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真正射影像遮挡检测与填补方法.rar

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    编号:20180915222318477    类型:共享资源    大小:4.56MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    真正 射影 遮挡 检测 填补 方法
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    山东科技大学本科本科毕业设计(论文)I摘 要数字正射影像(DOM)消除了地形起伏和相机姿态的影响,具有空间地物信息直观、全面等特点,能够作为地图进行精确量测。但是,数字正射影像仍旧存在许多问题,几何方面的问题主要表现在人工建筑物倾斜,建筑物重影以及空间地物缺失等。因此,真正射影像(TDOM)制作的研究应运而生,它不仅具有地形图的特点,而且包含了丰富的影像纹理信息,在城市规划、环境监测、应急响应等方面有着广泛的用途。真正射影像制作过程中最为关键的技术是遮蔽区域的检测, ,目前主要是利用数字建筑模型的方法和数字表面模型的方法进行遮挡检测。本文在大量阅读和深入研究各种遮挡检测算法的基础上,采用基于 DSM 高程约束遮挡检测算法对遮挡区域完整标记。通过标记结果对遮挡区域进行信息填补。影像填补所采用的方式是通过人工方式,对所有航照影像进行排序,以逐一进行遮蔽区填补工作。关键词:真正射影像;遮挡检测;微分纠正;信息填补山东科技大学本科本科毕业设计(论文)IIABSTRACTDigital orthophoto map can eliminate the effect of terrain fluctuation and camera pose, which cover the all space object information perfectly .It can be used as a map for accurate measurement. With the development of digital technology and sensor technology , the application of Orthophoto in urban planning, GIS and other fields is becoming more and more popular. However, there are still many problems in the use of digital orthophoto map. The geometric problems are mainly caused by the tilt of artificial buildings, the ghosting of buildings and the lack of space objects. The accuracy and integrity of ortho image correction are affected because these issues are not considered in DOM production. If we overlay the holographic map data and DOM, overlap dislocation problems will be shown which may affect the visual function analysis as the base map. The key reason for these problems is that there is occlusion between buildings and space objects. Therefore, the study of true orthophoto production came into being, it not only has the characteristics of topographic map, but also contains the texture rich information, is widely used in city planning, environmental monitoring and emergency response.山东科技大学本科本科毕业设计(论文)IIIThe key technology in produce true orthophoto production is detect the occlusion, the different between producing the true orthophoto is depends on the occlusion detection method. Therefore, a large number of scholars focused on the way of occlusion detection. At present, the method of digital building model and digital surface model are mainly used for occlusion detection. Image filling is done by manually sorting all the aerial images and filling them up one by one.Key words: True projective image;occlusion detection; differential rectification; information filling山东科技大学本科本科毕业设计(论文)IV目录1 绪论 .................................................................................................................1山东科技大学本科本科毕业设计(论文)V1.1 研究背景及意义 ......................................................................................11.2 国内外研究现状 ......................................................................................21.3 研究主要内容及结构安排 ......................................................................52 真正射纠正的基本流程 ................................................................72.1 微分纠正原理 ..........................................................................................72.2 真正射影像生产主要步骤 ......................................................................93 真正射影像遮挡检测 ..............................................................................113.1 真正射影像遮挡产生原因 ...................................................................113.2 基于 DSM 的真正射影像遮挡检测技术 ...........................................114 真正射影像填补方法 ..............................................................................204.1 已有的遮挡区域信息填补方法 ............................................................204.2 信息填补实现 ........................................................................................215 实验结果与分析 .......................................................................................245.1 数据介绍 ................................................................................................245.2 基于 DSM 遮挡检测实验结果与分析 .................................................266.总结与展望 .................................................................................................31山东科技大学本科本科毕业设计(论文)VI6.1 总结 ........................................................................................................316.2 亟待解决的问题 ....................................................................................31参考文献 ..........................................................................................................32致谢 ...................................................................................................................34附录 ...................................................................................................................35附录 1:英文翻译原文 ...............................................................................35附录 2:英文原文译文 ...............................................................................47附录 3:部分核心代码 ...............................................................................56山东科技大学本科本科毕业设计(论文)11 绪论1.1 研究背景及意义数字正射影像 DOM(Digital Orthophoto Map)是遥感技术发展的一个重要产物,它消除了航摄像片倾斜误差和地形起伏引起的投影差。倾斜航空摄影测量技术通过在同一飞行平台上搭载多台传感器,分别从垂直角度和倾斜角度采集符合实际视觉的高分辨率航空影像,倾斜航空影像兼具空间地理定位所需的坐标信息,能够全面地反映地面的实际情况,这些优势有利于生成数字正射影像,构建数字城市三维模型和获取建筑物侧面纹理信息等。正射影像具有一般地图的特点,能够作为地理信息系统的重要数据源。但是,到目前为止数字正射影像仍旧存在许多问题,制约了其在实际生产中的应用。正射影像利用定向后的影像与数字高程模型通过数字微分纠正技术制作,不考虑空间目标(如建筑物、桥梁等),从而导致空间目标偏离其真正的位置,偏离方向以及偏离程度视摄影中心相对于地物目标的方向等而定。 传统 DOM 仅对地形进行纠正,对空间目标如桥梁、高楼等建筑物没有进行纠正,使其偏离了实际位置,而这些没有纠正的空间地物就会对其附近的地物目标造成遮蔽,使人们无法获得正确完整的影像信息,尤其是高层建筑密集城区,遮挡现象严重影响了利用数字正射影像对地物目标解译的准确度,制约了正射影像在数据更新、城区规划等方面的应用。在传统的大比例尺城区正射影像中,建筑物的遮挡情况更为普遍,如将全息矢量地图数据与正射影像进行叠加,会出现建筑物被道路矢量线横穿以及建山东科技大学本科本科毕业设计(论文)2筑物、道路等矢量轮廓与其自身产生错位无法叠合等问题,导致地理参考价值缺失不足以作为实际生产生活的底图使用。为了解决传统正射影像应用面临的问题,真正射影像(True Orthophoto)作为新的影像地图产品应运而生。在真正射影像中,如建筑物、桥梁等空间目标能够纠正到其正确的位置上,不会对地物目标造成遮挡,它不仅具有地形图的特点,而且包含了丰富的影像纹理信息,在城市规划、环境监测、应急响应等方面有着广泛的用途。真正射影像的研究在我国起步较晚,2006 年《中国测绘学科发展蓝皮书》中才真正提到“真正射影像”概念,这一新的测绘产品才开始引起社会的关注。与传统的正射影像相比,真正射影像可以同时消除地形和地面三维目标投影的变形,保持了直视角度的地表景观,影像色彩均匀,在一定程度上满足视觉的美感,发挥了影像应有的功能,解决了城市大比例尺正射影像阴影与高大建筑物对附近地表信息遮挡等问题,并能快速的生成地表三维景观和城市三维景观,在城市空间信息领域中具有非常广阔的应用前景。随着摄影测量系统的快速发展以及遥感数据获取能力不断提高,各领域对真正射影像产品的形式、精度、现势性有了更高的要求,多角度的多视影像更有利于生成完整的真正射影像。1.2 国内外研究现状国内外学者对真正射影像制作技术做出了广泛的研究,方法也较多,但仍然存在一些困难,其中最主要的是遮挡检测和遮挡区域信息补偿。在地形平坦且建筑物稀疏的区域,遮挡区域的检测相对比较简单,但在地形比较复杂,大型人工建筑物云集的山东科技大学本科本科毕业设计(论文)3情况下,如何准确的检测出被遮挡区域就变得很关键。而对于真正射影像上遮挡信息的补偿,处理方法主要集中有:(1) 对遮挡区域不做实际的信息补偿,只是简单的以灰色或黑色调来简单的填充遮挡区域。该方法虽然处理简单,但其结果丢失了影像的部分空间地物信息,降低了影像的解译能力及应用能力,美观性也相应变差。(2) 采用相邻影像的重叠区域对遮挡进行处理。由于对遮挡区域信息补偿所用的数据是地面的真实信息,所以效果理想,但遮挡信息补偿需要对多张相邻影像进行遮挡检测而后进行纹理修补,使得色彩的一致性处理难度加大,导致需要人工干预而难以实现自动化。(3) 采用纹理外推的方式进行遮挡区域补偿。对于遮挡范围小且纹理变化不明显,同时被遮蔽区域的地物信息不是很关键时,可以采用该方法,但当遮挡范围大且该区域包含关键地物信息时,显然此方法不适用。1.2.1 真正射影像遮挡检测的研究现状目前国内外学者对真正射影像生成技术的研究,大致可以分为两类:一是利用数字建筑模型(DBM,Digital Building Model)。数字三维模型构建方法主要有利用 CSG(Constructive Solid Geometry)的三维建模方法,基于 DLG(Digital Line Graphic)的建筑物三维建模,以及利用倾斜航空影像、LiDar 数据实现建筑物三维建模。 DBM 能够精确地描述建筑物的边界轮廓特征,模型及模型之间的拓扑关系明确。二是利用数字表面模型(DSM,Digital Surface Model)。DSM 的数据源有两种,即倾斜航空影像和激光 Lidar 数据。它主要是通过影像匹配、机载激光 Lidar 扫描系统的方式来获取。利用匹配的方式获得的 DSM 同样可以对地形、地物的边界特征进行准确的描述,而且匹配算山东科技大学本科本科毕业设计(论文)4法的合理选择和不断优化可以提高 DSM 匹配的精度。所以,利用 DBM 和 DSM 两种数据对已有的遮挡检测算法进行实现,通过实验结果验证遮挡检测算法的可行性和精确度,以及生成的真正射影像的准确性和完整性在现实应用需求方面具有重要意义。在遮挡检测方面,Fahmi Amhar(Fahmi Amhar,1998)利用数字建筑模型 DBM 与数字地面模型 DTM(Digital Terrain Model)的正射影像,进行空间目标的纠正,将结果融合来制作真正射影像,该方法仅对建筑物与建筑物之间不存在遮挡的情形适用,Z-Buffer 方法的出现解决了建筑物之间以及建筑物对其它地物目标的遮蔽问题,它是一种隐藏面消除的方法,需要遍历计算地表面 2 维矩阵的每一个元素,因此,遮蔽检测是一个耗时的过程,算法效率比较低。在 Z-Buffer 方法提出不久, Rau(Rau,2002)对 Z-Buffer 算法做了改进,提出基于栅格数字表面模型算法。Habib(Habib, 2007)基于角度的遮蔽检测方法与 Bang(Bang,2007)基于高度的射线追踪法都对 Z-Buffer 算法进行了不同程度的改进,但算法都存在一个问题,计算过程复杂,计算量大,效率也随之降低。王潇(王潇等,2009) 针对建筑物对周围地物的遮挡所造成的建筑物倾斜、重影等问题,提出一种基于高程面投影的迭代检测算法。该方法对于建筑物对地面的遮蔽以及建筑物之间的相互遮蔽情况都能进行处理,但是对于地形起伏变化较大的不规则地区可能出现不收敛的情况,导致遮蔽区域检测无法进行,加之迭代过程比较费时,降低了执行效率。谢文寒(谢文寒等,2010) 提出的基于最小边界扇区的遮蔽检测方法实现了城市大比例尺真正射影像的制作。这种方法也是 Z-Buffer 算法的一种改进,在极坐标系统下,提出了基于最小边界扇 MBR(Minimum Boundary Rectangle)的算
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