機(jī)載LiDAR點(diǎn)云與航空影像自動(dòng)配準(zhǔn)的精度分析.pdf

1、目前為止，航空攝影測(cè)量的解析理論已經(jīng)基本完備，是測(cè)繪生產(chǎn)單位制作地圖的重要手段之一，經(jīng)過(guò)航空攝影測(cè)量一系列處理，可以得到影像的方位元素，還原影像拍攝的位置和姿態(tài)，進(jìn)而生產(chǎn)數(shù)字高程模型（DigitalElevationModel，DEM），數(shù)字線劃地圖(DigitalLineGraphic，DLG)，數(shù)字正射影像圖（DigitalOrthophotoMap，DOM）和三維城市模型等。機(jī)載LiDAR（LightDetectionAndRan

2、ging，機(jī)載激光掃描）系統(tǒng)可以快速獲取大面積地表離散點(diǎn)三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)和其他信息。LiDAR點(diǎn)云密度越來(lái)越大，精度也越來(lái)越高，其應(yīng)用推廣很有可能引起測(cè)量技術(shù)的又一次革命。然而，雖然激光掃描能夠直接獲得目標(biāo)的三維空間信息，地物分類(lèi)信息也比較容易獲得，但是，它卻難以表達(dá)目標(biāo)表面的紋理信息。如果僅僅利用數(shù)字影像恢復(fù)目標(biāo)的幾何信息需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理流程，涉及到影像特征提取、影像匹配、影像交會(huì)、構(gòu)網(wǎng)及紋理映射等關(guān)鍵問(wèn)題。激光掃描數(shù)據(jù)和航空影像數(shù)

3、據(jù)，在信息的表達(dá)、恢復(fù)目標(biāo)的三維信息處理過(guò)程中，各有優(yōu)勢(shì)和不足，可以互為補(bǔ)充。一方面，影像數(shù)據(jù)可以彌補(bǔ)LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)紋理表現(xiàn)上的缺陷;另一方面，利用LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)也可以提高影像恢復(fù)目標(biāo)三維幾何信息的效率。
　　本文以傳統(tǒng)的空中三角測(cè)量為基礎(chǔ)，按照POS(PositionandOrientationSystem，定位定向系統(tǒng))輔助空三的作業(yè)流程進(jìn)行研究。首先，研究針對(duì)帶POS的航空影像，在LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的輔助下進(jìn)行空三連

4、接點(diǎn)自動(dòng)提取;其次，為了獲取良好的像控點(diǎn)，參照像控點(diǎn)的布設(shè)方案，選取測(cè)區(qū)局部區(qū)域進(jìn)行基于物方約束的多視影像匹配，得到匹配點(diǎn)云;然后，研究利用ICP算法將匹配點(diǎn)云與機(jī)載LiDAR點(diǎn)云配準(zhǔn)，并篩選配準(zhǔn)點(diǎn)作為像控點(diǎn)，進(jìn)行平差，經(jīng)過(guò)迭代解算影像在LiDAR坐標(biāo)框架下的外方位元素，實(shí)現(xiàn)航空影像與機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)的自動(dòng)配準(zhǔn);最后，對(duì)配準(zhǔn)的精度進(jìn)行評(píng)價(jià)，方法是利用專業(yè)LiDAR觀測(cè)軟件提取檢查點(diǎn)三維坐標(biāo)，同時(shí)在立體觀測(cè)模式下精確地量測(cè)影像上同名點(diǎn)的

5、三維坐標(biāo)，應(yīng)用點(diǎn)位中誤差的思想分析自動(dòng)配準(zhǔn)精度。
　　在對(duì)機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)和航空影像的自動(dòng)配準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)的過(guò)程中，涉及的重點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)包括以下幾方面:
　　(1)利用POS和LiDAR數(shù)據(jù)在物方約束下進(jìn)行航空影像空三轉(zhuǎn)點(diǎn);
　　(2)基于多目視覺(jué)在POS和LiDAR數(shù)據(jù)物方約束下的高精度影像匹配，獲取局部區(qū)域密集匹配點(diǎn)云，將航空影像與LiDAR點(diǎn)云的配準(zhǔn)問(wèn)題，轉(zhuǎn)化為影像匹配點(diǎn)云與LiDAR點(diǎn)云的配準(zhǔn)問(wèn)題;

6、r>　　(3)應(yīng)用ICP（IterativeClosestPoint，迭代最近點(diǎn)）算法進(jìn)行影像匹配點(diǎn)云與LiDAR點(diǎn)云的配準(zhǔn);
　　(4)航空影像控制片選取，配準(zhǔn)精度評(píng)定;
　　(5)創(chuàng)新性地提出利用良好配準(zhǔn)點(diǎn)作為航空影像的像控點(diǎn)，代替像控點(diǎn)的人工選取，并且提高了像控點(diǎn)的量測(cè)精度，以及影像方位元素的解算精度。
　　本文研究的內(nèi)容，能夠較好地解決航空影像與機(jī)載LiDAR點(diǎn)云數(shù)據(jù)的自動(dòng)配準(zhǔn)問(wèn)題，并且通過(guò)評(píng)判自動(dòng)配準(zhǔn)精度保證

7、了自動(dòng)配準(zhǔn)的質(zhì)量，是航空影像數(shù)據(jù)與機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)集成的關(guān)鍵技術(shù)之一，有利于推動(dòng)航空攝影測(cè)量和機(jī)載LiDAR技術(shù)的更廣泛應(yīng)用。將本文研究的內(nèi)容集成到機(jī)載LiDAR數(shù)據(jù)處理軟件（如:LiDARStation.Pro）和航空影像數(shù)據(jù)處理軟件（如:PixelGrid）等中去，在應(yīng)用到測(cè)繪生產(chǎn)單位后，能夠提高相關(guān)數(shù)據(jù)的處理效率，同時(shí)取得一定的經(jīng)濟(jì)效益。
　　隨著經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)各界對(duì)測(cè)繪提出了更高的要求，最大限度地發(fā)揮航空攝影和機(jī)載