具備結(jié)構(gòu)感知功能的傾斜攝影測量場景三維重建

肖雄武

1. 武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430079； 2. 加利福尼亞大學(xué)歐文分校數(shù)學(xué)系,美國 加州 92697

傾斜攝影測量三維重建是當(dāng)前攝影測量與計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。相對于傳統(tǒng)的垂直航空影像，傾斜影像具有同視影像基線較短、幾何變形大、色差大、地物遮擋現(xiàn)象較為突出、數(shù)據(jù)量較大等特點(diǎn)，這給全自動的高精度三維建模帶來了一系列困難和問題。

本文圍繞傾斜攝影測量場景全自動三維重建開展研究，針對現(xiàn)有傾斜影像自動三維重建方法對不同數(shù)據(jù)存在自動化處理能力不全面、重建模型結(jié)構(gòu)特征不突出、模型精度不夠高的問題，在傾斜攝影測量場景三維重建的不同階段給出了一些相應(yīng)解決辦法。

論文主要內(nèi)容如下：

(1) 提出了一種傾斜影像成像方式的劃分理論，并提出了帶定位定姿系統(tǒng)(position and orientation system,POS)數(shù)據(jù)和不帶POS數(shù)據(jù)的兩種傾斜影像匹配方法，帶相對姿態(tài)參數(shù)的光束法平差模型及其適用范圍，提高了對不同傾斜影像數(shù)據(jù)的自動化處理能力，實(shí)現(xiàn)了高精度的傾斜影像自動空中三角測量。

(2) 提出了一種基于影像分組和顧及地形結(jié)構(gòu)的自適應(yīng)物方面元多視立體匹配方法，解決了影像數(shù)據(jù)量大和經(jīng)典的基于物方面元多視立體匹配算法(patch-based multi-view stereo matching algorithm,PMVS)對窄基線影像數(shù)據(jù)匹配效果不佳、沒有顧及地形斷裂線且計(jì)算效率較低的問題，提高了PMVS算法的數(shù)據(jù)處理能力、處理效率和匹配精度。

(3) 基于泊松表面重建算法，提出了一種顧及平面和邊界結(jié)構(gòu)特征的三維重建方法，解決了三維三角網(wǎng)模型(Mesh)表面不平整、棱角不突出的問題，提高了三維模型的視覺效果和重建精度。

(4) 設(shè)計(jì)了一種顧及遮擋檢測的高分辨率自動紋理映射方法。利用精確投影矩陣計(jì)算物方與像方的幾何投影關(guān)系，獲得與地物面(即Mesh三角面片)對應(yīng)的影像紋理信息，然后通過一種快速的遮擋檢測技術(shù)剔除有遮擋現(xiàn)象的影像紋理信息，最后通過一定的最優(yōu)算法選擇出地物面的理想紋理并進(jìn)行勻光勻色等處理，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量三維模型紋理的自動提取。

(5) 融合無人機(jī)航測的一些關(guān)鍵技術(shù)、基于視覺傳感器的同時(shí)定位與地圖構(gòu)建(simultaneous localization and mapping,SLAM)思想和場景三維重建中的點(diǎn)云構(gòu)網(wǎng)、紋理映射方法，提出了一種無人機(jī)影像實(shí)時(shí)空中三角測量和正射影像生成的可行性方案，解決了快速獲取的正射影像產(chǎn)品精度較低的問題。