地面LiDAR輔助下多視序列影像精細建模

《地面LiDAR輔助下多視序列影像精細建模》是依託南京師範大學，由楊林擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：地面LiDAR輔助下多視序列影像精細建模
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊林
• 依託單位：南京師範大學

項目摘要

集成影像數據與LiDAR數據的三維重建方法是目前三維城市建模的研究熱點，但現有研究多專注於提高模型重建的真實感與自動化水平，較少關注多源數據細部信息獲取能力與定位精度的提高，重建模型的細節與精確程度往往難以滿足實際需要。針對該問題，本項目以提高三維城市場景重建的細節性與精確性為目標，融合多視影像與地面LiDAR數據，充分發揮影像豐富語義信息、多解析度特性與LiDAR數據高精度幾何信息特性的互補優勢，突破兩類數據融合與三維建模的理論與關鍵技術瓶頸，重點研究基於多尺度幾何分析的多解析度影像特徵提取算法、基於仿射不變特徵最佳化的目標輪廓自動匹配方法與視頻序列影像參數解算、面向多特徵約束的三維輪廓生成的自適應擬合算法、融合地面LiDAR數據及影像語義特徵約束的精細三維模型構建等，為基於地面LiDAR輔助下視頻等多視序列影像的精細建模及套用實踐提供基礎的理論與方法研究。

結題摘要

當前集成影像數據與LiDAR數據進行三維重建的研究多專注於提高建模的準確性、可靠性、真實感（表面紋理映射）與自動化水平，而較少地關注細部信息獲取能力與定位精度的提高，故往往未能充分融合特性互補的兩類數據進行精細建模，最終三維模型的細節與精確程度難以滿足實際需要。圍繞精確細節三維模型重建的目標，如何充分發揮兩類數據的特點進行有效集成融合、相互補充是當前研究的難點和方面。本項目旨在提高三維模型細部信息的獲取能力與重建的精確性，充分挖掘影像多解析度、豐富語義信息特性和三維點雲精確幾何信息特性的互補優勢，同時發揮多視影像多次覆蓋、高度重疊特性，突破兩類遙感數據融合與三維建模等理論與關鍵技術問題，融合多視影像與地面LiDAR數據，提出一套精細三維模型重建方法。具體來說，實現了面向對象目標語義規則的建築物幾何輪廓特徵提取算法、基於仿射不變及核線約束的影像特徵提取與匹配方法、融合物方與像方信息的多視影像機率鬆弛整體匹配算法及點雲生成方法、基於計算機視覺和攝影測量的序列視頻點雲恢復關鍵技術、基於嚴密數學關係的影像與雷射掃描點雲的空間配準方法、基於點雲數據的建築特徵提取及其與影像融合下的三維特徵精細化處理。實驗結果表明，該研究拓展了利用多視影像進行三維建模的數據源和實現關鍵技術，包括基於普通數碼影像、視頻等恢復三維點雲；提出的基於仿射不變及核線約束的影像特徵提取與匹配方法，改進了近景影像中直線因遮擋、大交角等導致的匹配困難問題；影像特徵輔助下，生成的三維特徵線的點雲緩衝區，大大簡化了點雲數量（簡化率超過50%），提高建築物三維建模效率的同時保證了面向建築物三維建模的後續點雲處理精度；利用該影像特徵輔助點雲建築物三維建模的方法得到建築物模型與實際地物在尺度上基本吻合，保證了模型的幾何精度，可基本滿足實際工程項目中三維重建的要求。 本項目提出的若干研究方法，為基於地面LiDAR輔助下多視序列影像的精細建模及套用實踐提供基礎的理論與方法研究。