机载LiDAR点云数据辅助真正射影像制作关键技术研究

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真正射影像具有丰富的影像和精确的几何信息,它可以直接作为GIS数据库更新矢量数据的底图或者直接用来测量作业,在数字测图、城市三维建模等应用中发挥重要作用。传统正射影像使用DEM(Digital Elevation Model)纠正了由于地形起伏和传感器倾斜引起的投影差,真正射影像不仅要满足于此,还需要纠正地表目标引起的投影差,这一过程需要纠正区域的DSM(Digital Surface Model), LiDAR(Airborne Light Detection And Ranging)系统的出现与发展为测区DSM的获取提供了优质的数据源,为真正射影像的制作提供了必要条件。目前,真正射影像生成尚处于起步阶段,在实际生成中还存在诸多困难。例如:影像色彩一致化处理问题、真正射影像纠正中的遮挡检测问题、影像中建筑物轮廓精化问题、遮挡区域修复问题以及最终的镶嵌线选择问题等限制了真正射影像的质量。本文以LiDAR系统数据为基础,深入研究了真正射影像制作所需的各项关键技术,主要的研究内容和创新性成果如下:(1)航空影像色彩一致性处理分别针对单幅影像和多幅影像之间的色彩不一致性问题进行研究,对于单幅影像,提出一种基于局部标准差模型的格网匀光方法,主要解决小像幅相机由于虚光效应、摄影角度等引起的色彩不一致,对于多幅影像之间的色彩不一致现象,提出一种基于级配曲线自动匀光方法,主要解决摄影时由于各种因素影响而使光照条件不同产生的色彩不一致问题;(2)真正射影像遮挡检测遮挡检测是生成真正射影像的重要一环,通过研究现有的遮挡检测方法,本文提出一种根据同条航带内点云密度进行遮挡粗检测,然后针对不通区域采用不同的尺度策略构建TIN模型进行遮挡检测的方法,保证检测质量的同时提高检测的速度;(3)真正射影像边缘精化针对真正射影像中建筑物边缘普遍存在不规则现象,提出LiDAR与影像联合解算的方法提取精确建筑物边缘线,利用精确3D边缘线约束生成DSM精化真正射影像中建筑物边缘;(4)真正射影像遮挡信息修复为了影像信息的完整性,需要对遮挡区域进行信息修复,对于有重叠区域的遮挡区域,Amhar et al.(1998)、Sheng et al. (2003)等提出了几种利用相邻影像对遮挡区域进行修补的方法。本文的研究重点主要集中于信息缺失的“死角”区域,提出一种矢量约束下仿真信息修复方法,保证影像中建筑物顶面完整性;(5)镶嵌线网络优化算法镶嵌线网络是指区域范围内多影像镶嵌时,影像间的镶嵌线彼此连接而成的网络。研究镶嵌线网络的自动生成方法,生成基于整体的镶嵌线,形成每幅正射影像的有效镶嵌多边形,以提高镶嵌处理的效率,结合机载LiDAR点云对镶嵌线网络进行自动的优化调整,进而保证镶嵌处理的质量。限于时间和篇幅,本文仅对以上几点进行了研究,真正射影像制作中存在的问题可能不能一一顾及,这将会是进一步研究的内容。
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