基于多角度多视匹配模型的倾斜航空影像数据处理关键技术研究

Nowadays the aerial oblique imaging technology has been developed and could be regarded as a new data source for photogrammetry and GIS applications. Because of the intuitive nature of oblique images, which appear similar to the common human perspective, these images are very attractive to decision makers, as well as to the general public, such as high-accuracy surveying and mapping, (true) ortho-image generation, dense DSM generation, 3D building measurement and texture mapping, etc. .To exploit fully the information from aerial oblique images, in our approach, a Multi-View image matching procedure will be developed firstly. In one side, the algorithm is based on the concept of multi-image matching guided from object space and allows reconstruction of 3D objects by matching all available images simultaneously, without having to match all individual stereopairs and merge the results; In other side, by using this algorithm, a square correlation window in the reference image can be correlated with windows of different size, shape and orientation in the search images. Therefore, multiple images with different image scale and orientation can be matched in a straightforward manner, and distortions.caused by terrain relief and imaging geometry can be compensated. .Then several key algorithms, i.e. the automated tie point extraction and matching algorithms (used for bundle adjustment with all vertical & oblique images), the dense pixel-wise Digital Surface Model (DSM) extraction algorithms and a semi-automated building extraction and texture mapping algorithms, based on this Multi-View image matching procedure, will be studied and developed. Finally, through the experiments by using real oblique images, the performance and accuracy of our developed algorithms will be studied, then a software package will be developed based on this project researches.

倾斜航空摄影技术是国际测绘领域近些年发展起来的一项高新技术。为了最大限度地发挥倾斜航空摄影技术的优势，获取更高质量的数字产品，本项目将针对倾斜航空摄影技术的特点，研究通用的多角度多视影像匹配模型，并研究基于该匹配模型的高精度、高可靠性的同名像点自动匹配算法，实现竖直影像和倾斜影像的联合区域网平差；研究利用多角度倾斜摄影影像的高密度DSM生成算法，结合由竖直影像自动获取的地物的顶面点云数据和由倾斜影像获取的侧面点云数据，形成成像区域高精度、高密度DSM数据，为随后的三维城市建模和自动纹理映射提供可靠数据。项目将形成具有先进性和实用性的倾斜航空影像数据自动处理关键技术方法和软件原型系统。为倾斜航空影像数据在高精度DSM自动提取、真正射影像生成、高精度测绘、建筑物三维建模等方面的应用奠定基础，为研制国产倾斜航空影像摄影系统提供理论和技术参考。

在2013-2016年，倾斜航空摄影技术和以经典半全局匹配算法（Semi-Global Matching-SGM）为主流的匹配技术得到迅猛发展，国际上推出了相应的数据自动化处理软件系统如Street Factory和Smart3D等系统。课题组根据项目研究目标和内容，考虑到该项目“更侧重于技术研发”的特点，以突破倾斜航空影像数据处理自动化的关键-通用多角度多视影像匹配模型UMVM为基础，以研发具有自主知识产权的倾斜航空数据处理算法和软件系统为主要目标，采取“前期技术分析与调研”、“关键技术攻关”、“技术集成及试验”三步走研究方案，较好地完成了项目各项预期研究目标。.（1）理论成果：设计了自主知识产权的通用多角度多视影像匹配模型UMVM（包括基于窗口的多角度多视匹配算法WMVM和基于逐像素的多角度多视匹配算法PMVM），基于UMVM模型研发了竖直影像和倾斜影像全自动联合区域网平差技术、高密度DSM自动提取技术和建筑物半自动量测及自动纹理映射技术，形成了实用的倾斜航空影像数据自动处理理论与关键技术；研究成果已申请国家发明专利1项：《一种基于密度分析的多尺度点云噪声检测方法》，编号：CN201410475059.6，2014年12月。.（2）原型系统：最终形成了倾斜航空影像的数据处理技术体系及处理算法集。课题组基于VC++2015开发了64位OS下的所有程序，研发了完全自主知识产权的软件系统PixelGrid-3DImage：..全自动区域网平差模块：PixelGrid-3DImage/AATEx..密集影像点云匹配、滤波及三维TIN构建模块：PixelGrid-3DImage/MatcherEx..半自动地物量测与精细化建模模块：PixelGrid-3DImage/CityBuilder.该原型系统经2015-2016年的测试改进，已基本上实现了产业化。.（3）期刊论文：发表相关论文9篇，其中SCI检索1篇、EI检索4篇，EI检索1篇已投稿并经过了初审；.（4）人才培养：通过项目培养博士研究生3名，培养博士后1名，培养硕士研究生7人，目前已毕业3人。