影误差总体最小的空间配准参数并能进行可靠的精度评定，实验表明，本文方法自动化程度高且具有较高的配准精度。

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第一章 绪 论

§1.1论文研究背景及意义

§1.2 LiDAR点云与影像配准国内外研究现状

§1.3 论文主要内容及结构安排

第二章 LiDAR点云与航空影像配准基础

§2.1 LiDAR点云数据获取原理、形式及特点

§2.2 航空影像“针孔”成像模型

§2.3 基于信息论的影像互信息熵

§2.4 摄影测量共线方程及空间后方交会原理

§2.5 本章小结

第三章 基于梯度互信息的LiDAR点云单目航空影像配准

§3.1 梯度互信息最大化下的LiDAR点云单像迭代配准框架

§3.2 LiDAR点云“针孔”模拟成像

§3.3 LiDAR点云与影像自动相关

§3.4 几何变换参数快速估计

§3.5 配准精度评定与迭代计算终止

§3.6 实验数据与结论

第四章 基于视差图互信息的LiDAR点云双目航空影像配准

§4.1 视差图互信息最大化下的LiDAR点云双像迭代配准框架

§4.2 基于SGM的双目航空影像密集匹配与视差计算

§4.3 LiDAR点云双目影像自动相关

§4.4 实验结果及精度分析

第五章 总结与展望

§5.1 全文总结

§5.2 研究展望

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间主要研究成果