航空影像多视匹配与规则建筑物自动提取方法研究

随着GIS在土地管理、交通、电力、电信、城市管网、水利、消防以及城市规划等各行各业应用的深入,缺少高程信息的二维GIS已经越来越不能满足应用的需要。三维GIS的出现和发展使城市三维数据特别是三维建筑物数据越来越重要。如何快速大批量地获取高精度DTM数据和建筑物数据是目前研究的热点(谭仁春、杜清运等,2003,孙敏,陈军,2000)。由于航空影像获取的便捷性、高效性和高信息容纳性,用摄影测量的方法从影像进行三维建筑物等对象的几何特征(或几何要素)的提取,仍然是目前获取城市三维数据的主要手段。但是由于人工地物数据获取非常耗时,费用很高,开发自动的测图算法是很重要的。 从航空影像恢复场景的三维模型～直是摄影测量与计算机视觉领域具有挑战性的课题。事实上,这一具有广泛科学兴趣的问题可以追溯到19世纪,那时它就是摄影测量领域的中心问题。近十几年来国际上许多知名的从事摄影测量、计算机科学系、机器视觉等研究工作的实验室和研究所发表了大量有关建筑物三维重建的论文。本课题的研究不仅具有实际意义,也具有很好的科学价值。总的发展趋势是: (1)从单影像、双视立体影像发展至多视影像处理。多视影像匹配极大地排除了影像匹配的歧异性。各影像提供了物体的不同角度的信息,为建筑物各侧面重建提供了基础。 (2)从灰度信息的利用发展到彩色甚至多光谱信息的利用。影像的彩色信息为影像分割提供了更多信息,使建筑物的检测更加容易。 (3)从2D和3D的独立处理发展到两者的互动。由单片的影像信息提取和编组,发展到多片信息的相互验证和互补。 (4)成像几何、目标知识与空间推理的利用更加全面和深入。几何空间推理,语义模型使建筑物检测更加可靠。 (5)建筑物的几何模型由简单的矩形、人字形发展基于面片的组合模型。从适用于简单、特殊的建筑物到一般的复杂的建筑物。 (6)从单纯影像信息处理发展到多源信息的集成处理。如LIDAR数据和影像的集成处理。 针对国内外研究的现状和发展趋势。本文研究的路线是从目前国际上纷繁复杂的方法中,找出最简单、最能体现问题本质的方法,加以综合、集成,形成有自己特色的方案和方法。 本文的研究涉及影像信息的提取、影像分割、数据组织与表示、多视DSM生成、多视线段匹配、建筑物面片检测、面片聚合与模型优化等方面。主要内容如下: (1)建筑物提取方案 在分析国内外现有研究策略和框架基础上,总结出以影像区域分割、多片线段匹