機載LiDAR點云與航空影像自動配準的精度分析.pdf

1、目前為止，航空攝影測量的解析理論已經(jīng)基本完備，是測繪生產(chǎn)單位制作地圖的重要手段之一，經(jīng)過航空攝影測量一系列處理，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。機載LiDAR（LightDetectionAndRan

2、ging，機載激光掃描）系統(tǒng)可以快速獲取大面積地表離散點三維坐標數(shù)據(jù)和其他信息。LiDAR點云密度越來越大，精度也越來越高，其應用推廣很有可能引起測量技術的又一次革命。然而，雖然激光掃描能夠直接獲得目標的三維空間信息，地物分類信息也比較容易獲得，但是，它卻難以表達目標表面的紋理信息。如果僅僅利用數(shù)字影像恢復目標的幾何信息需要經(jīng)過復雜的數(shù)據(jù)處理流程，涉及到影像特征提取、影像匹配、影像交會、構網(wǎng)及紋理映射等關鍵問題。激光掃描數(shù)據(jù)和航空影像數(shù)

3、據(jù)，在信息的表達、恢復目標的三維信息處理過程中，各有優(yōu)勢和不足，可以互為補充。一方面，影像數(shù)據(jù)可以彌補LiDAR點云數(shù)據(jù)紋理表現(xiàn)上的缺陷;另一方面，利用LiDAR點云數(shù)據(jù)也可以提高影像恢復目標三維幾何信息的效率。
　　本文以傳統(tǒng)的空中三角測量為基礎，按照POS(PositionandOrientationSystem，定位定向系統(tǒng))輔助空三的作業(yè)流程進行研究。首先，研究針對帶POS的航空影像，在LiDAR點云數(shù)據(jù)的輔助下進行空三連

4、接點自動提取;其次，為了獲取良好的像控點，參照像控點的布設方案，選取測區(qū)局部區(qū)域進行基于物方約束的多視影像匹配，得到匹配點云;然后，研究利用ICP算法將匹配點云與機載LiDAR點云配準，并篩選配準點作為像控點，進行平差，經(jīng)過迭代解算影像在LiDAR坐標框架下的外方位元素，實現(xiàn)航空影像與機載LiDAR數(shù)據(jù)的自動配準;最后，對配準的精度進行評價，方法是利用專業(yè)LiDAR觀測軟件提取檢查點三維坐標，同時在立體觀測模式下精確地量測影像上同名點的

5、三維坐標，應用點位中誤差的思想分析自動配準精度。
　　在對機載LiDAR點云數(shù)據(jù)和航空影像的自動配準結果進行精度評價的過程中，涉及的重點與創(chuàng)新點包括以下幾方面:
　　(1)利用POS和LiDAR數(shù)據(jù)在物方約束下進行航空影像空三轉(zhuǎn)點;
　　(2)基于多目視覺在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)域密集匹配點云，將航空影像與LiDAR點云的配準問題，轉(zhuǎn)化為影像匹配點云與LiDAR點云的配準問題;

6、r>　　(3)應用ICP（IterativeClosestPoint，迭代最近點）算法進行影像匹配點云與LiDAR點云的配準;
　　(4)航空影像控制片選取，配準精度評定;
　　(5)創(chuàng)新性地提出利用良好配準點作為航空影像的像控點，代替像控點的人工選取，并且提高了像控點的量測精度，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載LiDAR點云數(shù)據(jù)的自動配準問題，并且通過評判自動配準精度保證

7、了自動配準的質(zhì)量，是航空影像數(shù)據(jù)與機載LiDAR數(shù)據(jù)集成的關鍵技術之一，有利于推動航空攝影測量和機載LiDAR技術的更廣泛應用。將本文研究的內(nèi)容集成到機載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，在應用到測繪生產(chǎn)單位后，能夠提高相關數(shù)據(jù)的處理效率，同時取得一定的經(jīng)濟效益。
　　隨著經(jīng)濟技術的發(fā)展，社會各界對測繪提出了更高的要求，最大限度地發(fā)揮航空攝影和機載