多基線全景攝影測量關鍵技術研究

《多基線全景攝影測量關鍵技術研究》是依託武漢大學，由鄧非擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多基線全景攝影測量關鍵技術研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄧非
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

全景圖像（Panoramas）作為一種全視角成像，比一般的透視成像系統具有更完備的場景信息,而利用多基線全景序列影像能夠以更高的自動化程度獲取360度場景的三維信息。本課題通過研究典型全景相機的成像模型，對經典攝影測量解析理論進行擴展，並推演誤差傳播規律和精度評定指標；同時研究通過多基線立體匹配和區域網三角測量，實現多基線全景影像數據的全自動處理。具體內容包括：研究典型全景成像系統的光路成像過程和構象幾何，以及全景相機的標定方法；建立單視、雙視、多視條件下的全景影像位姿解析與目標三維坐標解算理論；研究多視全景圖像在全局一致性條件下的同名點自動匹配算法，多基線全景影像區域網平差方法，以及與透視投影數位相機數據的組合解算方法。通過模擬成像、室內外控制場、三維雷射掃描點雲等實驗手段對上述理論方法進行驗證。研究成果可對使用全景影像進行大比例尺近景測繪具有指導意義。

結題摘要

本課題針對全景成像模式的特點，深入研究全景圖的構像幾何及其數學描述，對經典攝影測量理論進行擴展，系統地提出全景成像模式下的相機標定、位姿解算、前方交會、核線約束及區域網平差等攝影測量關鍵技術理論；並推導這種特殊幾何投影關係下解析過程的誤差傳播規律和精度評定方法。提出多基線全景攝影測量系統實現完整場景的360度高精度自動三維重建任務。同時，開發驗證軟體系統，對全景成像技術指標展開系統的研究。採用計算機視覺中常用的本質矩陣對同名光線的共面關係進行描述，同時研究了全景影像中核線的形式以及核線影像的生成方法。針對全景影像畸變大的特點，本課題採用具有優良仿射不變特性的SIFT特徵進行同名點匹配，並採用目前被廣泛套用於散亂影像的SfM算法對全景影像進行自動相對定向。同時，考慮到目前常見的全景影像通常為序列影像，具有類似視頻的序列化特點，本課題嘗試採用基於卡爾曼濾波的SLAM對其進行自動定向，在濾波算法普遍存在漂移的情況下，本課題在濾波過程中加入控制點，在一定程度上減弱了漂移。 本課題研究了在利用Geyer通用相機模型的基礎上，利用類似Micusik的方法，將中心投影過程分為一個剛性變換過程和一個中心投影過程。在剛性變換的基礎上，以攝影光束為出發點，建立通用的成像模型，並對多種相機的中心投影成像過程進行了研究。從攝影光束出發，研究了全景影像的極線幾何，利用本質矩陣描述其極線約束即共麵條件，介紹了一種最新的5點法相對定向算法，同時對不同參數化方法的全景影像核線進行了代數推導。在對極線幾何研究的基礎上，從代數上推導了一種全景影像核線重採樣方法，開創性地對其幾何意義進行了解釋。在建立完整的成像模型與相對模型的同時，建立了基於經緯格線參數化的全景影像的光束法平差模型，在此模型的基礎上將計算機視覺中廣泛使用的基於卡爾曼濾波的SLAM算法以及基於散亂影像的SfM算法套用於序列全景影像。利用全景影像數據集進行實驗，取得了階段性成果，實驗結果表明基於卡爾曼濾波的SLAM解算具有較大優勢，而SfM算法在精度上有巨大優勢，具有一定潛力。最後對基於全景影像的渲染與虛擬環境中的相應渲染技術做了探索。 課題出版專著一部，發表文章10餘篇，其中EI檢索6篇，SCI檢索1篇，開發軟體一套，完成了既定的研究目標。