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《哈尔滨工业大学》 2014年
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基于临近空间平台的立体信息获取及可视化技术研究

关卓威  
【摘要】:临近空间指海拔高度在20~100km的空间,一般地,该区域位于航空飞机的最高飞行高度和卫星的最低轨道之间,是一块飞行器的相对空白区域。随着空天飞行器的增加,各航空航天强国逐渐意识到这样一块空白区域在侦察、监视、通信上的潜在价值。人类从外界获得的信息约有四分之三来自视觉,临近空间平台所采集的图像,比起卫星图像来说一般空间分辨率更高,成像角度更广,时间和空间上的自由度更大,可以成为卫星图像和航拍图像之外的有效补充。临近空间平台尚属新生事物,基于该平台的研究,具有重要的战略意义和广阔的应用前景。基于临近空间平台的立体信息获取技术,可以为环境检测,情报侦察等提供有力支持,对地理信息系统建立数字地面模型亦有重要意义,在国防、环境等领域可以起到重要作用。 对临近空间平台立体信息获取的研究,先从基础理论入手,研究一般化的立体信息获取问题。接下来从应用环境入手,研究临近空间背景下的立体信息获取问题。本文通过对基于临近空间平台高度获取的信息处理,研究了立体信息获取整体流程的基本理论,计算了拍摄参数对获取信息精度的影响。 立体信息获取的首要步骤是对遥感图像进行特征提取和立体匹配。临近空间平台采集的遥感图像通常具有拍摄角度多样化、拍摄姿态不稳定、分辨率动态范围较大等特征。对这类图像进行特征提取与立体匹配,不仅需要具有良好尺度不变特性的算法,还应该提取更多的重要细节信息,作为平台信息处理的回馈。有鉴于此,本文研究了基于仿射不变模型的SIFT特征提取方法,并采用基础矩阵筛选的方法与HARRIS角点提取方法进行了联合优化匹配。此后又提出了基于图形文法的三维角点检测方法,用于提取图像中对应三维真实世界的关键角点。 临近空间遥感图像从立体匹配结果解算出来的三维坐标,往往是离散而不均匀的点云模式,这时就需要对点云数据采取一定预处理,建立起相应模型并进行网格剖分。本文提出了一种基于地形分治应用四叉树模型算法的网格剖分方法,网格绘制的效率得到了提升。 遥感图像中含有丰富的纹理信息,对纹理进行特性分析,可以得到很多有用的信息。将图像中提取出来的纹理与网格模型结合,可以得到直观的可视化显示,方便人机交互做出合理判断。本文从所使用的遥感数据与半实物仿真数据中提取出大量纹理信息,对其进行了基于灰度共生矩阵与Gabor滤波的纹理特性分析,将分析结果应用在纹理映射的过程中,最后将纹理分步映射在地物目标上,得到了三维可视化视图。
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