轴角描述的车载序列街景影像空中三角测量与三维重建方法研究

徐振亮

北京大学地球与空间科学学院,北京 100871

轴角描述的车载序列街景影像空中三角测量与三维重建方法研究

徐振亮

北京大学地球与空间科学学院,北京 100871

当前,我国正在推进“数字城市”“智慧城市”等重大地理空间信息工程项目,车载移动测量技术(VMMT)发挥了不可或缺的作用,其具有外业数据采集速度快、自动化程度高、运行成本低廉等特点,是当前摄影测量与遥感深入发展的新领域。其强大的地面多视角可量测实景影像采集能力,为GIS数据采集与更新开辟了一条快速高效的新途径。

从目前VMMT技术的发展趋势来看,测绘行业研究重点将从多传感器系统集成转向海量遥感数据处理阶段。由于车载移动测量系统(VMMS)获得的影像幅面小、数量大以及测量环境复杂,得到的街景影像还只停留在可视化及低精度量测层次,很难实现高精度量测,已成为制约其发展应用的瓶颈问题,亟待开展相关研究。

本文从车载序列街景影像高精度、快速处理角度出发,系统研究了车载序列影像空中三角测量与三维重建方法,探讨提出了针对序列街景影像特点的影像匹配、光束法区域网平差及密集匹配等方法,主要研究内容包括:

(1)探讨了多种约束条件下的车载街景影像可靠稀疏匹配方法。为获得3°以上可靠的同名点,以SIFT特征为例,以最邻近距离比为匹配测度,综合运用双向约束、核线约束、视差及灰度约束及物方点反投影误差约束等策略,获得可靠同名点,再通过同名点转点,满足空中三角测量对同名像点的需求。

(2)提出了轴角描述影像姿态的光束法平差方法。车载序列街景影像数量庞大,动辄成千上万张,外方位元素数量众多,如果在平差解算中沿用传统的欧拉角姿态描述姿态方法,在迭代过程中反复进行三角函数运算,势必影响解算效率。为此,建立了轴角描述姿态的区域网严格平差模型,通过引入轴角姿态描述模型,使原有平差模型中的系数矩阵元素及参数迭代过程全部在线性系统下运算,免去了三角函数运算,求解效率显著提高。

(3)提出了建立带有控制片的区域网联合平差模型解析POS误差特性的方法。通过获取的初始影像设置为控制片(外方位元素真值),分析残差变化规律解析得到POS误差基本特性,论证了结论的正确性。

(4)提出了按立面影像分辨率定权的方法。由于车载相机独特的安置关系,获取的影像与建筑立面一般来说呈大角度倾斜关系,这样造成建筑立面的影像分辨率差异较大,由此,提出按影像分辨率定权的方法改善摄影方式对定位结果的影响,最后验证是正确的。

(5)在空三解算中引入了预处理共轭梯度稀疏解法,提出了以法方程系数矩阵对应的对角平方根矩阵作为预处理矩阵的构造方法。由于矩阵特征值尺度差异大,大型空三法方程系数矩阵近乎病态,造成解算收敛困难,引入该方法构造的预处理矩阵可以一定程度上改善特征值尺度差异,对解算效率无显著影响情况下,有效提高方程解算稳定性和质量。

(6)研究了基于SIFT特征的面域(建筑立面及地面)准密集匹配方法。基于SIFT特征,首先通过双向约束条件、核线约束条件及多次单应性约束条件拟合出面域特征后,然后经过视差梯度约束进一步剔除视差断裂引起的误匹配,最后利用稳定的同名点构建Delaunay三角形,在三角形约束下,实现面域内准密集匹配。试验证明,该方法可使加密点数显著提高,效果较好。

Research on Aerial Triangulation Angle/Axis Representation and 3D Reconstruction for Vehicle-borne Street-level Image Sequence

XU Zhenliang
School of Earth and Space Science,Peking University,Beijing 100871,China

his doctoral degree from Wuhan University on June 2014,majors in Digital Photogrammetry and Computer Vision

XU Zhenliang.Research on Aerial Triangulation Angle/Axis representation and 3D Reconstruction for vehicle-borne street-level Image Sequence[J].Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2015,44(10):1178.(徐振亮.轴角描述的车载序列街景影像空中三角测量与三维重建方法研究[J].测绘学报,2015,44(10):1178.)

10.11947/j.AGCS.2015.20150113

P234.1

D

1001-1595(2015)10-1178-01

国家自然科学基金(41271456;11174017)

2015-03-03

徐振亮(1982—),男,博士后,2014年6月毕业于武汉大学,获工学博士学位(指导教师:闫利教授),研究方向为数字摄影测量与计算机视觉。

E-mail:xuzhenliang＠pku.edu.cn

Author:XU Zhenliang(1982—),male,postdoctoral,