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《武汉大学》 2005年
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基于LIDAR数据和航空影像的城市房屋三维重建

张栋  
【摘要】:随着三维地理信息以及虚拟现实应用的深入,传统的三维建模方法(如:工程测量,摄影测量…)由于其在工作效率以及数据精度方面的不足已经很难适应当前的需要。Lidar(Light Detect And Ranging)技术是一种利用光束扫描来探识目标和测定距离的高科技集成系统。利用Lidar技术我们可以直接快速获得城区的数字表面模型(DSM)。该技术的出现为实现城市房屋的快速三维建模提供了另一种可选的途径。传统的航空影像是利用机载相机对目标进行航空摄影,根据相机的各项参数以及目标和相机的几何关系来获取目标的信息。 本论文对Lidar数据和航空影像的各自特点进行了分析和阐述。首先对Lidar数据的影像进行了阈值分割,将lidar影像中的地面部分去除掉。同时Lidar数据墙面点的存在会给轮廓提取和三维重建带来麻烦,因此也必须去除。由于我们所感兴趣的是Lidar影像中房屋顶面的数据快,所以一些高程值较大的非屋面点阵也必须去除。其次是对航空影像的处理,利用canny算子对航空影像做了边缘检测生成二值图像,再利用hough变换提取直线段。往往所提供的航空影像参数很难满足实际需要,有必要利用后方交会对影像参数重新做解算,这样把lidar数据投射到航空影像上去的效果就比较好。实际上参数的解算过程就是Lidar数据和航空影像的配准过程。在配准的基础上,将分割好的Lidar点阵投射到航空影像上去。此时,Lidar点阵应该位于房顶面轮廓的内部。在此基础上以Lidar数据块的轮廓点为基点搜索外围可能的房屋边缘线段,经过初选和筛选得到正确的轮廓线段。最后根据搜索的顺序来确定这些线段的拓扑关系建立房屋的轮廓。到这一步所建立的只是一个二维的房屋轮廓。三维模型的建立相对于上一步来说是一个相反的搜索过程。对房屋轮廓上的每一个点依次搜索离它最近的Lidar点,并将该Lidar点的高程值赋给该房屋轮廓点。最后根据共线方程关系式可以计算得到每一个轮廓点的空间坐标值。 总的来说,本论文的思想是利用Lidar数据的高程信息和航空影像房屋的轮廓信息,二者相辅相成,取长补短。相对于只使用lidar数据或者只使用航空序列影像前方交会来建模具有一定的优势。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:P231

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