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基于激光扫描和sfm的非同步点云三维重构方法

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仪器仪表学报 2016年第5期37卷 1148-1157页

作者：陈辉马世伟 Andreas Nuechter 上海电力学院自动化工程学院上海200090 上海大学机电工程与自动化学院上海200072 德国维尔茨堡大学计算机科学学院维尔茨堡D97074

室外场景具有测量数据量大、扫描数据易重叠及建筑物表面信息复杂等特点,单靠激光扫描方法能够获得场景精确的深度信息,但缺乏颜色和纹理信息,利用从运动中恢复结构(sfm)方法可获得丰富的彩色信息,但重构精度不高,若将两种设备固定进行... 详细信息

室外场景具有测量数据量大、扫描数据易重叠及建筑物表面信息复杂等特点,单靠激光扫描方法能够获得场景精确的深度信息,但缺乏颜色和纹理信息,利用从运动中恢复结构(sfm)方法可获得丰富的彩色信息,但重构精度不高,若将两种设备固定进行在线实时同步测量,易受到测量环境和系统制约不易实现。针对此问题,提出了一种基于激光扫描和sfm结合的非同步点云数据融合的三维重构方法。首先,提出利用手动选择控制点进行7自由度初始配准,再利用迭代最近点(ICP)算法对初始配准结果进行精确配准,最后利用最近点搜索算法将分布在经基于面片的多视图立体视觉(PMVS)算法优化后的sfm数据中的颜色信息与激光扫描的点云坐标进行融合。实验结果和数据分析显示,本文的方法能有效地将激光扫描与sfm点云数据进行融合,实现了室外大场景的三维彩色重构。

关键词： 3D激光扫描 sfm 点云配准数据融合三维重构

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基于sfm的针叶林无人机影像树冠分割算法

农业机械学报 2020年第6期51卷 181-190页

作者：杨全月董泽宇马振宇吴悠崔琪卢昊北京农学院计算机与信息工程学院北京102206 北京林业大学信息学院北京100083 弗莱堡大学环境与自然资源学院弗莱堡79106

利用无人机影像进行森林资源调查具有作业快速便捷、数据分辨率较高、影像细节丰富的特点,可较好地识别单木,获取树木位置、冠幅等信息。但是,厘米级的影像分辨率使基于光谱信息的传统分割算法在提取树冠时出现破碎化现象,产生过分割结... 详细信息

利用无人机影像进行森林资源调查具有作业快速便捷、数据分辨率较高、影像细节丰富的特点,可较好地识别单木,获取树木位置、冠幅等信息。但是,厘米级的影像分辨率使基于光谱信息的传统分割算法在提取树冠时出现破碎化现象,产生过分割结果。同时,在非落叶季由于无人机影像难以观测到茂密林冠下层地形,故在地形起伏较大的林区难以实现基于树木冠层高度模型(CHM)的单木分割方法。针对上述问题,结合传统二维图像处理和sfm三维建模,提出了一种无需高度归一化的无人机影像树冠三维分割提取算法,首先利用sfm技术从高重叠航片建立三维表面模型,利用高程和图像信息检测初始树木位置,再采取kNN自适应邻域分水岭分割的方式对中心单木进行精确的树冠参数提取。在北京市百花山国家级自然保护区的落叶松林地进行了高分辨率无人机影像实验,采用正射影像目视解译结果和多种基于图像、点云的自动分割算法结果进行验证和评价。结果表明,本文方法对树木总体检出率在91%以上,冠幅提取精度在81%以上,优于传统的全局分水岭方法和其他树冠分割算法。

关键词：树冠针叶林分割算法 sfm 无人机

基于无人机和sfm的地貌数据采集精度影响研究

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应用基础与工程科学学报 2019年第6期37卷 1225-1234页

作者：李文达闫启明张尚弘王龙刘大为华北电力大学可再生能源学院北京102206 天津港(集团)有限公司天津300461

无人机低空摄影测量与sfm方法作为最新的地貌信息测量手段,受到了越来越多的关注,已经应用于多个研究领域.本文基于无人机摄影测量与sfm技术,应用大疆悟二飞行器、禅思X5S云台相机、Agisoft PhotoScan软件,研究了拍摄高度、拍摄角度和... 详细信息

无人机低空摄影测量与sfm方法作为最新的地貌信息测量手段,受到了越来越多的关注,已经应用于多个研究领域.本文基于无人机摄影测量与sfm技术,应用大疆悟二飞行器、禅思X5S云台相机、Agisoft PhotoScan软件,研究了拍摄高度、拍摄角度和照片重叠度对地貌数据的测量精度,以及对区域三维重建模型效果与生成时间的影响.结果表明:拍摄高度越低,照片重叠度越高,测量结果精度越高.当拍摄高度200m,单点重复次数8.0时,测量结果的空间分辨率4.1cm,水平误差和垂直误差在25cm以内.拍摄角度对结果的水平精度和垂直精度呈现出不同的影响,拍摄角度越垂直于地面,测量结果的水平误差越小,垂直误差越大,反之亦反.另外,在三维模型重建中,拍摄角度越倾斜,模型的侧面纹理越完整清晰,反之模型的侧面纹理越不完整甚至缺失.此外,测量精度与测量的内外业工作量及三维模型的可视化效率之间存在制约,因此需根据具体的需求设计相应的测量方案.本文的研究成果可以为基于无人机与sfm方法的地貌数据采集与三维重建的精度控制和采集方案设置提供定量参考.

关键词：地貌数据采集无人机 sfm 测量精度三维重建

基于sfm地形测量多尺度河工模型结构变化研究

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工程科学与技术 2020年第5期52卷 117-124页

作者：王浩彭国平陈启刚龚家国福州大学土木工程学院福建福州350116 北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100038

水沙运动造成的河床冲淤演变是自然界普遍存在的现象,常造成河道淤积、河岸变形、海岸后退、水库淤积库容减少等实际工程问题,其与水利工程设计、建设和运行紧密相关。研究精确、高效的河床3维地形测量方法并分析冲淤量变化,对河工模型... 详细信息

水沙运动造成的河床冲淤演变是自然界普遍存在的现象,常造成河道淤积、河岸变形、海岸后退、水库淤积库容减少等实际工程问题,其与水利工程设计、建设和运行紧密相关。研究精确、高效的河床3维地形测量方法并分析冲淤量变化,对河工模型试验及实际工程应用具有重要意义。本文开展不同水流条件下的推移质输沙试验,基于运动摄像恢复结构技术(structure from motion,sfm)方法,对床面冲淤前后分别进行3维地形重构,获取地形稠密点云。在此基础上,插入相同控制点获取实际地形3维坐标,并将3维点云坐标内插值在床面网格上,冲淤前后相减以精确获取整个床面冲淤前后变化。本文对使用sfm技术测量河床地形所涉及的拍摄方法、控制点选取、河道区域网格化及插值方法进行了介绍,总结了关键技术。研究结果表明:1)基于sfm方法,分别对有、无块状模型的棋盘格进行体积计算,验证本方法相对误差小于4%;2)将此方法用于计算水槽试验冲淤量,与实际称量值对比,其结果值相对误差小于5%;3)本方法应用于大型河工物理模型试验时,其河床冲淤量计算相对误差小于10%。该方法对水槽试验和河床物理模型试验均适用,可快速高效重构冲刷前后河床3维地形,具有较高精度,为研究河床冲淤变化及开展水利模型试验提供新的思路和参考。

关键词：冲淤演变河工模型试验 sfm 3维地形重构

基于sfm方法生成的密集点云数据的典型建筑物分类研究

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地震 2017年第3期37卷 127-137页

作者：张雪华王晓青袁小祥王金霞中国地震局地震预测研究所北京100036

建筑物类型的研究对于震后救援和损失评估具有重要作用,目前针对sfm(Structure from Motion)方法生成的三维密集点云数据的建筑物分类研究较少。首先基于sfm原理生成密集点云,然后通过建筑物单体点云高度均值和标准差对建筑物的高度和... 详细信息

建筑物类型的研究对于震后救援和损失评估具有重要作用,目前针对sfm(Structure from Motion)方法生成的三维密集点云数据的建筑物分类研究较少。首先基于sfm原理生成密集点云,然后通过建筑物单体点云高度均值和标准差对建筑物的高度和屋顶类型进行初步分类,进一步提出了建筑物单体屋顶最高点与最低点点云中心点的水平距离因子对单坡和双坡屋顶类型进行再分类的方法。以玛曲县城为研究区,使用sfm算法对无人机影像进行处理,并利用上述多因子再分类方法进行建筑物高度和类型分类。实验结果表明,设置高度均值和标准差阈值分别为6m和0.25m时能够准确区分单层、非单层建筑物和平、坡屋顶类型建筑物;对于单坡和双坡顶建筑物,利用距离因子,设定距离阈值1.5m时可完全区分。对该地区典型建筑物的研究结果表明,通过基于点云分析的建筑物高度和类型提取方法,可为地震灾害风险分析和未来潜在地震灾害损失预测所需的建筑物信息的提取提供重要参考。

关键词： sfm 三维点云建筑物分类地震灾害评估

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适用于sfm点云的未标定摄像机注册方法

信号处理 2013年第2期29卷 274-278页

作者：景彦哲刘越田鸿牛春风北京理工大学光电学院光电成像技术与系统教育部重点实验室北京100081 北京理工大学计算机学院北京100081

无标注册是增强现实技术(AR)领域的研究热点,本文提出并实现了一种对未标定摄像机进行内外参数估计的完整方法。该方法采用单幅图像作为输入,三维物体的sfm重建点云作为数据表,进行匹配并采用RANSAC方法去除误匹配得到单应矩阵,结合Kru... 详细信息

无标注册是增强现实技术(AR)领域的研究热点,本文提出并实现了一种对未标定摄像机进行内外参数估计的完整方法。该方法采用单幅图像作为输入,三维物体的sfm重建点云作为数据表,进行匹配并采用RANSAC方法去除误匹配得到单应矩阵,结合Kruppa方程得到焦距估计值,并采用PnP问题的Levenberg-Marquardt最优化法得到外参矩阵的非线性最小二乘解。为便于观察结果,另建立基于显卡计算的粒子系统进行验证。实验结果表明,该方法对于摄像机的内外参数估计具有较好的效果。

关键词：注册未标定摄像机 Kruppa方程 sfm PnP问题

sfm精细表面测量:分辨率和精度的评估及误差分析

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地理与地理信息科学 2016年第6期32卷 25-31页

作者：赵文强林舟浙江大学地球科学学院浙江杭州310000

sfm （Structure from Motion,运动重建结构）是一种新的高精度三维形态模型数据获取技术,其应用于精细表面测量中的分辨率及精度尚待详细的评估.该文以化石表面为研究对象,重叠度70% 摄取化石表面的照片并生成高密度点云,同T LS（ T e... 详细信息

sfm （Structure from Motion,运动重建结构）是一种新的高精度三维形态模型数据获取技术,其应用于精细表面测量中的分辨率及精度尚待详细的评估.该文以化石表面为研究对象,重叠度70% 摄取化石表面的照片并生成高密度点云,同T LS（ T errestrial Laser Scanner,地面三维激光扫描仪）点云进行精配准后生成 DEM .以TLS 点云及D E M 作为比较对象,经过化石表面微小特征与剖面解析、点云、DEM 偏差计算和误差分布的分析和验证,结果显示：1） sfmDEM 实际表面水平及垂直分辨率分别可达到1 mm 和2 mm .2） S fM 测量精度非常接近T LS, sfm点云的R MSE 为1. 3 mm ,平均垂直偏差为1. 5 mm; sfmDEM 的R MSE 为1 9 mm ,平均绝对高程偏差为2 2mm .3） sfm 测量误差在大于55〉的坡度范围内与坡度呈正相关,在阴影值0-170 区间内与阴影呈反相关,照片拍摄角度不完整、数量不充分的区域误差较大.研究为sfm 测量的精细程度提供了参考,也为地学应用中表面微小节理识别及剖面分析提供了便利可靠方法.

关键词： sfm TLS(地面三维激光扫描仪) 点云 DEM分辨率精度

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融合sfm先验信息的城市三维线段重建算法

测绘科学 2021年第8期46卷 55-62,119页

作者：张瑞颜青松曲英杰邓非蔡亚锋武汉大学武汉430079 武汉天际航信息科技股份有限公司武汉430079

针对城市场景中大量存在的边线结构特征,该文提出了一种融合sfm先验信息的城市三维线段重建算法。该文算法首先在影像金字塔中构建精简的二维线段集;然后将相机位姿及稀疏点等数据作为先验信息,引入极线约束、方向约束和深度约束构建匹... 详细信息

针对城市场景中大量存在的边线结构特征,该文提出了一种融合sfm先验信息的城市三维线段重建算法。该文算法首先在影像金字塔中构建精简的二维线段集;然后将相机位姿及稀疏点等数据作为先验信息,引入极线约束、方向约束和深度约束构建匹配线对;最后根据匹配线对重建出三维线段集。实验结果表明,该文提出的三维线段重建算法,在保持场景完整性的同时,能够有效地减少线段误匹配和重建结果冗余,缩短重建时间,提高三维线段重建结果精度。

关键词：三维线段重建 LSD sfm 线段匹配

基于UAV-sfm方法的黄土高原砒砂岩区侵蚀监测算法比较

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水土保持学报 2024年第3期38卷 91-100页

作者：刘益麟李朋飞李豆胡晋飞白晓严露丹杨西安科技大学测绘科学与技术学院西安710054

[目的]为比较地形变化监测算法在黄土高原砒砂岩区的适用性。[方法]以皇甫川流域特拉沟一支沟为研究对象,采用无人机摄影测量技术获取2022年7月至2023年3月影像,结合sfm技术生成三维点云数据,比较分析[digital elevation model of diffe... 详细信息

[目的]为比较地形变化监测算法在黄土高原砒砂岩区的适用性。[方法]以皇甫川流域特拉沟一支沟为研究对象,采用无人机摄影测量技术获取2022年7月至2023年3月影像,结合sfm技术生成三维点云数据,比较分析[digital elevation model of difference(DoD)、cloud to cloud(C2C)、cloud to mesh(C2M)、multiscale model to model cloud comparison(M3C2)]等4种算法的侵蚀产沙监测精度,并分析点云密度变化对各方法精度的影响。[结果](1)4种常用算法在空间上都能监测到大幅度地表变化。其中,以M3C2算法的结果最优,线性拟合结果最好(R^(2)=0.953,psfm的侵蚀产沙监测方法的选择提供参考。

关键词： sfm 地形变化监测算法点云密度侵蚀监测黄土高原砒砂岩地区