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《武汉大学》 2011年
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物探飞行模式下的机载LiDAR数据与影像配准研究

张靖  
【摘要】:航空地球物理勘查技术(简称航空物探)是一种重要的地球物理勘查技术,与传统的地面探矿方法相比,具有速度快、效率高、使用劳力少,能在短期内取得大面积区域的探测资料等优点,已成为矿产资源普查的重要技术手段,为国民经济发展做出了重大贡献。航空物探侧重于对各种地球物理场信息的探测,缺乏准确的地表几何信息和丰富的纹理信息,将航空遥感与物探集成能够在获得物探数据的同时,获取现势性的影像地图、精确的空间位置信息以及实时的姿态信息,为物探数据的重力地形改正、人文异常剔除、重/磁参数的定位等提供重要参考,对提高物探数据解译的精度和效率具有重要意义。 由于航空物探飞行方式与航空遥感存在很大差异,物探飞行模式为航空遥感数据处理,特别是航空影像数据与LiDAR数据的配准带来了很大困难,本文在深入分析物探飞行模式的特点后,提出了一套航空影像与LiDAR点云配准的自动化方案:首先对LiDAR系统进行检校以获得系统误差改正参数,然后利用该参数对LiDAR点云进行系统误差纠正,最后对航空影像两两之间构建立体像对,并进行立体影像密集匹配,将匹配点云与LiDAR点云进行ICP配准,利用配准结果解算像机与激光扫描仪之间的偏心角和偏心分量。 本文的主要工作和创新点总结如下: (1)推导了机载LiDAR定位严格方程 本文详细阐述了LiDAR系统组成,以及各部分工作原理,介绍了LiDAR系统中所采用的坐标系以及坐标转换方法,并在此基础上推导了LiDAR严格定位方程,并对LiDAR系统中的各类系统误差进行了分析。 (2)提出了一种基于虚拟连接点模型的LiDAR系统误差全自动检校方法 综合分析了现有的LiDAR系统误差检校方法,实现了一种基于共面约束的LiDAR系统检校。由于同名平面的自动提取与匹配比较困难,本文提出了一种虚拟连接点模型,解决了离散激光点云之间的对应性问题,并在此基础上设计了一种基于虚拟连接点模型的LiDAR系统误差全自动检校方法。 (3)实现了一种强化拓扑约束和最小二乘传播的立体影像匹配方法 对现有的立体匹配算法进行了综合分析,并详细讨论了立体匹配中常用的各种约束条件,实现了一种融合多种约束条件的立体匹配算法,在匹配过程中强化了硬性的拓扑约束,用来获取可靠的匹配种子,并利用最小二乘匹配参数的传播来克服地形起伏的影响,提高匹配的可靠性。 (4)设计了一种立体像对与LiDAR点云的配准方法 采用ICP算法对影像匹配点云与LiDAR点云进行配准,针对匹配点云与LiDAR点云之间的差异,设计了一套点云预处理方案分别对匹配点云和LiDAR点云进行预处理,以提高ICP算法中对应点确定的精度。 (5)设计了一种海量离散点云的四叉树索引方法 由于在ICP算法迭代过程中需要反复确定最近点,涉及到大量的数据查找和定位操作,由于LiDAR点云是非结构化的离散点,在海量LiDAR点云中进行随机查找效率极低,本文设计了一种离散点云的四叉树索引方法,有效的提高了最近点查找效率。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:P631.125

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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【二级参考文献】
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