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研究生:劉宗奇
研究生(外文):Zong-Ji Liu
論文名稱:空載數位影像參數應用於人工建物重建與影像正攝化之研究
論文名稱(外文):Apply the aerial digital image parameters to buildings reconstruction and orthophoto adjusting
指導教授:溫志超溫志超引用關係
指導教授(外文):Jet-Chau Wen
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:環境與安全工程系碩士班
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:高斯消去法正攝影像空間軌跡
外文關鍵詞:ortho-photoGauss elimination methodspatial coordinates
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遙測影像具有良好之空間與光譜解析力,且數位影像的相鄰像素間差異性小,可以應用於環境監測、地理資訊系統與三維建物重建之資料來源;遙測影像若與其他資料進行整合時,必須經由影像幾合校正程序將傾斜影像校正為正攝影像,故本研究提出以光束直線前進為基礎理論,應用高斯消去法於三元一次方程式進行求解無人載具於空間中的座標,並利用無人載具航高(H)、縱軸與像主點的距離、橫軸與像主點的距離分別以反三角正切函數求得縱向傾角、橫向傾角及傾斜角等數值,再使用Erdas image遙測影像處理軟體使傾斜影像校正為正攝影像,最終目的,使正攝影像能夠套疊於三維建物重建後之數值地形圖。
研究結果發現,利用智慧型超站儀與三元二次聯立方程式分別求解無人載具軌跡,兩者所求解後航高差距約為10公尺,此情況證實利用三元二次聯立方程式求解無人載具軌跡,僅可以應用於即時性空間軌跡定位,若需要更精確的空間測量軌跡,則仍以超站儀為主要工具。本研究計算遙測影像之傾角結果顯示,以超站儀解算的無人載具航高代入反三角正切函數,得到的縱向傾角φ、橫向傾角ω及傾斜角ν作為真值,相較於利用三元二次聯立方程式模式所求得φ、ω和ν等角度,兩者之間相差值約為1゚~3゚,符合影像傾角校正模型其初步假設傾角角度為10゚以內。
Remote sensing images have accurate spatial and spectral resolution that can be applied to the scopes of environmental monitoring, geographic information systems and 3D buildings reconstruction. When the remote sensing images are integrated with other spatial data, the oblique images need to be adjusted to the orthographic ones using the geometric correction process. In this study, the Gauss elimination method is utilized to solve the spatial equations in order to obtain the spatial coordinates of the unmanned aerial vehicle. Thus the spatial coordinates of the unmanned aerial vehicle are used to calculate the oblique angle ω in the x-axis, the oblique angle φ in the y-axis and oblique angle . Finally, the ortho-photo can be obtained to overlap the digital terrain map of the 3D buildings reconstruction. The results show that the difference in the vehicle height calculating between the spatial equations and the Smart-Station about 10 meters. It shows that the Smart-Station provides a more accurate solution and the spatial equation solution is appropriate to determine the spatial position immediately. In this study, we treat the oblique angle ω, φ and calculating from the Smart-Station as the real data, and compare with the ones calculating from the spatial equations. The results show that the difference in the oblique angle ω, φ and between the Smart-Station and the spatial equations are among ± 1 degrees to ± 3 degrees.
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
一、緒論 1
1.1前言 1
1.2文獻回顧 1
1.3 研究動機與目的 6
1.3.1 研究動機 7
1.3.2 研究目的 7
1.4 研究流程設計 7
1.5 論文架構 9
二、研究理論與方法 10
2.1 無人載具軌跡計算原理介紹 10
2.1.1 智慧型超站儀之無人載具軌跡解算 10
2.1.2 三元二次聯立方程式之無人載具軌跡解算 10
2.1.3 小結 14
2.2 影像傾斜角校正程序 14
2.2.1 載具雲台設計之基本假設原理 15
2.2.2 影像座標系統(Photo coordinate system) 15
2.2.3 建構影像傾斜角之理論模式 16
2.2.4 縱向傾角φ與橫向傾角ω之影像校正模式 18
2.2.5 正攝影像比例尺 20
2.3 數位影像處理分析理論 20
2.3.1 數位影像簡介 21
2.3.2 影像幾何空間轉換 23
三、研究場址與設備介紹 24
3.1 試區概況 24
3.2 無人載具航拍系統整合 25
3.2.1 無人飛行載具 25
3.2.2 數位相機 26
3.2.3 載具雲台 27
3.3 測量儀器與軟體設備 27
3.3.1 智慧型超站儀(Leica smart station) 28
3.3.3紅外線測距儀 28
3.3.3 地理資訊系統 28
3.3.4 Erdas遙測影像軟體 28
3.4 地面控制點之施測方式 29
四、結果與討論 30
4.1 試驗區資訊簡介 30
4.1.1 影像資訊 30
4.2 無人載具空間軌跡解算 34
4.2.1智慧型超站儀之無人載具軌跡解算 34
4.2.2三元二次聯立方程式之無人載具軌跡解算 35
4.2.3無人載具軌跡之綜合討論 37
4.3 無人載具之傾角計算 39
4.3.1以智慧型超站儀之無人載具軌跡為例 39
4.3.2以三元二次聯立方程式之無人載具軌跡為例 40
4.3.3影像傾角綜合討論 41
4.4 正攝影像成果分析 42
4.4.1 ES829_2009061601正攝影像成果分析 42
4.4.1.1 以智慧型超站儀為例 44
4.4.1.2 以三元二次聯立方程式為例 45
4.4.2 ES829_2009061602正攝影像成果分析 46
4.4.2.1 以智慧型超站儀為例 48
4.4.2.2 以三元二次聯立方程式為例 49
4.4.3 ES829_2009061603正攝影像成果分析 50
4.4.3.1 以智慧型超站儀為例 52
4.4.3.2 以三元二次聯立方程式為例 53
4.4.4 ES829_2009061604正攝影像成果分析 54
4.4.4.1 以智慧型超站儀為例 56
4.4.4.2 以三元二次聯立方程式為例 57
4.4.5 ES829_2009061605正攝影像成果分析 58
4.4.5.1 以智慧型超站儀為例 60
4.4.5.2 以三元二次聯立方程式為例 61
4.4.6 ES829_2009061606正攝影像成果分析 62
4.4.6.1 以智慧型超站儀為例 64
4.4.6.2 以三元二次聯立方程式為例 65
4.4.7 ES829_2009061607正攝影像成果分析 66
4.4.7.1 以智慧型超站儀為例 68
4.4.7.2 以三元二次聯立方程式為例 69
4.4.8 ES829_2009070401正攝影像成果分析 70
4.4.8.1 以智慧型超站儀為例 72
4.4.8.2 以三元二次聯立方程式為例 73
4.4.9 ES829_2009070402正攝影像成果分析 74
4.4.9.1 以智慧型超站儀為例 76
4.4.9.2 以三元二次聯立方程式為例 77
4.5 影像鑲嵌處理 78
4.5.1 影像灰度匹配 78
4.5.2 影像接合 79
4.6 人工建物重建 80
五 結論與建議 82
5.1 結論 82
5.2 建議 82
參考文獻 83
附錄一、高斯消去法程式碼 86
附錄二、數值地形圖點雲資料轉檔程式碼 88
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