基于普通数码相机的隧道影像匹配研究

论文摘要

随着我国交通基础设施建设规模的逐年扩大,地下工程建设项目越来越多。地下工程的实时监测、信息化施工日愈成为现代施工技术的发展趋势。近景摄影测量技术具有获取空间数据信息丰富、高效快捷等特点,如何将近景摄影测量技术应用于地下工程提高测量效率,降低工作人员在恶劣的测量工作环境中的工作时间和工作强度,已成为学者们关注的重要研究问题。近景摄影测量之所以至今没有大量应用于隧道测量工作的主要原因是:隧道空间狭窄、摄影条件恶劣使得隧道影像匹配精度达不到隧道测量工作的需求;近景摄影测量专业测量相机昂贵;摄影测量数据处理复杂等。因此,研究一种适合普通数码相机隧道影像匹配的算法具有重要意义。本文在详细分析普通数码相机隧道影像的特殊性和隧道数字影像匹配主要误差源的基础上,进行了反复的隧道影像匹配实验。通过对现存近景摄影测量匹配方法的分析和实验对比,总结出了针对不同类型隧道的数字影像图像预处理的算法参数,并提出了适合普通数码相机隧道影像匹配的分区匹配方法。主要研究内容包括:普通数码相机隧道影像匹配的主要误差源分析;针对于不同类型隧道的数字影像图像,对其进行增强处理的最适合的算法及其参数的研究;根据普通数码相机隧道影像的特殊性,提出适合普通数码相机隧道影像匹配的新方法,并将其匹配精度与常规匹配算法精度进行比较。本文以郑-西高速铁路张茅隧道、雪峰山公路隧道和北京交通大学隧道中心实验隧道的影像数据为基础,研究了包括黄土隧道、岩石隧道、既有隧道等不同隧道的数字影像特征及相应的影像匹配技术,实验证明本文所提出的匹配方法很好地提高了普通数码相机隧道影像匹配的精度和稳定性,为进一步研究工作奠定了坚实的基础,也为数字近景摄影测量在隧道工程中的应用开拓了良好前景。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 基于普通数码相机隧道影像匹配的研究现状
• 1.3 基于普通数码相机隧道影像匹配研究的意义
• 1.3.1 近景摄影测量在隧道工程中的应用分析
• 1.3.2 基于普通数码相机隧道影像匹配存在的问题
• 1.4 本文的研究目标与主要内容
• 2 基于普通数码相机隧道影像匹配的误差来源
• 2.1 基于普通数码相机的隧道影像分析
• 2.1.1 普通数码相机隧道影像的特征
• 2.1.2 普通数码隧道影像地物信息的分布特点
• 2.2 普通数码相机隧道影像匹配误差的主要来源
• 2.2.1 光色
• 2.2.2 粉尘的影响
• 2.2.3 像对的地物成像变形
• 2.3 小结
• 3 普通数码相机隧道影像的预处理研究
• 3.1 隧道影像预处理研究的重要性
• 3.2 普通数码相机隧道影像文件格式
• 3.2.1 普通数码相机隧道影像
• 3.2.2 普通数码相机隧道影像数据文件格式
• 3.3 图像的增强处理
• 3.3.1 空间域增强
• 3.3.2 频率域增强
• 3.3.3 图像边缘检测和边缘增强
• 3.4 普通数码相机隧道影像增强处理及参数研究
• 3.4.1 实验影像数据
• 3.4.2 普通数码相机隧道影像增强处理设计
• 3.4.3 普通数码相机隧道影像增强处理实验及参数研究
• 3.5 小结
• 4 基于普通数码相机的隧道影像匹配研究
• 4.1 影像匹配的基本理论和方法
• 4.1.1 影像匹配算法介绍
• 4.1.2 影像匹配策略
• 4.2 常规影像匹配理论及方法
• 4.2.1 基于灰度的区域匹配
• 4.2.2 最小二乘影像匹配原理
• 4.2.3 核线理论和核线匹配原理
• 4.3 基于普通数码相机隧道影像匹配算法的研究
• 4.3.1 常规匹配算法在隧道影像匹配的实验比较
• 4.3.2 普通数码相机隧道影像分区匹配思想的提出
• 4.3.3 普通数码相机隧道影像分区匹配算法设计
• 4.3.4 普通数码相机隧道影像分区匹配算法精度分析
• 4.4 小结
• 5 普通数码相机隧道影像分区匹配算法的实验应用
• 5.1 实验开发软件功能介绍
• 5.1.1 系统主界面
• 5.1.2 系统功能介绍
• 5.2 北京交通大学隧道中心隧道实验
• 5.2.1 实验数据
• 5.2.2 图像预处理
• 5.2.3 匹配实验
• 5.3 雪峰山公路岩石隧道实验
• 5.3.1 工程概况
• 5.3.2 实验数据
• 5.3.3 图像预处理
• 5.3.4 匹配实验
• 5.4 小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结全文
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集