遥感影像直线提取、匹配及三维重建

论文摘要

直线是数码相机拍摄的照片、航空影像及遥感图像上的重要稳定特征,直线特征的提取与匹配是计算机视觉、特征识别、图像配准等领域的关键技术和经典问题,也是三维重建的首要解决问题。本文首先采用改进的Hough变换准确提取直线,然后基于单应矩阵与核线双重约束对直线进行匹配,最后应用匹配得到的同名直线与三维点云数据一起重建三维直线,论文的主要研究工作体现在以下几个方面:(1)边缘检测,论述了边缘检测的基本原理,总结并对比了不同的边缘检测算法,通过分析各个算法的优缺点,结合所获边缘图像的应用目的,最终选择Canny算子实现边缘检测,该算子具有信噪比大、检测精度高和单边缘响应等优点。(2)直线提取,先介绍了Hough变换的基本原理,然后针对标准Hough变换存在的问题,对Hough变换算法进行了改进,提出了与邻域运算、自适应中值滤波及边缘图像二值化相结合的Hough变换直线提取算法,该算法抗干扰能力强,并使直线提取速度大大提高。(3)直线匹配,提出了基于单应矩阵与核线相关双重约束的直线匹配算法。首先利用单应矩阵将从不同影像上提取出的直线段集变换到同一影像坐标系下;然后结合直线自身的几何特性确定候选同名直线,应用核线约束确定候选同名直线的重叠部分,按定义给出重叠部分直线段的特性支持区域并对其进行描述;再利用直线特性支持区域的灰度参数初步确定同名直线;最终依据左右一致性准则,剔除错误匹配,实现直线可靠、快速的匹配。(4)直线三维重建,针对已有三维直线重建算法的不足,提出了基于同名直线和点云数据的三维直线重建算法,该算法依据共线条件方程的基本原理,经过初步确定高程值、验证与精化高程值、光束与物面交会及精化三维空间直线段等一系列过程,最终实现空间直线的三维重建。该实现过程简单易懂,并能获得较高精度的三维空间直线。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景与研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 直线匹配的研究现状
• 1.2.2 直线三维重建的研究现状
• 1.3 论文主要工作和结构安排
• 2 影像匹配基本原理
• 2.1 影像的匹配基元
• 2.1.1 基于灰度区域的影像匹配
• 2.1.2 基于特征的影像匹配
• 2.1.3 多基元影像匹配
• 2.2 影像的匹配约束条件
• 2.2.1 单应性矩阵
• 2.2.2 核线相关
• 2.3 影像的匹配策略
• 2.3.1 基于金字塔的影像匹配
• 2.3.2 松弛法影像匹配
• 2.3.3 整体影像匹配
• 2.3.4 基于跨接法的影像匹配
• 2.3.5 基于左右一致策略的影像匹配
• 3 基于改进的Hough 变换的直线提取算法
• 3.1 影像预处理
• 3.1.1 邻域运算
• 3.1.2 自适应中值滤波
• 3.2 边缘检测
• 3.2.1 传统边缘检测算子
• 3.2.2 最优边缘检测算子
• 3.2.3 边缘检测实现与结果对比分析
• 3.3 直线提取
• 3.3.1 Hough 变换的基本原理
• 3.3.2 基于Hough 变换的直线提取算法的改进
• 3.4 实验结果与分析
• 3.4.1 边缘检测实现
• 3.4.2 直线提取的实现与结果分析
• 3.5 本章小结
• 4 基于单应矩阵和核线双重约束的直线匹配方法
• 4.1 基于单应矩阵与核线双重约束的直线匹配原理
• 4.1.1 匹配约束
• 4.1.2 匹配测度
• 4.1.3 一致性检核
• 4.2 实验过程及结果分析
• 4.3 本章小结
• 5 基于同名直线和点云数据的三维直线重建算法
• 5.1 基于同名直线与点云数据的三维直线重建原理
• 5.1.1 直线段高程值的获取
• 5.1.2 验证与精化直线段高程值
• 5.1.3 光束与物面交会
• 5.1.4 三维直线段的精化
• 5.2 直线三维重建实现并分析检测结果
• 5.2.1 直线三维重建实现
• 5.2.2 定量并定性评价三维空间直线的重建质量
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集