喀斯特地貌多視角傾斜航空影像拼接算法研究

發(fā)布時(shí)間：2020-06-18 09:30

【摘要】：喀斯特地區(qū)溝壑縱深,峰林、峰叢眾多,地貌復(fù)雜,獲取地形信息的難度大、成本高。隨著遙感平臺的快速發(fā)展,無人機(jī)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣,多視角傾斜航空攝影已成為當(dāng)前的主流發(fā)展方向。與傳統(tǒng)的正射影像相比,多視角傾斜航空影像側(cè)面紋理獲取完整,但數(shù)據(jù)量大、影像幾何變形大。在喀斯特地區(qū)進(jìn)行多視角傾斜航空攝影時(shí),由于峰林、峰叢之間的相互遮擋和陰影的影響,使得該地區(qū)多視角傾斜航空影像匹配和拼接的難度更大。對喀斯特地貌的傾斜航空影像進(jìn)行匹配時(shí),傳統(tǒng)的特征檢測算法不具有完全仿射不變性,且正確匹配點(diǎn)對少。針對這些不足,本文構(gòu)建了基于完全仿射不變框架的特征檢測改進(jìn)算法,利用改進(jìn)前后的特征檢測算法對特征點(diǎn)粗匹配與精匹配進(jìn)行了研究,并與傳統(tǒng)的經(jīng)典特征檢測算法進(jìn)行了對比分析。論文最后對該地區(qū)的多視角傾斜航空影像的融合算法進(jìn)行了探討。本文的主要研究內(nèi)容和研究結(jié)論如下:(1)多視角傾斜航空攝影時(shí),獲取的影像存在影像不相鄰且非序列化,加之不同航線的影響,影像存在亮度差異和局部陰影。在喀斯特地區(qū),該傾斜航空影像的亮度差異和局部陰影更為明顯,導(dǎo)致同一地點(diǎn)的像素值發(fā)生變化,進(jìn)而影響影像的匹配。針對影像的勻光、勻色預(yù)處理,本文對比分析了基于直方圖均衡化、Retinex增強(qiáng)算法和Wallis濾波的三種勻光、勻色預(yù)處理方法。研究表明,對喀斯特地貌而言,基于Wallis濾波的影像勻光色方法效果優(yōu)于其它兩種方法。(2)對喀斯特地貌多視角傾斜航空影像進(jìn)行匹配時(shí),經(jīng)典的特征檢測算法不具有完全仿射不變性,正確匹配點(diǎn)對少,有時(shí)甚至沒有。針對這些不足,本文基于完全仿射不變框架,對SURF、AKAZE和SIFT三種算法進(jìn)行改進(jìn),進(jìn)而增加喀斯特地貌多視角傾斜航空影像的特征點(diǎn)數(shù)量,然后利用KD-TREE對FLANN算法進(jìn)行加速,完成影像特征粗匹配。(3)針對RANSAC算法在特征精匹配時(shí)耗時(shí)較長問題,論文構(gòu)建了一種利用PROSAC算法來對粗匹配點(diǎn)對進(jìn)行提純,使得提純后的正確匹配點(diǎn)對在影像上的分布更為均勻。與RANSAC算法相比,該算法搜索速度更快,對非正確匹配點(diǎn)對的剔除更為精確,能估計(jì)出更好的單應(yīng)性矩陣,使得拼接更為精確。(4)傳統(tǒng)的拼接融合算法對圖像模糊和拼接縫處理效果不佳,本文構(gòu)建了一種利用圖割算法搜尋最優(yōu)拼接線,然后采用多分辨率融合算法對多視角傾斜航空影像進(jìn)行融合的方法。為驗(yàn)證本文算法的拼接融合效果,論文利用喀斯特地貌多視角傾斜航空影像的四組影像進(jìn)行了拼接實(shí)驗(yàn)研究,將本文算法和AANAP算法、OcvStitch算法、AutoStitch軟件、ICE軟件的拼接融合效果進(jìn)行對比分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:對喀斯特地貌多視角傾斜航空影像而言,本文算法的拼接融合效果更理想。
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;P931;P23
【圖文】：

直方圖,直方圖,分量,航空影像

貴州大學(xué)碩士論文第二章喀斯特地貌多視角傾斜航空影像采影像預(yù)處理對于多視角傾斜航空影像而言，受天氣、光照、飛行器的姿態(tài)和相機(jī)之間的夾角的影響，某些影像的比較淡，其 RGB 數(shù)值變化范圍較小，圖像對比度較小，導(dǎo)致特征點(diǎn)的提取數(shù)量少，采用直方圖均衡化算法可以增強(qiáng)其對比度。對喀斯特地貌多視角傾斜航空影像的原始影像的各分量影像和各分量直方圖情況如圖 2.2 所示，其均衡化后的各分量影像和直方圖結(jié)果如圖 2.3 所示，原始影像和直方圖均衡化后的影像如圖2.4 所示。

影像,直方圖均衡化,影像,直方圖