Введение к работе
Актуальность проблемы
В последние годы бурно развиваются информационные технологии, предназна-іенньїе для модельного представления окружающего мира. Одной из важнейших об-іастей применения таких технологий являются геоинформационные системы (ГИС), эбеспечивающие сбор, обработку и отображение пространственных данных. Современные ГИС оперируют с цифровыми моделями трехмерных сцен, которые являются говым способом представления пространственных данных.
Одна из важнейших задач при создании цифровых моделей трехмерных сцен -юлучение реальных трехмерных данных. Их источниками могут быть как данные дистанционного зондирования, под которыми обычно понимаются авиационные и косми-<еские изображения, так и данные ручной фотографической съемки. Для последующе-о применения из этих данных должна быть извлечена необходимая информация об «ображенных объектах и характерных чертах местности.
Одними из наиболее сложных и дорогих операций с точки зрения временных затрат являются построение цифровой модели рельефа (ЦМР), а также распознавание и гокапизация различных трехмерных объектов искусственного происхождения. Из-за зольших затрат на обработку данных, автоматизация этих процессов является акту-шьной проблемой.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование авто-латических методов цифровой обработки изображений, обеспечивающих сбор и вы-іеление информации об изображенных трехмерных объектах и ЦМР для использова-іия ее в современных геоинформационных технологиях и системах.
Для достижения цели исследования решались следующие задачи; і. Создание методики автоматического построения высокоточной ЦМР по стереопаре
изображений; !. Создание эффективного в вычислительном смысле алгоритма поиска соответствующих точек на стереопаре (задача стереоотождествления); і. Создание вычислительно эффективного метода высокоточного измерения положения соответствующих точек (задача субпиксельного стереоотождествления); :. Разработка алгоритма автоматического обнаружения трехмерных объектов искусственного происхождения;
5. Разработка алгоритма автоматической реконструкции сегментированных трехмер ных объектов.
Научная новизна работы создана новая методика построения ЦМР, отличающаяся использованием иерархк ческой стратегии и автоматической обработкой аномальных ошибок; создана новая методика стереоотождествления, отличающаяся предварительны! определением информативных участков изображения; иерархическим отождествлен ем по пирамиде изображений, субпиксельным уточнением;
разработан новый метод определения информативных участков изображения, обес
печивающий надежную и устойчивую работу алгоритма корреляционного стереоото»
дествления;
предложен новый метод субпиксельной корреляции, отличающийся использование! аффинной модели деформации отождествляемых образов при вычислении коррел$ ционной функции;
разработаны новые алгоритмы обработки ЦМР с целью устранения аномальны ошибок с учетом геоморфологических черт рельефа, основанные на локальной филы рации значений высот, глобальном сглаживании поверхности и более тонкой корреї ции ЦМР по ортофото;
предложены оригинальные процедуры обнаружения искусственных объектов н авиационных изображениях на основе комплектования различных видов данны: включающих цветную, многозональную и черно-белую съемку, ЦМР, и априорные гее метрические характеристики;
разработан новый метод выделения трехмерных искусственных объектов по их изс бражениям на основе априорных геометрических моделей, отличающийся наборої правил объединения первичных признаков объектов.
Положения, выносимые на защиту
-
Предложенная методика автоматического стереоотождествления является надеи ной и вычислительно эффективной при решении задачи построения ЦМР по стерес изображениям, получаемым современными системами дистанционного зондирования;
-
Созданные автоматические методы построения и обработки ЦМР обладают ceof ством устойчивости по отношению к разнообразным формам рельефа;
-
Разработанная методика автоматического обнаружения и реконструкции искусст венных объектов по их геометрическим моделям позволяет эффективно решать задЕ
2 у
ty реконструкции объектного состава сцены при наличии необходимого объема пер-зичных данных.
Практическая значимость диссертации
Практическая значимость диссертации состоит в применении разработанных методов для создания алгоритмического и программного обеспечения (ПО) для персональной ЭВМ IBM PC, которое осуществляет эффективное по сравнению с традиционными методами построение трехмерных моделей сцен по авиационным и космическим снимкам. Данное ПО является частью разрабатываемых в ГосНИИАС программно-алгоритмических комплексов:
» Система стереофотограмметрической обработки космических снимков полученных камерами МК-4, ТК-350, КВР-1000;
» Система обработки стереопарной и маршрутной авиационной съемки; » Система короткобазисной фотограмметрии.
Результаты, полученные при написании диссертации, были неоднократно использованы в рамках НИР "Вертел", "Феникс", "Информационные технологии - 97", выполнявшихся по заказам Министерства Обороны РФ, Министерства Экономики РФ, Министерства Науки РФ, а также в совместных работах ГосНИИАС и Межотраслевой Ассоциации "Совинформспутник". На базе предложенных методов и разработанного ПО были созданы ЦМР различных участков поверхности Земли, общей площадью бо-пее 1000 км2. Методы, разработанные в диссертации, были применены при создании пространственных моделей местности, предназначенных для отработки современных компьютерных авиационных тренажерных комплексов, основанных на технологии виртуальной реальности.
Апробация работы и публикации по теме
По результатам диссертации опубликовано 8 печатных работ и 5 научно-технических отчетов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на KXXIX научной конференции МФТИ «Современные проблемы фундаментальной и при-<ладной физики и математики», г.Долгопрудный, 1996г., на научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития геодезии, фототопографии, <артографии и геоинформационных систем» в ЦНИИ геодезии, аэрофотосъемки и картографии, г.Москва, 1997г., на международной научной конференции «Optical 3D-Measurements», г. Цюрих, Швейцария, 1997г., на международных конференциях
з
Структура и объем диссертации
Похожие диссертации на Разработка методов машинного зрения для построения пространственных моделей трехмерных сцен
