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立体目标的模型构建与变化检测技术

作　者: 贾冰
导　师: 张晔
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 数字城市三维重建 LOD模型三维变化检测
分类号: TP751
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 17次
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内容摘要

随着遥感技术的飞速发展，利用卫星平台或航空平台获取的立体像对图像或LiDAR数据，均可以提取地物的精确三维信息，对建筑物等立体目标模型的三维重建具有巨大的推动作用，使得数字城市的建设逐步成为现实。我国近几年灾害频发，灾害评估与灾害管理的问题显得尤为重要，三维变化检测是解决该问题的关键技术。本文重点考虑立体目标的模型构建和三维变化检测两个方面，着眼于其瓶颈问题的解决，推动数字城市建设和灾害评估等领域的发展。首先，本文介绍了针对立体目标的三维信息提取方法，为后续的处理提供有力的数据支持。一方面，论述了基于多角度立体像对图像进行三维信息的提取，以光学传感器的数学表达模型入手，分为严格传感器模型和通用传感器模型两个部分，分别阐释了其前方交会与后方交会的算法。另一方面，介绍了LiDAR系统的基本原理，以及由LiDAR原始数据生成DSM的方法，为后续应用提供有力的支撑。其次，本文提出了一种基于水平集框架的LOD2建筑物模型构建方法，重点实现了基于DSM数据的建筑物目标LOD2模型的三维构建。该方法基于多相多通道水平集，在经典的水平集框架中引入局部化区域信息的方法，减少冗余信息的影响并加速计算速度。此外，该方法可适用于大规模LOD2级别的建筑物重建工作，具有广阔的应用前景。最后，以三维变化检测为应用牵引，参照多尺度LOD模型，对应的提出了多尺度CDL模型，用于不同层次、不同程度的三维变化检测及其定量化评估。为了实现不同时相下三维数据的三维配准，采用基于迭代运算的ICP算法，能够快速的、有效的解决数据错位的问题；在三维配准的基础上，提出了基于自适应距离差值阈值的三维变化检测，并给出了合理的、系统的定量化评估，以满足不同的应用需求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 课题的背景及研究目的意义  8-9
    1.1.1 课题背景  8-9
    1.1.2 课题研究目的和意义  9
  1.2 国内外研究现状及分析  9-12
    1.2.1 立体目标模型描述发展现状  9-10
    1.2.2 三维变化检测发展现状  10-11
    1.2.3 存在的问题与解决思路  11-12
  1.3 本论文的主要研究工作与结构安排  12-14
第2章立体目标的三维信息提取  14-35
  2.1 引言  14-15
  2.2 基于严格传感器模型的三维信息提取  15-24
    2.2.1 严格传感器模型描述  15-17
    2.2.2 基于后方交会的传感器模型参数求解（外定向）  17-20
    2.2.3 实验结果与分析  20-24
  2.3 基于通用传感器模型的三维信息提取  24-29
    2.3.1 RPC 模型描述  24-26
    2.3.2 RPC 模型的三维信息提取算法  26-28
    2.3.3 实验结果与分析  28-29
  2.4 基于 LiDAR 数据的三维信息提取技术  29-33
    2.4.1 LiDAR 系统原理  29-31
    2.4.2 DSM 数据生成  31
    2.4.3 实验结果与分析  31-33
  2.5 本章小结  33-35
第3章立体目标的模型构建  35-47
  3.1 引言  35
  3.2 多尺度 LOD 模型  35-37
  3.3 基于水平集的 LOD2 建筑物模型构建方法  37-44
    3.3.1 水平集基本原理  38-39
    3.3.2 多相位多通道水平集理论  39-41
    3.3.3 局部化水平集框架  41-42
    3.3.4 建筑物 LOD2 模型的三维构建  42-44
  3.4 实验结果与分析  44-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章不同时相立体数据的三维变化检测  47-61
  4.1 引言  47
  4.2 立体数据的三维配准  47-52
    4.2.1 三维配准变换模型  48-50
    4.2.2 基于 ICP 算法的三维配准  50-52
  4.3 分级量化的三维变化检测  52-56
    4.3.1 基于自适应距离差值阈值三维变化检测  53-54
    4.3.2 三维变化检测定量化评估  54-56
  4.4 实验结果与分析  56-60
    4.4.1 大场景 DSM 区域三维变化检测  56-58
    4.4.2 目标立体模型三维变化检测  58-60
  4.5 本章小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-66
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  66-68
致谢  68

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