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研究生:李志宏
研究生(外文):Chih Hung Lee
論文名稱:應用線特徵物求解攝影測量方位參數與物型重建
論文名稱(外文):Solving Photogrammetric Orientation Parameters and Object Reconstruction by Using Linear Features
指導教授:趙鍵哲趙鍵哲引用關係
指導教授(外文):Jen Jer Jaw
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:土木工程學研究所
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:物型重建直線特徵共面直線特徵
外文關鍵詞:Object reconstructionLinear featureCoplanar linear features
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中文摘要
從物型重建的角度來看,影像直線特徵較點特徵物具有更高階的資訊,而配合影像處理技術,邊緣線偵測及萃取自動化作業將變得簡易而有效率。對於都市地區的航測影像來說,人工建物為主要的地物,此種地物最大特色就是由多面體所組成,而多面體的輪廓常為影像中的邊緣線所描述,本文嘗試在立體像對中利用線特徵物觀測量求解方位元素,並獲得三維線特徵物之空間資訊。
立體像對在無物空間資訊約制下(如控制點或線特徵物間之條件),僅利用共軛特徵線組成觀測方程式時,此時每一對共軛特徵線提供2個約制方程式,而線本身未知數個數為6個(或在某些約制下為4個),因此並不構成求解條件,本研究利用建物面(多面體)上豐富之邊緣線,在同一平面上利用n組共軛邊緣線共面的約制,將未知數個數由4n減至3個,因而產生多餘觀測。當然以此為模組之計算邏輯倘若加入物空間約制,即將相對方位模型轉至絕對方位模型。在解得攝影測量方位參數之後,利用平差後的線特徵物觀測量作前方交會計算線特徵物在物空間的三維資訊,而完整的共面直線特徵便規劃出一平面的範圍,這些平面將作為物型重建之基本單元。
本研究除建立求解的邏輯演算法則外,同時利用模擬資料分析物空間特徵幾何分佈對成果之影響,最後並以實際影像之測試結果提供後續研究之參考。
ABSTRACT
From the standpoint of object reconstruction, linear feature easily extracted from image via image processing technique is of higher-level information than its counterpart, point feature. It is especially advantageous of employing linear feature when considering the urban photographs in which the man-made buildings, polyhedron-type, are the main structure in the scene. This study was motivated by the above fact and aimed at solving for photogrammetric orientation and performing three-dimensional object reconstruction by observations which are composed of linear features.
By only collecting conjugate linear features in a stereopair without imposing any further constraint, the unique solution of relative orientation is not possible because the unknowns outnumbers the observations always. On the other hand, coplanar constraints of linear features, whenever possible, reducing tremendously the unknowns and bringing about redundancy, leads to orientation solution. Besides, the absolute orientation can be made successfully if adding the solved relative orientation with constraints valid in the object space.
In this study an algorithm, based on Pesta’s work, solving for relative orientation by using coplanar linear features is appreciated and the absolute orientation adding constraints has been mathematically formulated. The impact of geometry as well as accuracy of linear features on the orientation was thoroughly analyzed by simulated data. Furthermore, an experimental test on a real aerial stereopair over urban area has been conducted for the purposes of solving orientation and demonstrating object reconstruction.
目錄
第一章 導論……………………………………………………………….1
1-1研究動機與目的…………………………………………………..1
1-2相關研究…………………………………………………………..2
1-3研究方法與流程...………………………………………………...3
1-4論文架構…………………………………………………………..5
第二章 攝影測量之直線特徵幾何……………………………………….6
2-1直線特徵於物像空間之參數化…………………………………..6
2-2直線特徵之物像關係……………………………………………..9
2-3直線特徵與空間後方交會………………………………………10
2-4直線特徵與相對方位……………………………………………11
2-5直線特徵之共面條件……………………………………………11
第三章 研究理論與方法………………………………………………...13
3-1共面直線條件式求解相對方位…………………………………13
3-1-1相對方位中觀測量與未知數的平衡………………………13
3-1-2共面直線條件式的幾何意義………………………………14
3-1-3共面直線條件式的線性化…………………………………17
3-1-4最小二乘解…………………………………………………18
3-2相對方位問題中的奇異解………………………………………21
3-2-1產生奇異解的物像幾何……………………………………21
3-2-2判斷面與核面平行時的處理方式…………………………22
3-3點特徵與直線特徵的觀測量比較………………………………24
3-4共面直線條件式求解相對於地面座標系之外方位參數………25
3-4-1加入絕對資訊………………………………………………25
3-4-2相對於地面座標系之外方位的共面直線條件式…………25
3-4-3外方位求解引入絕對資訊觀測量與未知數的平衡………27
3-4-4共面直線條件式絕對方位的線性化………………………28
3-4-5共線方程式的線性化………………………………………28
3-4-6最小二乘解……………………….………………………...29
3-5影響方位求解的因素分析……………………………………...31
3-5-1直線量測誤差對於相對方位求解的影響…………………31
3-5-2共面直線的物空間幾何位置對於相對方位求解的影響…31
3-5-3共面直線的物空間姿態對於相對方位求解的影響………33
3-5-4點觀測量與直線觀測量求解絕對方位……………………33
第四章 模擬資料方位解算成果分析與討論…………………………...35
4-1實驗設計………………………………………………………...35
4-2不同的量測誤差對於相對方位求解精度的影響……………...38
4-3不同的平面分佈對於相對方位求解精度的影響……………...41
4-4物空間直線的姿態對於相對方位求解精度的影響…………...44
4-5點觀測量與直與線觀測量的綜合比較………………………...47
第五章 實測資料方位解算成果與物型重建…………………………53
5-1影像及實測資料說明……………………………….…………..53
5-2外方位解算分組………………………………………….……..55
5-3實測資料解算成果……………………………………………...58
5-4平面物型重建…………………………………………………...69
第六章 結論與建議……………………………………………………...75
參考文獻………………………………………………………………….78
附錄一…………………………………………………………………….81
附錄二…………………………………………………………………….86
附錄三…………………………………………………………………….93
表目錄
表4-1 模擬資料的攝影參數及影像內外方位參數…………………...35
表4-2 不同的量測誤差分組………………………..………………….38
表4-3 觀測數與未知數的平衡………………………………...………41
表4-4 不同平面姿態的模擬資料分組……..………………………….44
表4-5 八組測試資料觀測數與未知數的平衡關係……………….…..48
表5-1 實際影像相關資訊……………………………………………...54
表5-2 實測資料的分組………………………………………………...55
表5-3 檢核邊長的實測長度與模型長度…………………………..….58
表5-4 檢核邊長的模型長度與實測長度比例關係…………………...60
表5-5 所有檢核邊長的實際影像…………..………………………….61
表5-6 平面物型重建之角點三維及影像座標(影像10_106)…………72
圖目錄
圖1-1 研究流程圖……………………………………………………….4
圖2-1 斜截式的直線表示法…………………………………………….7
圖2-2 法線式的直線表示法…………………………………………….7
圖2-3 三維直線兩端點表示法………………………….………………8
圖2-4 三維直線六參數表示法………………………………………….8
圖2-5 三維直線的兩個平面方程式表示法……………..….…………..9
圖2-6 直線特徵的物像關係……………………………………..…….10
圖3-1 共面直線條件於相對方位的物像關係………………...………14
圖3-2 影像直線與判斷面的關係……………………………...………17
圖3-3 相對方位解算的流程圖……………………………..………….20
圖3-4 判斷面 及 與核面的關係…………………………...……….21
圖3-5 求解相對方位時的奇異解圖示………………………...………22
圖3-6 直線近似平行核面的情形……………………………...………22
圖3-7 相對於地面座標系統的物像關係……………………...………26
圖3-8 像片坐標系與物空間地面坐標系之間的關係……...…………27
圖3-9 不同點特徵位置的交會幾何……………………………….…..32
圖3-10 不同直線段座落位置的交會幾何……………………………...32
圖3-11 不同平面姿態的直線交會幾何…………………………...……33
圖4-1 誤差頻率直方圖…………………………………………..…….36
圖4-2 模擬資料的物空間分佈………………………..……………….37
圖4-3 相對方位模擬資料的物空間分佈…………………...…………39
圖4-4 不同量測誤差的相對方位成果精度檢核……………...………40
圖4-5 不同的直線幾何分佈……………………………………..…….42
圖4-6 不同分佈的相對方位解算成果………………………..……….42
圖4-7 量測誤差對直線方位的影響…………………………………...43
圖4-8 不同姿態模擬資料的物空間分佈…………………..………….44
圖4-9 不同姿態平面的模擬傾斜程度…………………………...……45
圖4-10 不同姿態的相對方位檢核平面變形量………………...………46
圖4-11 點與直線模擬資料的物空間分佈…………………….….…….47
圖4-12 不同組別的檢核點位移量……………………………….…..…49
圖4-13 不同組別的平面角點位移量……………………………...……49
圖5-1 實際影像立體像對………….…………………………………..53
圖5-2 共面直線觀測量量測方式示意圖…………………….….…….54
圖5-3 可供實地量測邊長的地物………………………….….….……55
圖5-4 影像實測資料處理流程圖………………………..….…………56
圖5-5 影像實測資料第二組的共面直線觀測量分佈………..……….57
圖5-6 影像實測資料第三組的共面直線觀測量分佈…..…………….57
圖5-7 檢核邊長的分佈……………………………………...…………59
圖5-8 第一組模型邊長與實測邊長比例差異分佈圖……………..….65
圖5-9 第二組模型邊長與實測邊長比例差異分佈圖……………..….66
圖5-10 第三組模型邊長與實測邊長比例差異分佈圖……………..….67
圖5-11 物型重建平面角點計算流程圖………………………………...69
圖5-12 影像10_106平面物型重建分佈圖……………………………70
圖5-13 平面物型重建影像套合圖……………………………………...71
參考文獻
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