多像位姿估计的全景纹理映射算法

纹理映射技术作为获取具有丰富纹理信息的真彩色点云的有效手段，正以其独特的优势广泛地应用于众多行业领域。研究了一种利用三维激光扫描仪与外置数码相机联合标定解算多张影像位姿并获取全景真彩色点云的方法。其基本思想是利用摄像机与激光扫描仪固有的相对位置姿态，通过对首张影像进行标定得到其位置姿态后，利用摄像机空间旋转的几何特性，根据首张影像的位姿获取其余影像的位姿，继而完成多张影像的纹理映射，获取全景彩色点云。对比目前主流的全景影像纹理映射算法，该算法在精度与效率上均有一定提高。对多种点云数据进行纹理映射实验，结果表明，该方法能够快速准确地获取真三维全景彩色点云，为三维精细化建模提供了数据基础。     

激光点云与全景影像配准方法研究

针对全景成像系统获取的全景影像的内外方位元素未知的问题,充分利用激光点云的可量测优势和全景影像的360°视场角浏览查看优点,提出并实现了一种基于点特征的激光点云和全景影像的配准算法。该算法只需在激光点云和全景影像上各提取少量同名特征点便可进行配准。试验表明,算法能够很好地实现全景影像与激光点云的完美配准。     

车载移动测量系统装备研制与应用

为实现空间信息的快速及高效获取,在集成GNSS、IMU、全景相机、激光雷达等主要传感器的基础上,研制了车载全景激光耦合式移动测量系统。根据精密解算的位置姿态信息,对全景影像和激光点云进行了耦合,生成含有真彩色点云的可量测实景影像,提出鸟瞰实景影像、基于浏览器的海量点云网络发布等点云应用新形式。该系统在渝武高速公路扩能改造工程快速移动测量中的成功应用,证明系统不仅安装简便、采集快速、处理高效、成果丰富,而且具备厘米级的测量精度,有效提高了空间信息的获取及处理效率。     

车载全景影像与激光点云融合生成彩色点云方案

针对车载全景影像与激光点云数据融合的研究不足的现状,文章给出了一种适合球面全景影像的车载彩色点云生成方案:由车载POS数据及系统标定参数可获得全景影像的外方位元素,依据影像的采集视角选择激光点最佳的关联影像,然后以球面投影为成像模型获得激光点在影像上的颜色属性值,进而获得彩色点云数据;并对融合的误差进行了讨论与分析。经过融合后的彩色点云几何精度高、目视效果好,使两种数据源的优势得到了有效的结合。实验结果验证了这种方法的可行性和准确性。     

车载MMS激光点云与序列全景影像自动配准方法

提出一种车载移动测量系统（MMS）激光点云与序列全景影像自动配准方法。首先采用层次化城市场景目标提取方法自激光点云提取天际线矢量,在全景影像中经虚拟成像与分割角点提取算法生成天际线矢量。然后,将提取结果作为几何配准基元,构建配准基元图,通过最小化配准基元图编辑距离进行匹配,组成共轭配准基元对,解算2D-3D粗配准模型,获得全景影像与LiDAR点云参考坐标系之间的初始转换关系。最后,为消除几何配准基元提取与匹配误差对配准结果的影响,自序列全景影像虚拟成像影像生成多视立体密集匹配点云,继而使用变种ICP算法优化其与激光点云数据间3D-3D配准参数,间接优化全景影像与激光点云间的配准参数,精化配准结果。试验结果表明,本文提出的自动配准方法可以实现车载MMS激光点云与序列全景影像的1.5像素级自动配准,配准成果可应用于真彩色点云生成等点云/影像数据融合应用。     

基于罗德里格矩阵的车载激光点云与全景影像配准研究

提出一种基于罗德里格矩阵的车载激光点云与全景影像的配准算法,该方法利用车载GPS/IMU获取全景影像投影中心的初始位置,并采用共线条件方程描述全景投影中心、全景影像像点和同名激光点云间的几何关系,最后基于罗德里格矩阵变化法实现配准参数的解算。试验结果表明,本文提出的车载点云与全景影像的配准方法计算简单,并具有较高的配准精度。     

一种激光点云与Ladybug全景影像的融合方法

针对激光点云与全景影像融合问题,提出一种生成数据资源丰富、解决底部遮挡问题的方案,并能生成任意姿态和视角的真彩色点云全景影像和景深图,同时实地验证结果表明,融合效果和精度良好,将在地籍测量、城市专题数据提取、景区管理、道路检测、地理信息更新等方面发挥重要作用。     

融合多源数据的三维建模方法及精度分析

以地面相机影像、低空无人机影像和地面三维激光点云数据为融合对象,研究空地影像融合、低空影像融合地面三维激光点云和低空影像融合三维白模进行三维建模的方法,并对其三维建模精度和建模效果进行综合分析。这3种融合方法进行三维建模丰富了三维模型的色彩纹理信息,提高了三维模型的几何结构精度,能满足较大场景的三维实景模型的建模要求,为数字化古建筑(古文物)保护提供具有较高价值的参考数据。     

全景深度图像精度分析及优化方法研究

针对三维激光点云数据生成360°全景深度图像存在像素分辨率不均匀的问题,提出一种顾及目标量测精度及可见度的全景深度图像生成方法,在保证全景影像表达地物的完整性的前提下提高其数据的存取精度。通过坐标转换和投影变换生成与全景影像匹配的全景深度图像;基于摄影成像原理分析摄影中心高度、深度值和像素分辨率之间的关系,得到不同深度处目标分辨率随摄影中心升高趋于一致的结论;综合分析地面目标分辨率和杆状目标尤其是树冠对树干的遮挡问题,确定特定场景下生成全景深度图像的最佳摄影中心位置并重新生成深度图像。实验分析表明,该方法能够在保证杆目标可见度的前提下提高地面目标量测精度。     

彩色点云匀色的Wallis算法

通过可见光相机与三维激光扫描仪之间的精确标定,可以生成具有颜色信息的点云,在文物建模、移动测图、地下空间调查等领域具有广泛应用。点云的色彩质量依赖可见光相机的成像质量,受硬件水平、光照条件、拍摄参数等诸多因素干扰,经常出现偏暗、过曝、不均匀等现象,然而目前缺乏点云色彩匀色方法的研究。因此,本文将Wallis匀色算法从二维拓展到三维,利用模板影像的颜色信息,改善三维点云的色彩效果。实验证明,三维Wallis匀色算法可以有效改善点云的波段比例、亮度与对比度。     

车载全景影像核线匹配和空间前方交会

全景相机车载移动系统可以获取带有精确位置和姿态信息的序列全景影像,针对该影像数据,提出一种构建全景核线影像的方法,描述了在球面全景模型下构建全景影像之间核线几何约束的过程,并推导出具体的公式,然后在两张全景核线影像之间使用SIFT算法匹配同名点,最后根据摄影中心、像点、物点3点共线的原理,推导出全景影像的共线公式,利用前方交会的原理计算出物点的空间3维坐标。实验结果表明,本文方法可以降低全景影像匹配的难度,提高匹配点数量和精度,适用于实现基于全景影像的量测等功能。     

地面激光点云与数码影像自动高精度配准

针对地面激光雷达点云和数码光学影像非同源异质数据自动配准困难的问题,本文提出了基于互信息的两种数据同名特征高精度自动提取的方法。首先,把点云数据生成中心平面投影的反射强度图像和基于RGB信息的彩色图像,应用点云彩色图像和数码光学影像的匹配,确定点云与影像的粗配准参数;然后,对反射强度图像进行特征提取,应用粗配准参数确定其在数码光学影像上的初始位置,应用互信息实现非同源数据的高精度匹配;最后,应用罗德里格矩阵和选权迭代方法计算高精度配准参数,生成三维彩色模型。试验证明,本文方法可以解决地面激光点云和数码光学影像非同源异质数据的配准问题,具有一定的研究和应用价值。     

基于球面投影的单站地面激光点云直线段提取方法

由于激光点云离散分布于三维空间,导致特征计算困难,目前针对地面激光扫描点云的直线提取方法普遍存在计算量大、提取错误、或适应性不足等问题。本文提出了一种基于球面投影的单站地面激光点云直线段提取方法:首先将三维点云投影到球面上,球面投影后的三维点云保持了正确的邻接关系,同时也解决了三维数据计算量大的问题;然后,利用球面霍夫变换,正确提取球面投影后点云中的直线段特征;最后,利用稳健的直线拟合算法计算点云中的三维直线段参数。通过对室内室外场景数据的直线段提取试验及与商业软件Geomagic Studio等方法的对比试验,验证了本方法的正确性、适用性和准确性。     

Multi-Scale Representation of a Digital Line

A scheme for multi-scale geometrical representation of a digital line is proposed. A digital line is represented as a structured object in which lines at different levels of resolution are represented as lists, quadcodes are used as control mechanism for guiding line simplification at multiple scales of a pyramid, and operators for simplification and smoothing are used to generate lines at different levels of resolution. In this scheme, lines at different levels of an image pyramid can be automatically generated without specifying the so-called tolerance value. Experimental results show that up to a certain level of resolution, the simplified lines retain important information content and recognizable characteristics. Also, the image pyramid assures a legible representation at any level of representation. Future research should improve the current line simplification operator and address the correspondence between lines at different levels of an image pyramid and the lines at different map scales.     

多影像空三平差辅助下的车载全景相机严密标定方法

针对目前全景相机标定方法的研究现状,提出了一种多影像光束法空三平差辅助下的全景相机内参数严密标定方法。首先建立全景相机标定场,对组成全景相机的每台单相机的内参数进行标定;然后按照预先设计好的摄影参数,旋转摄影获取全景相机在标定场中多个不同摄影方向的影像,利用其中一个摄站的标定影像和物方控制点通过空间后方交会的方法解算单相机之间的初始相对方位元素,即粗标定;最后将所有摄站的标定影像构建区域网并进行光束法空三平差,获取精确的全景相机参数,即严密标定。试验表明,文中提出的全景相机标定方法可以提高标定结果的精度和可靠性,为全景影像的拼接、量测及真彩点云的生成等后续研究和应用奠定可靠的基础。     

Towards 3D map generation from digital aerial images

This paper describes the fusion of information extracted from multispectral digital aerial images for highly automatic 3D map generation. The proposed approach integrates spectral classification and 3D reconstruction techniques. The multispectral digital aerial images consist of a high resolution panchromatic channel as well as lower resolution RGB and near infrared (NIR) channels and form the basis for information extraction.Our land use classification is a 2-step approach that uses RGB and NIR images for an initial classification and the panchromatic images as well as a digital surface model (DSM) for a refined classification. The DSM is generated from the high resolution panchromatic images of a specific photo mission. Based on the aerial triangulation using area and feature-based points of interest the algorithms are able to generate a dense DSM by a dense image matching procedure. Afterwards a true ortho image for classification, panchromatic or color input images can be computed.In a last step specific layers for buildings and vegetation are generated and the classification is updated.     

Sensor modeling,self-calibration and accuracy testing of panoramic cameras and laser scanners

Terrestrial Linear Array CCD-based panoramic cameras have been used for purely imaging purposes, but they also have a high potential for use in high accuracy measurement applications. The imaging geometry and the high information content of those images make them suitable candidates for quantitative image analysis. For that a particular sensor model has to be established and the inherent accuracy potential has to be investigated. We developed a sensor model for terrestrial Linear Array-based panoramic cameras by means of a modified bundle adjustment with additional parameters, which models substantial deviations of a real camera from the ideal one. We used 3D straight-line information in addition to tie points to conduct a full calibration and orientation without control point information. Due to the similarity of the operation of laser scanners to panoramic cameras the sensor model of the panoramic cameras was extended for the self-calibration of laser scanners. We present the joint sensor model for panoramic cameras and laser scanners and the results of self-calibration, which indicate a subpixel accuracy level for such highly dynamic systems. Finally we demonstrate the systems’ accuracy of two typical panoramic cameras in 3D point positioning, using both a minimal number of control points and a free network adjustment. With these new panoramic imaging devices we have additional powerful sensors for image recording and efficient 3D object modeling.     

基于线特征的鱼眼图像与地面激光雷达点云配准

地面激光扫描数据（LiDAR）与全景图像进行联合分析在虚拟场景建设、文化遗迹保护等方面有较高的应用价值。将全景图像在其视点与LiDAR点云对齐是开展两种数据联合分析的基础,但需要克服数据维度差异转换和特征匹配的困难。本文提出了基于线特征的半自动配准方法纠正图像,将鱼眼图像和LiDAR点云投影为透视成像的柱面全景图像,采用Hough变换提取图像直线特征,并利用修正迭代Hough变换方法,实现在鱼眼全景图像视点约束下与离散激光点云的三维对齐。试验表明,该方法能在较少的人工干预下实现二维到三维数据对齐。