论文题目: 水电工程近景数字影像技术的研究及应用
论文类型: 博士论文
论文专业: 水工结构工程
作者: 李浩
导师: 华锡生
关键词: 近景数字影像,数字图象处理,水电工程,工程地质编录,影像工程信息处理,数码相机量测化,普通数码相机
文献来源: 河海大学
发表年度: 2005
论文摘要: 近景影像技术是水电工程中不可缺少的地面遥感监测技术。在水工模型的水舌形态、水流流场、泥沙淤积等测定方面,在水工原型的泄洪口水流形态及消力池底板损蚀、大坝溢流面形态及磨蚀、各类闸门的静态及动态变形等监测方面,在水工建筑物建设中的复杂边坡、硐室、基坑的工程形态、位移变形等监测方面,近景影像技术可满足水电工程的设计、建设和运行阶段对快速、间接、动态量测技术的需求。随着数字化、信息化时代的到来,水电工程建设对影像信息技术有了更高的要求。近景数字影像技术被期望用于解决水电工程现场的快速信息获取、影像工程信息的自动处理、空间信息的可视化分析应用等技术难题。当前近景数字影像技术研究的重点集中在普通数码影像技术的研究和应用方面,针对上述亟待解决的问题,本文在下列方面开展研究,并取得了如下成果。 1.基于现代数字影像量测理论,研究了对普通数码相机的量测化并构建了适用于数码影像量测处理的各种算法,较好地解决了普通数码影像量测化应用的问题,并使精度可以达到目前普遍采用的非量测化应用方法的同等精度,使该项技术的工程适用性大为提高。 2.针对影响量测精度的关键算法进行了研究,提出了适合于普通数码影像定向的自检校相对定向新算法,有效地减小了定向后的上下视差残差,且使量测化数码影像相对定向建立的模型质量良好,相似性误差小于1/800。 3.提出了地面摄影影像的单像投影转绘概念,研究了地面摄影单像投影转绘的理论方法及作业精度,解决了相应的计算问题,成果为近景影像工程信息提取及表达提供了新的技术手段。论文还针对普通数码影像研究了立体匹配的特殊性,给出了新的匹配方法。 4.提出了选取控制点的透视变换畸变参数检测方法(PT方法),这是最早的基于二维控制场的数码相机畸变差检校方法。PT方法的参数解算过程降低了未知数之间的影响,计算收敛性更好,结果更优。成果将降低近景影像技术对光学量测相机的依赖程度,拓展数字影像技术的工程应用。 5.结合影像工程地质编录,系统地研究了数字影像工程信息处理理论方法,解决了水电工程应用中的影像工程坐标系建立、影像控制、物像投影变换、影像纠正、影像目标重建、影像空间量算、影像测控精度估计等有关的理论和方法问题。 6.研究并建立了全新的水电工程数字影像地质编录理论及技术方法体系,研究开发了数字影像地质编录信息系统。成果对变革水电工程建设中的工程地质编录方式,全面提高水电工程地质编录技术水平有极好的实际应用价值。
论文目录:
第一章 绪论
1.1 近景数字影像技术概况
1.1.1 量测摄影机及近景摄影机
1.1.2 近景数字影像处理的理论方法
1.2 近景数字影像技术的研究现状及在水电工程中的应用
1.3 近景数字影像技术研究及发展的动向
1.4 本文研究的主要内容和成果
第二章 数字近景摄影测量基本理论与方法
2.1 工程坐标系的建立与转换
2.1.1 水平坐标系的建立与转换
2.1.2 倾斜坐标系的建立与转换
2.2 数码影像的单像空间后方交会
2.2.1 数码影像的空间后方交会计算收敛性
2.2.2 工程影像空间后方交会计算的初值探讨
2.2.3 空间后方交会解算
2.2.4 普通数码影像空间后交的精度
2.3 数码影像的相对定向及计算初值确定
2.4 数码影像的绝对定向
2.4.1 绝对定向元素初始值的确定
2.4.2 模型的绝对定向及实验精度
2.5 普通数码影像的DLT及光束法的算法特性
2.5.1 DLT算法的广义解析
2.5.2 精化畸变改正模型对DLT算法的影响
2.5.3 附加制约条件对DLT解算的作用
2.5.4 光束法的适用性
2.6 本章小结
第三章 数码影像相对定向的研究
3.1 数码影像的相对定向
3.1.1 相对定向迭代解法
3.1.2 相对定向直接解法
3.1.3 相对定向自检校解法
3.2 普通数码影像的相对定向精度试验及分析
3.2.1 相对定向后的上下视差残差
3.2.2 相对定向建立模型的相似性
3.2.3 影像量测化对相对定向精度的影响
3.3 本章小结
第四章 地面摄影单像数字投影转绘及影像匹配
4.1 地面摄影的单像数字投影转绘基本原理
4.2 地面摄影像片数字转绘的收敛性
4.2.1 数字转绘的收敛性
4.2.2 保证迭代计算收敛的算法
4.2.3 地面摄影的投影转绘精度估计
4.3 普通数码影像的立体匹配
4.3.1 普通数码影像立体匹配的特殊性
4.3.2 普通数码影像的立体匹配方法
4.4 本章小结
第五章 普通数码相机的量测化研究
5.1 普通数码相机的量测性能
5.1.1 数码相机的构像几何畸变差
5.1.2 普通数码相机内方位稳定性
5.2 数码相机构像畸变差模型及检校方法的研究
5.2.1 考虑径、切向畸变的改正模型及PT检校方法
5.2.2 考虑径、切向及仿射畸变的改正模型
5.2.3 Luac Lucchese畸变改正模型及其检校方法
5.2.4 几种畸变差模型及检校方法的比较
5.3 数码相机的内方位元素测定
5.3.1 内方位元素测定方法
5.3.2 内方位元素测定精度
5.4 数码相机量测化质量评价
5.4.1 与直接线性变换算法的精度比较
5.4.2 影像重建几何模型的相似性
5.5 本章小结
第六章 水电工程数字影像信息的处理技术研究
6.1 影像工程坐标系的建立
6.1.1 硐室工程坐标系
6.1.2 边坡工程坐标系
6.1.3 基坑工程坐标系
6.2 目标影像信息的获取
6.2.1 硐室影像采集
6.2.2 边坡影像采集
6.2.3 基坑影像采集
6.3 影像信息预处理及影像展示研究
6.3.1 影像预处理
6.3.2 目标影像全景展示
6.4 结构面产状的影像信息采集
6.4.1 基于展示影像的产状信息采集
6.4.2 基于立体像对的产状信息采集
6.4.3 基于水平投影图的产状信息采集
6.5 基于影像的工程地质数字编录及其精度
6.5.1 影像工程地质编录
6.5.2 硐室影像地质编录的精度
6.5.3 边坡、基坑影像地质编录的精度
6.6 本章小结
第七章 水电工程数字影像地质编录信息系统研究及开发
7.1 系统分析与功能设计
7.1.1 系统结构设计
7.1.2 功能模块设计
7.1.3 系统的COM组件
7.1.4 系统数据库设计
7.2 硐室数字影像子系统
7.2.1 子系统总体结构与作业流程
7.2.2 硐室影像的几何纠正
7.2.3 硐室影像的镶嵌
7.2.4 立体像对采集产状信息
7.2.5 展示影像采集产状信息
7.2.6 洞室构造纵横断面图的自动生成
7.3 边坡与基坑影像子系统
7.3.1 子系统总体结构与作业流程
7.3.2 工程坐标系的建立
7.3.3 像片外方位元素的计算
7.3.4 影像几何纠正
7.3.5 表面空间建模与基于投影转绘的单片编录
7.3.6 多级目标面展示影像的产状联合量测
7.3.7 多桩段影像地质编录(水平编录)
7.4 影像地质编录信息系统的查询和输出
7.4.1 编录信息的管理模式
7.4.2 编录成果的查询统计
7.4.3 系统输出
7.5 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 本文研究的主要内容
8.2 本文主要创新点
8.3 展望
致谢
主要参考文献
攻博期间发表的论文
攻博期间获奖情况
发布时间: 2006-01-16
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