融合摄影测量技术的地面激光扫描数据全自动纹理映射方法研究

发布时间：2016-09-19 10:27

  本文关键词：融合摄影测量技术的地面激光扫描数据全自动纹理映射方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

《武汉大学》 2014年

融合摄影测量技术的地面激光扫描数据全自动纹理映射方法研究

方伟  

【摘要】：三维模型重建的自动化是激光扫描和摄影测量发展追求的目标之一,当前,在对激光扫描三维模型进行纹理重建的过程中,纹理和激光扫描三维模型之间的自动配准方法仍是制约激光扫描模型纹理映射生产的瓶颈问题。 纹理影像和激光扫描三维模型之间的自动配准属于经典的二维三维配准问题,而配准的本质归结为特征的提取和匹配。手动选择控制点不仅需要大量交互操作,而且由于三维模型上的特征不明显,难以判断每个控制点的精度是否满足配准的要求。虽然现在地面激光扫描能够获取较高密度的三维点云以及强度信息,能够通过自动算法从其中提取足够多的三维特征点,但是现有的方法对于自动剔除和光学影像之间大量的误匹配依然非常困难。 对于从地面激光扫描数据中提取特征点而言,通过生成二维强度影像,强度信息的利用能够极大的提高特征点提取的数量和自动化程度,然而,强度影像的特征点提取能力不仅和它的像素密度成正比,更是和强度的一致性成正相关。由于采用激光主动成像的方式,地面激光扫描的强度信息受多种因素的影响而导致其产生的强度影像“曝光”不一致,其中最显著的因素就是近距离反常效应,目前的方法依然不能有效解决这个原因导致的不一致问题,因此,解决纹理和激光扫描自动配准的问题首先需要生成高质量的强度影像。 本文以解决激光扫描纹理重建生产过程中的这个瓶颈问题为目的,对涉及到的关键技术进行了研究。主要的研究工作如下： 1)研究了影响地面激光扫描点云强度的各种因素,提出了基于物理模型的样本估计的地面激光扫描强度校正的方法； 2)仔细研究了针对同轴相位式扫描仪Z+F Imager5006i的近距离效应的产生原因,并分析了上述激光强度校正方法在该型扫描数据上的应用效果； 3)研究了激光点云精确法线估计需要考虑的因素和方法； 4)研究了激光点云强度影像生成的各种方法和它们的适用场景; 5)研究了基于激光点云强度影像、融合摄影测量技术的地面激光三维扫描数据与光学影像的自动配准方法： 6)对激光扫描纹理映射精度的定义和影响因素进行全面的研究。论文的主要创新点在于： 1)提出同轴相位式地面激光扫描仪强度数据的实用化校正方案。该方法针对当前强度校正研究无法有效解释地面激光扫描仪近距离效应的现状,采用基于物理模型参数估计的方法,深入分析了同轴相位式地面激光扫描仪点云强度近距离效应的产生过程,得出扫描仪接收光学系统的散焦效应是近距离激光回波强度反常变低的原因。通过创新设计的样本数据采集方案,有效地估计出对应物理模型的参数,从而实现了对特定类型激光扫描仪强度近距离效应的有效校正。为了达到实用化的点云强度校正,本文创新性的将具有相似表面粗糙度的白墙和莫高窟壁画激光扫描强度数据进行距离校正,然后利用校正后的白墙的数据作为样本估计强度-入射角因素中的粗糙度参数,用于对莫高窟壁画强度数据的校正,为强度的实用化提供了有力保证。 2)提出了一种基于强度影像的激光扫描三维点云和摄影测量光学影像自动配准的方法。首先对激光点云生成有利于三维-特征精确提取的强度全景影像,然后让强度影像和光学影像之间采用基于尺度不变特征的SIFT算子进行特征提取和匹配。然后对光学影像做摄影测量相对定向,得到影像之间的多度重叠连接点,接着将这些多度重叠点和强度-光学影像之间的匹配点求交集,从而大量剔除强度影像和光学影像之间的无效匹配。在对剩下的光学影像匹配点进行前方交会后,误匹配的剔除可以转化为两个三维匹配点集之间的RANSAC求解问题。在利用距离统计聚类的方法求出两匹配点集之间的缩放比例后,两点集之间仅存在旋转和平移的刚性变换,这使得误匹配的剔除变得非常容易。最后,剩下来的正确匹配被转化成对应的三维控制点来对光学影像进行摄影测量绝对定向,已充分利用整体平差实现激光扫描三维点云和光学影像之间的自动配准。需要进一步深入研究的问题： 1)强度校正中涉及到点云多路径效用的地方需要仔细研究,以进一步提高强度校正的精度。 2)在考虑点云强度对法线估计精度影像的时候,需要深入研究其物理模型并采集大量的样本才能准确估计测距噪音和点云强度之间的关系。 3)全景强度影像的问题是在影像变形比较大的地方无法提取特征点,后续可以考虑用透视投影影像进行特征提取,同时也要考虑三维点云内插的精度问题。 4)研究应用非刚性自动纹理映射模型,消除因为三维模型的误差造成的映射纹理之间的几何接缝。 5)纹理影像的获取质量对后续的摄影测量成功率和精度有很大的影响,研究如何利用三维激光扫描模型和可用相机的参数,自动设计摄影测量网络,以实现满足摄影测量影像的自动化采集。

【关键词】：
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P225.2;P23
【目录】：

下载全文 更多同类文献

CAJ全文下载

(如何获取全文？ 欢迎：购买知网充值卡、在线充值、在线咨询)

CAJViewer阅读器支持CAJ、PDF文件格式

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 刘钢,彭群生,鲍虎军;基于多幅实拍照片为真实景物模型添加纹理[J];软件学报;2005年11期

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 季长路,张家钰;激光基准信标仪中CPU及其控制原理的分析与设计[J];安徽机电学院学报;2000年02期

2 赵岩,刘晓丽,孙诒丹;大学物理实验引入全息干涉技术定性观测温度场的变化[J];鞍山师范学院学报;2000年03期

3 马宗峰;王纪强;罗光明;张朝阳;张春熹;欧攀;;全光纤相干激光雷达本振光功率优化[J];半导体光电;2009年02期

4 徐军;王焕钦;易洁羽;何德勇;赵天鹏;明海;谢建平;;单纵模VCSEL自混合多普勒测速传感系统的设计[J];半导体光电;2009年05期

5 朱璐莱;张涛;;数字全息干涉测量中消相关误差的理论分析与仿真估计[J];半导体光电;2010年04期

6 王丽宽,胡绍海,王焰;基于互信息量的医学图像拼合算法[J];北方交通大学学报;2004年02期

7 方海燕;刘小勇;乐静;郭俊杰;;球壳表面缺陷的光学复合式非接触测量[J];兵工学报;2011年07期

8 尹宝才,胡永利,程世铨,谷春亮;基于形变模型的人脸建模及其应用综述[J];北京工业大学学报;2003年03期

9 胡永利,尹宝才;基于线性组合模型的人脸特征检测方法[J];北京工业大学学报;2005年05期

10 时永刚;邹谋炎;;新的广义距离与多模态医学图像配准[J];北京理工大学学报;2006年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 梁雪驰;徐丹旸;李辛;;机载民用激光器性能综合测试设备研制[A];第三届民用飞机先进制造技术及装备论坛论文汇编[C];2011年

2 殷祖焘;胡宾鑫;;脉冲激光测距仪环境试验性能检测装置的研制[A];第一届中国微电子计量与测试技术研讨会论文集[C];2008年

3 ;A coarse-to-refined approach of medical image registration based on combining mutual information and shape information[A];大连理工大学生物医学工程学术论文集（第2卷）[C];2005年

4 孙少燕;唐焕文;唐一源;;医学图像配准的某些进展[A];大连理工大学生物医学工程学术论文集（第2卷）[C];2005年

5 孙少燕;唐一源;唐焕文;;一种基于信息离散性度量的医学图像配准方法[A];大连理工大学生物医学工程学术论文集（第2卷）[C];2005年

6 崔海涛;黄翔东;蒋长丽;;基于全相位FFT的激光测距法[A];全国第五届信号和智能信息处理与应用学术会议专刊(第一册)[C];2011年

7 姜忠海;辛丽;方光宇;王玉晓;张学如;宋瑛林;;飞秒光纤激光自相关谱畸变产生机理的研究[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年

8 曹维国;朱运东;安志勇;杨瑞宁;肖作江;;基于激光原理的曲臂测量系统研制[A];2007年先进激光技术发展与应用研讨会论文集[C];2007年

9 孙卜郊;刘扬;朱恒伟;肖洋;周东华;;异类图匹配方法研究[A];第二届红外成像系统仿真测试与评价技术研讨会论文集[C];2008年

10 王战虎;魏焕东;华建文;;偏振移相光路移相误差分析[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集（上册）[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 李建华;基于三角原理的森林测高器研制与应用[D];山东农业大学;2011年

2 范亚;基于高分辨率颅脑CT体数据的病变自动检出方法研究[D];中国科学技术大学;2011年

3 李登旺;医学图像配准和分割技术研究及在图像引导放射治疗系统中的应用[D];山东大学;2011年

4 潘梅森;医学图像倾斜校正方法与应用研究[D];中南大学;2011年

5 康岩辉;阿伏伽德罗常数测量中硅球直径测量的若干关键问题研究[D];天津大学;2009年

6 张德新;面阵航侦CCD相机系统设计及其图像拼接技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

7 周健;用于车载自主导航激光多普勒测速仪的初步研究[D];国防科学技术大学;2010年

8 李宝;三维点云的鲁棒处理技术研究[D];国防科学技术大学;2011年

9 盖杉;多模态纸币图像分析关键技术研究及其应用[D];哈尔滨工业大学;2011年

10 韦虎;三维外形测量系统中的数据处理关键技术研究[D];南京航空航天大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈军;测量不确定度在基础实验中的应用研究[D];山东农业大学;2010年

2 田野;环境卫星光学影像自动配准算法研究与并行实现[D];辽宁工程技术大学;2009年

3 赵晓刚;特征点搜索与基于形变模型的三维人脸建模的研究[D];河南工业大学;2010年

4 李哲;图像配准的理论及其相关算法研究[D];西安电子科技大学;2011年

5 杨丽;基于人工鱼群算法的图像配准的研究与实现[D];西安电子科技大学;2009年

6 段美茵;基于互信息的图像配准方法研究[D];西安电子科技大学;2011年

7 丁维维;基于三维重建过程中纹理映射问题的研究[D];西安电子科技大学;2010年

8 于亚楠;Y型多针孔干涉仪及其在绝对位置坐标测量中的应用研究[D];山东师范大学;2011年

9 陈孝礼;基于改进SVM的垃圾邮件过滤系统研究与实现[D];山东师范大学;2011年

10 周宏斌;三米滚珠丝杠螺旋线误差激光测量系统设计[D];山东建筑大学;2011年

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄蕴褘;曾忠;;基于激光扫描的机轴质量检测研究[J];机械工程师;2010年02期

2 张从周;激光扫描尺寸检测的研究[J];长春光学精密机械学院学报;1997年01期

3 张国玉,安志勇,张从周,李成志;激光扫描大直径测量方法研究[J];航空计测技术;1997年03期

4 汪帆;何文峰;林昀;;车载激光扫描测量系统外标定方法的研究和实现[J];城市勘测;2014年02期

5 孟昭山;赵锐;;激光扫描应用的关键技术问题综述[J];测绘与空间地理信息;2009年06期

6 孙雁楠;汪骏;;直升机激光扫描巡检作业工艺的研究[J];科技资讯;2011年05期

7 安承武，宋文栋，陆冬生，范永昌，，李再光;激光扫描制备大尺寸超导薄膜的理论分析[J];激光技术;1995年05期

8 冯建兰,方小平 ,阮玉;微机在激光扫描显示中的应用[J];黄石高等专科学校学报;1997年02期

9 侯方源;激光扫描激励的图像板读取装置研究[J];光学精密工程;1999年02期

10 苗永平,刘永智;二维激光扫描规律研究[J];应用光学;2005年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 李艳;涂成生;;高精度三维激光扫描在首件检测中的应用[A];第十五届全国汽车检测技术年会论文集[C];2011年

2 崔宇;隋鑫;杨坤;;双直径激光扫描检测系统研究[A];科技创新与节能减排——吉林省第五届科学技术学术年会论文集（上册）[C];2008年

3 陶业;马国欣;张赖;;激光扫描测量信号边界检出方法研究[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集（D 光电信息处理技术专题）[C];2006年

4 李芹;钟若飞;谭贲;;基于车载激光扫描数据的地面粗糙度提取[A];第十七届中国遥感大会摘要集[C];2010年

5 张洪涛;徐海峰;翟旭华;;激光扫描大直径工件检测方法研究[A];科技创新与节能减排——吉林省第五届科学技术学术年会论文集（上册）[C];2008年

6 贺磊;余春平;李广云;;激光扫描数据多站配准方法研究[A];高精度几何量光电测量与校准技术研讨会论文集[C];2008年

7 张国玉;徐熙平;宋甲午;杨琳;李成志;安志勇;;三维曲面激光扫描光三角检测系统[A];2002年中国光学学会年会论文集[C];2002年

8 郑猛;邵双运;冯其波;;计算机X射线激光扫描系统关键技术研究[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集（上册）[C];2009年

9 程正逢;王盛才;石克勤;王圣祖;;国外航空激光扫描测量系统的发展和应用[A];全国测绘与地理信息技术研讨交流会专辑[C];2003年

10 徐进军;张毅;崔晨风;郑炎兵;;基于激光扫描技术的路面测量[A];湖北省测绘学会2006年度科学技术交流会论文集[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 刘金生 范树元;[N];石油管道报;2013年

2 南京军区福州总医院中心实验室 涂向东　整理 吴志 张文明;[N];健康报;2010年

3 秦建明;[N];中国文物报;2001年

4 郭晓冰　李倩;[N];国家电网报;2013年

5 本报记者 夏静 本报通讯员 胡庆方 吴江龙;[N];光明日报;2012年

6 记者 詹文河 韩战锋;[N];广东科技报;2008年

7 胡庆方 冯林;[N];中国教育报;2011年

8 高林;[N];中国电子报;2003年

9 王思海;[N];新华每日电讯;2007年

10 刘顿;[N];检察日报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 梁玉斌;面向建筑测绘的地面激光扫描模式识别方法研究[D];武汉大学;2013年

2 蔡润彬;地面激光扫描数据后处理若干关键技术研究[D];同济大学;2008年

3 方伟;融合摄影测量技术的地面激光扫描数据全自动纹理映射方法研究[D];武汉大学;2014年

4 王典;基于二维激光扫描的林木联合采育机作业环境测量[D];北京林业大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张学军;激光扫描测微仪研究[D];哈尔滨理工大学;2003年

2 张兵;激光扫描测径仪的试验探索[D];天津大学;2007年

3 张成博;基于激光扫描的料场测量系统的研究[D];武汉理工大学;2012年

4 郭璐;基于嵌入式系统的激光扫描检测控制技术研究[D];长春理工大学;2012年

5 谭贲;基于车载激光扫描数据的城市典型地物分类方法研究[D];首都师范大学;2011年

6 邓爱民;车载激光扫描点云数据流处理抽稀方法研究[D];西南交通大学;2011年

7 赵鹏;激光扫描控制系统与软件的研究[D];河北工业大学;2005年

8 赵改娜;激光扫描光学系统的研究[D];长春理工大学;2006年

9 苗永平;激光扫描显示技术研究[D];电子科技大学;2004年

10 张效栋;彩色3D激光扫描数据处理方法的研究[D];天津大学;2004年

  本文关键词：融合摄影测量技术的地面激光扫描数据全自动纹理映射方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：117895