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基于空中视频的地图重建的研究

作　者: 张宇
导　师: 娄震
学　校: 南京理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 图像匹配 三维重建 摄像机标定 单应矩阵 图像配准 图像拼接 计算机视觉
分类号: P283
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 116次
引　用: 2次
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内容摘要


基于图像建模，恢复场景和进行绘制是近年来计算机视觉技术研究的热点。本文主要研究基于空中拍摄图像的地图重建方法，即由空中获取的视频中各帧图像恢复出地面的二维场景地图。本文首先将不同摄像机姿态获取的图像纠正为标准图像，在取得大量匹配点对的基础上，计算出图像序列中各帧图像之间的单应变换矩阵。然后再根据求得的变换矩阵对图像进行配准和拼接。在图像的拼接和平滑问题上，采用反向匹配，同时结合加权的平滑方法实现图像的融合。首先，我们对摄像机标定方法和相关理论进行了研究，同时结合实际的场景拍摄环境，采用合适的标定方法，得到摄像机的内参数和外参数，并由此进行图像正视变换。当所有待拼接的图像都变换到正视的基准上，我们研究了图像匹配点的提取问题，根据空中拍摄的图像所具备的特点，寻找一种稳定而相对快速的匹配算法。利用单应矩阵进行图像拼接以及拼接过程中的平滑，重点研究了如何获得稳定的图像序列的变换矩阵，并设计了二种可行的算法。本文在获取的图像序列基础上科学地设计了实验方案，先在前几章节的各个步骤理论分析后设计了相应的实验，验证了每个步骤方法的可行性。最后设计一个完整流程的实验显示最终重建结果，针对实验结果和数据进行了分析与讨论，得出了一些有益的结论。本文涉及的技术有图像匹配，摄像机标定，图像变换等，将摄影测量学和计算机视觉的知识，结合实际的工程应用，实验证明，整体技术路线具有一定的可行性。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-12
  1.1 课题意义与背景  7-8
  1.2 本文要点概述  8-10
    1.2.1 工程实现的难点  8-9
    1.2.2 基于图像的建模与绘制技术  9-10
    1.2.3 论文主要工作  10
  1.3 国内外相关技术研究进展和成果  10-11
  1.4 论文组织结构  11-12
2 图像拼接技术及图像预处理  12-15
  2.1 图像拼接概述  12-13
  2.2 图像预处理  13-14
  2.3 本章小结  14-15
3 成像原理与平面射影几何  15-26
  3.1 常用坐标系  15
  3.2 坐标系之间的变换关系  15-17
    3.2.1 世界坐标系与摄像机坐标系变换关系  15-16
    3.2.2 图像坐标系与摄像机坐标系变换关系  16-17
  3.3 摄像机模型  17-19
    3.3.1 透视投影模型  17-18
    3.3.2 摄像机矩阵  18-19
    3.3.3 内参数和外参数  19
  3.4 摄像机标定  19-26
    3.4.1 摄像机标定意义  19-21
    3.4.2 摄像机标定方法综述  21-24
    3.4.3 本文摄像机标定的特点以及本文标定方法  24-26
4 空中获取图像的正视变化和拼接  26-54
  4.1 空中获取图像的特点和纠正方式  26
  4.2 图像的纠正  26-39
    4.2.1 射影几何基本原理和图像变换层次  26-32
    4.2.2 图像变换方法  32-34
    4.2.3 利用灭点标定内参数 然后计算外参数  34-37
    4.2.4 采用分解摄像机投影矩阵P获取内参数和外参数的方法  37-38
    4.2.5 二种摄像机标定方法的比较  38-39
  4.3 倾斜图像纠正实验  39-40
  4.4 图像之间的点匹配  40-43
    4.4.1 获得匹配点对的方法  40-42
    4.4.2 寻找匹配点对方法总结  42-43
  4.5 图像的拼接  43-48
    4.5.1 基于单应矩阵的图像配准  44-45
    4.5.2 误差累积问题的提出  45
    4.5.3 点对应算法求解单应矩阵  45-46
    4.5.4 RANSAC提纯算法  46-48
    4.5.5 拟合方法求取变换矩阵  48
  4.6 图像映射  48-53
    4.6.1 图像映射方式  49
    4.6.2 图像融合技术  49-52
    4.6.3 图像平滑实验对比  52-53
  4.7 本章小结  53-54
5 实验结果与分析  54-69
  5.1 图像纠正实验  54-57
  5.2 计算单应矩阵  57-59
  5.3 根据单应变换矩阵进行拼接  59-68
  5.4 实验总结  68-69
结论  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-74

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中图分类: > 天文学、地球科学 > 测绘学 > 地图制图学（地图学） > 地图编制
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