面向三維變化檢測的遙感圖像立體匹配及三維配準(zhǔn)技術(shù)研究.pdf

1、隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，遙感立體成像已成為獲取地物信息的有力手段。與傳統(tǒng)二維遙感圖像相比，運用遙感立體成像重建數(shù)據(jù)能從三維空間更準(zhǔn)確地描述地物信息，因此在城市規(guī)劃、自然災(zāi)害評估、軍事毀傷效果評估等方面有著重要的應(yīng)用。在遙感立體成像三維重建過程中，立體匹配占據(jù)首要位置，立體匹配獲得匹配點的正確性直接影響三維重建精度；得到重建三維數(shù)據(jù)后，需將不同時相重建三維數(shù)據(jù)對齊至同一個坐標(biāo)系，即進行精確且高效的三維配準(zhǔn)以消除不同時相三維數(shù)據(jù)間的錯位；作為重

2、建三維數(shù)據(jù)的應(yīng)用，三維變化檢測異于二維變化檢測，傳統(tǒng)方法不再適用，需根據(jù)重建數(shù)據(jù)特點進行擴展。因此，本文以基于遙感圖像三維變化檢測為目的，分別從遙感圖像立體匹配、重建數(shù)據(jù)的三維配準(zhǔn)和三維變化檢測三方面開展研究工作。
　　首先，簡要介紹了遙感立體成像三維重建的基本原理，詳細(xì)分析了基于局部區(qū)域灰度相似性測度和基于特征的立體匹配方法；介紹了三維數(shù)據(jù)配準(zhǔn)的基本步驟，針對遙感立體成像三維重建特點分析了應(yīng)采用的三維坐標(biāo)變換模型，詳細(xì)描述并分析

3、了兩種可用于三維配準(zhǔn)的迭代最近點(Iterative Closest Point, ICP)算法。這些內(nèi)容構(gòu)成了三維重建和三維配準(zhǔn)的基礎(chǔ)，為后續(xù)章節(jié)奠定理論基礎(chǔ)。
　　其次，以面向三維重建的遙感圖像立體匹配為目的，本文重點研究了基于角點和基于區(qū)域特征的立體匹配技術(shù)。其中，針對遙感立體圖像局部畸變和灰度差異給角點提取和匹配帶來的困難，提出了基于多層尺度空間角點檢測和CRA(Cluster Reward Algorithm)相似性測度

4、的立體匹配算法，較大程度地提升了匹配點數(shù)目和正確率。針對區(qū)域立體匹配算法受限于相似形狀區(qū)域、能正確匹配區(qū)域數(shù)目的缺陷，提出了一種聯(lián)合特征相似性和空間關(guān)系的立體匹配算法，實驗結(jié)果表明提出算法與傳統(tǒng)算法相比具有更高的匹配正確率，遺漏匹配數(shù)目更少。此外，考慮匹配點空間分布對三維重建的影響，提出了一種匹配點分布質(zhì)量評估和篩選算法，該算法有效地調(diào)整了匹配點均勻分布，通過匹配點分布調(diào)整，較好地提高了相對定向參數(shù)和三維重建的求解精度。
　　再次

5、，針對遙感重建三維數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)問題，本文重點研究了ICP算法中無效匹配刪減、三維特征點提取關(guān)鍵技術(shù)?？紤]到ICP算法對具有部分公共區(qū)域數(shù)據(jù)配準(zhǔn)時迭代不易收斂的問題，從理論上分析了各類無效匹配刪減 ICP算法的不足，提出了一種聯(lián)合匹配點距離比率及自適應(yīng)距離閾值的無效匹配刪減 ICP算法，模擬和真實數(shù)據(jù)實驗表明提出算法更適合于具有部分公共區(qū)域數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)，并且配準(zhǔn)誤差較好地收斂于點集平均距離附近；針對大數(shù)據(jù)量的多個目標(biāo)和大范圍場景三維數(shù)據(jù)計算量

6、大，三維配準(zhǔn)需時長的問題，分析了幾種抽選點ICP算法，提出了基于三維特征點的ICP算法，通過提取對配準(zhǔn)數(shù)據(jù)輪廓描述較好的三維特征點來減小計算量，并將隨機抽樣一致性檢驗(RANdom SAmple Consensu, RANSAC)嵌入ICP算法提升ICP收斂的穩(wěn)定性。實驗結(jié)果表明提出算法配準(zhǔn)所需時間至少降低一個數(shù)量級，且配準(zhǔn)精度也有較大提高。
　　最后，針對遙感三維變化檢測問題，本文重點研究了基于距離差值閾值的三維變化檢測技術(shù)，進

7、一步在三維變化檢測的基礎(chǔ)上，研究了三維變化的定量評估。對于經(jīng)三維配準(zhǔn)后的多時相三維數(shù)據(jù)，提出了兩種自適應(yīng)距離差值閾值和改進順序聚類修正的三維變化檢測算法，解決了基本距離差值閾值法閾值難以確定、全局閾值變化檢測效果不佳及變化檢測結(jié)果修正的問題。實驗結(jié)果表明提出方法更準(zhǔn)確地獲得了變化區(qū)域，變化檢測性能得到提升。通過分析不同配準(zhǔn)誤差對三維變化檢測性能的影響，對三維配準(zhǔn)提出了具體精度要求?？紤]三維變化檢測的定量評估，提出了運用六種統(tǒng)計特征對變化