基于空中视频的地图重建的研究

论文摘要

基于图像建模，恢复场景和进行绘制是近年来计算机视觉技术研究的热点。本文主要研究基于空中拍摄图像的地图重建方法，即由空中获取的视频中各帧图像恢复出地面的二维场景地图。本文首先将不同摄像机姿态获取的图像纠正为标准图像，在取得大量匹配点对的基础上，计算出图像序列中各帧图像之间的单应变换矩阵。然后再根据求得的变换矩阵对图像进行配准和拼接。在图像的拼接和平滑问题上，采用反向匹配，同时结合加权的平滑方法实现图像的融合。首先，我们对摄像机标定方法和相关理论进行了研究，同时结合实际的场景拍摄环境，采用合适的标定方法，得到摄像机的内参数和外参数，并由此进行图像正视变换。当所有待拼接的图像都变换到正视的基准上，我们研究了图像匹配点的提取问题，根据空中拍摄的图像所具备的特点，寻找一种稳定而相对快速的匹配算法。利用单应矩阵进行图像拼接以及拼接过程中的平滑，重点研究了如何获得稳定的图像序列的变换矩阵，并设计了二种可行的算法。本文在获取的图像序列基础上科学地设计了实验方案，先在前几章节的各个步骤理论分析后设计了相应的实验，验证了每个步骤方法的可行性。最后设计一个完整流程的实验显示最终重建结果，针对实验结果和数据进行了分析与讨论，得出了一些有益的结论。本文涉及的技术有图像匹配，摄像机标定，图像变换等，将摄影测量学和计算机视觉的知识，结合实际的工程应用，实验证明，整体技术路线具有一定的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题意义与背景
• 1.2 本文要点概述
• 1.2.1 工程实现的难点
• 1.2.2 基于图像的建模与绘制技术
• 1.2.3 论文主要工作
• 1.3 国内外相关技术研究进展和成果
• 1.4 论文组织结构
• 2 图像拼接技术及图像预处理
• 2.1 图像拼接概述
• 2.2 图像预处理
• 2.3 本章小结
• 3 成像原理与平面射影几何
• 3.1 常用坐标系
• 3.2 坐标系之间的变换关系
• 3.2.1 世界坐标系与摄像机坐标系变换关系
• 3.2.2 图像坐标系与摄像机坐标系变换关系
• 3.3 摄像机模型
• 3.3.1 透视投影模型
• 3.3.2 摄像机矩阵
• 3.3.3 内参数和外参数
• 3.4 摄像机标定
• 3.4.1 摄像机标定意义
• 3.4.2 摄像机标定方法综述
• 3.4.3 本文摄像机标定的特点以及本文标定方法
• 4 空中获取图像的正视变化和拼接
• 4.1 空中获取图像的特点和纠正方式
• 4.2 图像的纠正
• 4.2.1 射影几何基本原理和图像变换层次
• 4.2.2 图像变换方法
• 4.2.3 利用灭点标定内参数 然后计算外参数
• 4.2.4 采用分解摄像机投影矩阵P获取内参数和外参数的方法
• 4.2.5 二种摄像机标定方法的比较
• 4.3 倾斜图像纠正实验
• 4.4 图像之间的点匹配
• 4.4.1 获得匹配点对的方法
• 4.4.2 寻找匹配点对方法总结
• 4.5 图像的拼接
• 4.5.1 基于单应矩阵的图像配准
• 4.5.2 误差累积问题的提出
• 4.5.3 点对应算法求解单应矩阵
• 4.5.4 RANSAC提纯算法
• 4.5.5 拟合方法求取变换矩阵
• 4.6 图像映射
• 4.6.1 图像映射方式
• 4.6.2 图像融合技术
• 4.6.3 图像平滑实验对比
• 4.7 本章小结
• 5 实验结果与分析
• 5.1 图像纠正实验
• 5.2 计算单应矩阵
• 5.3 根据单应变换矩阵进行拼接
• 5.4 实验总结
• 结论
• 致谢
• 参考文献