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【博士】基于地面移动测量的三维线段提取和物体识别
授予学位：博士
学位授予单位：同济大学
学位年度：近代
地面移动测量是当前摄影测量与遥感深入发展的新领域，为GIS数据采集与更新开辟了一条快速高效的新途径【1】【2】。地面移动测量为地面视角可量测实景影像提供了强大的生产能力，具有测量外业数据采集速度快、自动化程度高、运行成本低廉等特剧引。移动测量已经应用到国民经济建设的各个方面，成为现代测绘新技术的典型代表之一【4J。当前移动测量在科研方面的重点已从外业数据自动采集与直接地理参考转到如阿做好海量观测数据的内业自动作业与实时测量处理等方面，其中移动测量影像数据中物体自动识别已经成为摄影测量领域的一个难点热点研究问题。
本文从提高移动测量内业自动处理能力，实现基于移动测量的建筑物测绘与三维重建的目标出发，提出了一种基于地面移动测量序列影像的空间垂直线数据提取、根据模板规则做建筑物自动识别与平面图测绘的方法。与常规建筑物测绘方法相比，该方法基于三维垂直线与建筑物立面对应关系，以及模板匹配进行识别，具有两个特点：首先，从空间垂直线提取建筑物的简单立面信息，然后从多个立面生成整体平面图；其次，生成建筑物平面图后，结合垂直线数据可得到建筑物立面基本轮廓与对应纹理信息，为建筑物三维重建提供支持。此外，本文基于移动测量三维线段提取与物方分析的方法也适应于道路三维数据提取及其空间结构分析等方面的自动处理。
在实现移动测量序列立体影像三维线段提取与物体识别过程中，本文主要取得了以下几点创新研究成果。第一，对移动测量地面视角近景影像的线段提取中，提出了像方线段基于灭点分类的数学模型。通过将霍夫变换中参数空间点极值改为区域极值判断的线段提取，实现基于影像边缘的线段准确定位与多尺度提取：然后分析已知三维方向平行线簇(如空间垂直线)影像灭点的计算，做平面线段分类，准确获取具有三维属性的平面线段；再对分类后平面线段做基于平行度、间距与重叠度条件的分组与总体最小二乘综合。由此得到每张影像对观测目标(建筑物)准确完整而数量尽可能少的平面线段，同时明显提高了影像处理效率。第二，提出基于，随机采样一致性的立体像对线段匹配改进算法。该算法融合了立体像对核线搜索与基于辐射几何改正最小二乘影像匹配等条件，通过同名点匹配实现了线段匹配。为进一步提高线段匹配准确度和可靠性，加入了量测物距、目标点与像对基线拓扑关系等条件；同时，为提高线段匹配计算效率，提出并实现了从单影像内提取线段后立体像对内全核线搜索的单向搜索匹配，与像对两影像均做线段提取后的双向稳定匹配。实验结果表明RANSAC算法下两种线段匹配方法成功率(匹配线段对数与最大可能对数值)、和准确率(实际同名线段数与所得到匹配线段对数比值)都相当稳定可靠。由于双向稳定匹配是在核线与已知线段相交条件下的稳定解，而不是全核线搜索匹配，因而得到了更高的线段匹配成功率和准确率，并显著降低匹配运行时间。此外，双向稳定线段匹配中，通过第二次RANSAC判断同一线段同名点顺序一致，还解决了单向搜索匹配中拟合直线与核线平行时同名线段无解的不足。立体像对线段匹配完成后，根据前方交会计算三维线段。第三，在移动测量观测建筑物的序列影像所提取三维垂直线数据支持下，提出了建筑物识别的理论模型与算法。该方法是：基于建筑物立面共面特征的垂直线物方分析预处理，建筑物基本模板与约束规则下的匹配识别。主要内容包括：单像对所提取垂直线基于观测建筑物时共立面特征的过滤，和两像对观测同一立面的垂直线联合调整两项预处理内容：以区域生长法对垂直线平面点集做单建筑物的子集分割；提出了平面点集与模板多边形做基于仿射变换最小二乘匹配的数学模型，获得平面点集与模板多边形的最佳匹配参数；根据模板多边形的角度约束条件，与移动测量对建筑物观测存在盲区时补充极少数实测边长条件下的物方平面图平差，得到建筑物平面图等。实验结果表明，本文物方分析预处理与物体识别方法实现了多个建筑物与多种基本模板的准确匹配识别，并得到了满足1：2000比例尺地图精度要求的建筑物平面图成果。本文基于移动测量的建筑物识别与平面图测绘等整个过程实现了实验软件的自动计算。
在各部分理论分析与模型算法研究后，本文介绍了从地面移动测量序列立体像对到建筑物识别结果输出的整体实验软件开发情况。此外，对移动测量影像数据处理来说，本文所提出方法在提高如何移动测量内业工作效率和自动处理能力方面，做出了具有创新性的研究成绩。
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