基于无人机航拍图像的三维地形重建-计算机科学与技术专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 摘 要 近年来，无人机技术得到了长足的发展，利用无人机平台获取高分辨率航拍 图像数据作为一项空间数据获取的重要手段，具有成本低、机动灵活、能够在高 危地区探测等优点。但是无人机航拍所得图像仅仅包含二维信息，这在它的诸多 应用中，如军事侦察、抗灾救灾、地图绘制等具有一定的局限性，因此无人机的 应用不可避免要从二维走向三维。在无人机航拍图像中，地形图是不可或缺的一 部分，因此实现地形的三维重建具有重要的研究意义。 本文利用无人机航拍获得的序列图像，提出了一个完整的地形三维重建算法。 考虑到无人机航拍图像中通常会同时包含多种不同的地形，且彼此之间的颜色差 异明显，因此首先利用 SLIC 超像素分割算法对图像进行分割，此时所得的分割 区域数量较多，为了提高算法效率，再利用各区域间的颜色信息进行相邻同类地 形的融合；接下来，由于连续拍摄的图像间难免会存在形状、颜色的局部差异， 而 SIFT 算法对平移、旋转、遮挡、尺度缩放等具有良好的不变性，因此利用 SIFT 算法进行特征点的提取与匹配；然后，利用双目立体视觉原理计算特征点的深度 信息，并针对三幅及三幅以上输入图像提出了特征点三维坐标在不同图像内的转 换计算方法；最后利用线性插值方法，通过生成 DEM 数据实现了地形的三维重 建。 本文分别利用无人机连续拍摄的两幅、三幅图像进行实验，并与来源于 Google 地球的地形图进行对比，证明了本文算法能够有效地实现地形的三维重 建。其中，基于 SLIC 超像素算法的分割方法不仅有效地实现了区域分割，提高 了地形三维重建的准确度，同时大大减少了所得区域的数量，降低了算法的复杂 度；特征点坐标在不同图像内的转换方法在误差允许的范围内实现了坐标的快速 转换，为大幅面的三维地形重建奠定了基础。 关键词：三维地形重建，航拍图像，SLIC 超像素分割 ABSTRACT Unmanned aerial vehicle (UAV) had been developed rapidly in recent years. As an important method to obtain space data, getting the high resolution aerial images by UAV is cost saving, flexible and able to detect the high-risk area. However the aerial images can only supply 2D information, leading to the limitation for its applications. As a result, transforming the aerial images to 3D data is inevitable. Topographical map is an important part of aerial images, so realizing the 3D terrain reconstruction is of great significance. In this paper, we put forward a complete 3D terrain reconstruction algorithm based on UAV aerial images. Considering the aerial images contains a few kinds of different terrain and their color difference is significant, we segmented the images with SLIC (simple linear iterative clustering) superpixel algorithm in the first place. In order to improve the efficiency of algorithm, we then fuse the neighboring areas with the improved method of SLIC to reduce superpixel number. Next we used SIFT (Scale Invariant Feature Transform) algorithm to extract the feature points and matched them which will minimize the impact induced by difference in shape and color between ima