Блохинов Ю.Б. Разработка методов автоматизации фотограмметрических процессов на основе алгоритмов анализа и обработки изображений

Автореферат диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук : 25.00.34 - Аэрокосмические исследования Земли, фотограмметрия. — Москва, 2011. — 47 с.Научный консультант: д.т.н. Чибуничев А.Г.Цель работы состоит в разработке математических методов и алгоритмов, позволяющих значительно повысить степень автоматизации процессов в цифровых фотограмметрических системах. Практической целью работы является разработка цифровых фотограмметрических систем и их реализация на основе созданной алгоритмической базы.Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
Разработаны процедуры контроля и отбраковки соответствующих точек изображений на основе пространственных метрических, топологических и стохастических фильтров.
Предложен способ выбора и измерения соответственных точек стереопары на основе выделения, описания и сопоставления контуров стереопары, в котором для устойчивого выделения контуров применяется стратегия комбинированного использования характеристик краев и областей изображения. Этот способ существенно повышает надежность отождествления соответственных точек, особенно при обработке малоконтрастных изображений.
Предложен метод кодирования маркированных точек, который позволяет надежно сегментировать их на цифровом изображении, вычислять координаты центров с субпиксельной точностью и с высокой степенью достоверности определять уникальный номер, закодированный в структуре по принципу баркода. Симметричная структура круговых меток обеспечивает масштабно-угловую инвариантность алгоритмов распознавания, декодирования и определения координат центров этих меток.
Предложен автоматический метод внешнего ориентирования снимков, основанный на применении в качестве опорной информации трехмерных цифровых моделей деталей объекта съемки.
Разработаны иерархические методы стереоотождествления смешанного типа для произвольно выбранных и информативных точек изображений стереопары, благодаря которым достигается сочетание устойчивости алгоритмов с высокой скоростью генерации точек модели. Применение нерегулярных пирамид сеток позволяет строить оптимальное дискретное представление моделируемой поверхности с учетом ее локальной кривизны.
Разработана методика контроля и отбраковки неверно отождествленных точек стереопар для регулярных и нерегулярных моделей поверхности.
Предложен способ формального описания модели поверхности тела, ограниченной полигонами. Созданное описание считывается и интерпретируется автоматически при последующей алгоритмической обработке ЦМП объекта в процессе формирования его законченной модели.
Разработаны алгоритмы создания оптимизированного текстурного покрытия объекта наземной съемки с использованием полного набора снимков. Все операции полностью автоматизированы.
Создана методика автоматического формирования цифровых моделей типовых зданий по одиночным снимкам на основе данных наземной фотосъемки, плана фундамента и дополнительных ограничений на форму здания. Составной частью методики является метод поиска элементов фасада на основе комплексного цифрового эталона. Предложена масштабно-инвариантная модификация метода.Практическая ценность. На основе разработанных методов и алгоритмов был создан ряд отдельных программных компонент, а также программных и программно-аппаратных комплексов, важнейшими из которых являются:
Цифровая фотограмметрическая система Z_Space 2.0, предназначенная для ориентирования стереопар снимков, генерации цифровых моделей рельефа (ЦМР), создания ортофотопланов, а также съемки векторных контуров на основе стереопар космических снимков ТК-350 (или аэрофотоснимков).
Цифровая фотограмметрическая система Z_Space 3.0, предназначенная для выполнения блочной фототриангуляции снимков, генерации цифровых моделей рельефа (ЦМР), создания ортофотопланов, слияния нескольких ЦМР и ортофотопланов, а также съемки векторных контуров на основе блока аэрофотоснимков.
Цифровая фотограмметрическая система Z_Proxima 1.0, предназначенная для выполнения различных видов уравнивания фотограмметрической сети, построения трехмерных цифровых моделей объектов, а также автоматического текстурирования объектов на основе блока наземных фотоснимков.
Созданное программно-алгоритмическое обеспечение применялось для решения широкого круга практических задач, таких как:
Построение ЦМР и ортофотопланов для производства и обновления топографических карт масштаба 1 : 50 000.
Производство высокореалистичных моделей местности для виртуальных авиационных тренажеров и систем синтезированного видения.
Создание цифровых моделей местности, зданий и препятствий в зоне аэропортов.
Создание и оперативное использование геопространственной информации для повышения ситуационной осведомлённости на основе данных наземной и аэрофотосъемки.
Построение высокоточных локальных моделей рельефа местности на удалённые и недоступные районы суши Земного шара по материалам космического фотографирования.
Создание комплексных цифровых эталонных описаний типовых объектов для систем управления беспилотных летательных аппаратов и наземных автономных роботов с элементами искусственного интеллекта.