基于近景多光谱遥感信息反演建筑物三维模型关键问题研究

本研究以提高建筑物三维建模的精度和自动化程度为目标，通过地基平台获取近景多光谱数据并辅以低空影像，探索遥感信息形成的几何和物理机理、特性、模型及方法，深入剖析二维影像反演建筑物三维模型的瓶颈问题。为揭示此过程中的病态规律，将研究光谱、几何和纹理信息与遮蔽和背景噪声之间的关联机理；探寻"双灭点条件下"近景摄影测量严密解析方法及其误差分布规律，并验证其减少控制点甚至替代INS（惯导系统）进行车载移动测量的可行性；基于同质区分析、系统论与辩证法探究多基线近景影像点线混合语义匹配原理，以生成高质量空间三维数据（点云、线），为高精度和智能化重构建筑物三维模型奠定关键基础。本课题不仅可以丰富近景摄影测量与遥感、计算机视觉的学科体系，完善其理论与方法，而且不依赖于国外昂贵的LiDAR（激光雷达）和INS设备，从而为城市数字化三维建模提供一条既可靠又经济的新思路。

本课题以提高建筑物三维建模的精度和自动化程度为目标，深入研究了由地基近景影像反演建筑物三维建模的关键问题：1）设计并实现了一套多源多面阵无人车GIS数据采集硬软件系统，可为三维重建提供良好数据源；2）对于多光谱影像（包括可见光和彩红外），建立了一套新的基于CIE L*a*b空间的树木遮挡分割和提取算法用于自动分离建筑物对象和遮挡噪声，包括：基于支持向量机的监督提取算法、以及基于关键特征比值和空间拓扑关系的自适应阈值非监督提取算法；3）探寻双灭点联合误差椭圆分布条件下相机检校与定姿的充要条件、及其不确定性原理与方法，并且根据包络线方程探讨了不确定性边界的解析解和数值解问题；4）根据对立统一规律，提出了点线混合的影像匹配方法，包括：GIS辅助的多视平面扫描密集匹配算法、以及全局独立-局部约束的线段匹配算法；5）构建了联合物方约束的广义点摄影测量平差方法进行大倾角影像自动纠正，并发展了一个广义迭代变换模型可用于影像配准和校正。上述研究为数字化城市三维建模、车载移动测量以及机器人导航定位与识别奠定基础、提供思路并丰富了摄影测量与遥感与计算机视觉之间的理论体系，促进了学科交叉。截止2014年底，在国内外期刊和会议上发表论文20余篇，另有4篇英文论文正在审稿，修改和撰写中，申请国家发明专利2项，已通过遴选获得学校资助出版专著1本，指导的硕士生已毕业3名。