论文部分内容阅读
在2009年出版的《中国测绘学科发展蓝皮书》中，“真正射影像”的概念引人瞩目，成为摄影测量一个新的研究领域。真正射影像是以数字表面模型DSM为基础，对建筑物进行纠正，通过直视地表的影像解决大比例尺正射影像之间的拼接困难、拼接后影像接边区域的模糊重叠以及高大建筑物对其他地物的遮挡等问题，并具有快速生成地面三维模型、完成城市三维展示等特点。
机载激光雷达(Lidar)系统是一种主动式扫描系统。将扫描数据进行系统误差检校、辐射纠正和几何检正等预处理，并通过GPS/IMU的导航数据的解算，能够得到地面三维点云数据。Lidar技术集合了激光测距、计算机、高精度姿态测量(INS)和高精度动态差分定位(GPS)等摄影测量领域的新技术，能够快速、准确的获取测区的地表三维坐标。与传统摄影测量相比，避免了投影转换（从三维到二维）带来的信息丢失，具有明显的高程精度优势。由Lidar获取的原始数据，通过插值处理，可以得到高分辨率的数字表面模型(DSM)，并可快速生成数字高程模型(DEM，DigitalElevationModel)和数字正射影像图(DOM，DigitalOrthophotoMaP)等。
由于影像本身只有平面坐标信息，不能提供地物的高精度的三维坐标，特别是高程信息，使得在生成真正射影像中要求的高精度的DSM无法快速获取、生成;另一方面，Lidar数据获取的只有三维坐标，许多地形特征难以区分和辨别，并且会丢失一些非常重要的地形特征信息，如峡谷、裂缝等突变的特征线等。激光点云具有三维坐标信息优势，影像数据具有直观的地物信息，易于判断地面信息。如何利用Lidar点云数据与光学影像的融合与互补，提高生成真正射影像的精度和效率，成为了一个迫切的任务。
本文对真正射影像生成的主要步骤和真正射影像遮蔽区域检测的有关算法进行了研究，结合Lidar点云数据的数据特点，提出了一种改进的z-buffer遮蔽区检测算法，以生成遮蔽区影像，并从测区相邻的影像中获取未遮蔽区域对待补偿影像进行填充。
论文主要研究内容包括以下几个方面:
1.具体分析了Lidar点云数据特点和Lidar数据储存格式，针对性地提出了采用规则格网进行组织，以期提高后期数据处理的效率;
2.研究了Lidar点云数据滤波处理的思想。对现阶段的基于坡度滤波的算法特点进行了研究和分析，在此基础上提出一种改进的坡度滤波算法;
3.研究了各种离散数据内插格网的方法，并对其效果进行了分析。采用反距离加权数据内插处理方法，研究了其在Lidar点云数据中的内插效果;结合DSM、DEM以及图像处理cannny算子提取建筑物模型，对建筑物模型进行规则化处理;
4.结合现有的遮蔽检测方法和生成的建筑物模型，提出一种改进的真正射影像遮蔽区检测方法，对影像进行遮蔽区域进行检测，并对纠正后的影像进行填充;
本文获取的主要成果为:
1.对Lidar点云数据生成真正射影像的关键技术(一)滤波处理进行了研究，提出了一种改进的滤波算法。该算法以格网为单元对原始数据进行处理，通过比较相邻区域的格网数据，获取本格网的相对真实的平均高程，然后对格网内的数据逐个比较得到相对正确的地面地物分类情况。通过编程实验验证，得到较好的滤波效果。实验表明，本文提出的滤波方法既提高了滤波效率，又保持了数据原来的精度;
2.结合Lidar点云数据量大的特点，通过对各种内插方法的比较验证，发现运用反距离加权内插方法进行处理效果较好。对滤波后的点云数据进行内插生成DEM，并对生成的DSM和DEM通过叠加相减运算提取建筑物点云数据，对提取的建筑物点云进行规制化，实验表明，效果良好。
3.提出了一种改进的遮蔽区检测方法，结合生成的建筑物模型和原始影像数据进行实验，得到遮蔽区检测图，并从邻近影像中获取相应未遮蔽的区域进行填充，生成了真正射影像。