基于Dijkstra算法的无人机航空影像拼接线生成方法研究

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随着摄影测量技术的快速发展,4D产品中的数字正射影像,具有精度高、识别简单、可读的地理信息数据之多、容易放大缩小等诸多优点,在国民经济和社会发展中起到了非常重要的作用。生产数字正射影像的步骤包括影像预处理、影像匹配、影像定位、影像拼接和影像输出,其中影像拼接是生产数字正射影像的关键技术步骤,影像拼接是将无人机拍摄有重叠区域的航空影像数据经过处理后,拼接成一张数字正射影像图的过程。就目前的发展阶段来看,无缝拼接自动生产数字正射影像仍是摄影测量与遥感发展的难题,例如根据拼接线拼接生产的数字正射影像中建筑物和独立地物出现错位,从而导致数字正射影像达不到无缝的效果。上述问题也是生产高质量数字正射影像产品的瓶颈问题。数字正射影像建筑物和独立地物产生错位究其原因是拼接线穿越建筑物和独立地物等高差较大的区域导致的,从而导致根据拼接线多边形拼接生成的数字正射影像出现错位。因此,对无人机航空影像拼接线生成方法研究具有重要意义。针对无人机航空正射影像生产数字正射影像过程中存在的拼接线穿越建筑物和独立地物等高差较大区域的问题,本文开展了如下几个方面研究:(1)阐述单张正射影像在拼接过程中拼接线自动生成技术,以及分析拼接线自动生成技术在国内外的研究现状,并就航空影像拼接线自动生成技术存在的拼接线穿过建筑物和独立地物等问题展开研究。(2)为保证数字正射影像上地物整体性的自然过渡,解决生成的数字正射影像上建筑物和独立地物出现错位问题,本文采用形态学滤波技术、Delaunary算法和Dijkstra算法进行正射影像拼接线的自动生成。首先采用形态学滤波技术将数字地表模型(Digital Surface Model,DSM)上高程较大的建筑物和独立地物过滤掉,并利用过滤后的DSM提取候选点;然后采用Delaunary算法将提取出的候选点构成三角网,同时根据提出的三角面栅格化优化和边平均迭代优化方法对构成的三角网进行优化,并对三角网中的边进行权值优化;最后在基于Dijkstra算法的基础上对三角网进行约束搜索,将搜索结果追踪生成拼接线多边形。生成的拼接线多边形不会穿越建筑物和独立地物等高差较大的区域,使得拼接生成的数字正射影像上建筑物和独立地物不会出现错位,从而提升数字正射影像的成图质量。(3)将本文拼接线生成方法与voronoi图算法生成拼接线进行实验对比分析,并对实验结果进行主观视觉评价与客观数据评价。通过主观视觉评价分析,证明本文方法生成的拼接多边形最终生产的数字正射影像图质量优于voronoi图算法生产的数字正射影像图质量;客观数据评价通过计算本文拼接线生成的数字正射影像图中的像素灰度的平均值、像素与均值的标准偏差、平均梯度验证本文方法的结果。同时,客观数据证明本文方法生成的数字正射影像图中建筑物和独立地物等没有出现错位现象,没有明显的拼接痕迹,并且数字正射影像图中纹理清晰,信息量丰富。生成拼接线的时间效率上本文方法优于voronoi图算法生成的拼接线。
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