以光達資料之控制直線求解像片
外方位參數之作業探討
指導教授:趙鍵哲 學生:彭念豪
報告流程
前言 研究方法 實驗成果與分析 結論與未來方向 參考文獻前言
線特徵具有較清楚的幾何及輻射訊息, 提供偵測及匹配上的便利 。 光達資料具有空間三維訊息,地、物表 之斷線及結構線可藉由影像處理或結構 化 (Structuralization) 方式推演產生 。前言 -2
考慮到物空間資料的隨機性,在平差模
式中將控制直線視為觀測量處理。
分別利用單像及雙像求解,並分析其優
研究方法
直線特徵於物空間之參數化 以直線為基礎之共線式 非固定式約制 (Soft Constraint) 控制直線參數觀測量的方差 - 協方差矩 陣 雙像同時求解 控制直線的萃取直線特徵於物空間之參數化
0 0 0 0 1 L L L X X dX Y Y t dY Z Z dZ p a q z b L L L X p z a Y q z b Z z 直線特徵於物空間之參數化 -2
上式並非一通式,本研究中所採用的方
式為判斷三維直線和 X-Y 、 Y-Z 及 X-Z 三個平面的法向量交角,選擇交角最小 的平面為穿刺點所在平面。
以直線為基礎之共線式
11 12 13 0 31 32 33 21 22 23 0 31 32 33 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) c c c c c c c c c c c c p z a X r q z b Y r z Z r x x f p z a X r q z b Y r z Z r p z a X r q z b Y r z Z r y y f p z a X r q z b Y r z Z r 以直線為基礎之共線式 -2
1 1 1 1 4 1 4 (2 6) (2 6) 1 4 1 , m m m m m l A e 2 1 1 ~ (0, 1 0 1 ) e P 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ˆ N U (N A P A UT ; A PlT ) 2 1 1 1 0 ˆ 4 (2 6) T e Pe m m 1 1 2 ˆ 0 1 ˆ ˆ N
1 0, ,0 0, , , , , ,...,1 2 2 T m X Y Z z z z 其中 自由度為 (2*m-6)非固定式約制
一般而言,單片後方交會是將像片量測 值作為平差時的觀測值,而視地面控制 資料為完全無誤差。但考慮到控制資料 的隨機特性,為了合理的誤差分析,必 須將已知的控制資料依照其精度施以非 固定式的約制,視為另一類之觀測值, 加入平差模式。非固定式約制 -2
0 0 2 0 2 0 i i i i p i i i q i i i i a i i i i i b l p p p l q q q e e a l a a b b b l 1 1 0 1 0 1 2 0 2 2 4 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 i i i i i i i p i i q i m a i m i b m m m p q a l p p b l q q l e e a l a p b l b q a b 2 2 2, A e 2 1 2 ~ (0, 2 0 2 ) e P非固定式約制 -3
結合像點觀測量及控制直線參數觀測量 兩類之觀測方程式後的平差模式中的 A 矩陣將擴充為: 自由度 (2m-6) 1 3 4 (2 6) 4 4 8 (6 6) 2 4 4 0 m m m m m m m m A A A A 0 0 0 1 2 2 1 1 1 1 [ L, , , , , , , , ,L L L L L L L L , , , , , , , , , ,]T m m m m m X Y Z z z z p q a b p q a b 控制直線參數觀測量的方差
-協方差矩陣
1 1 2 1 2 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 ( ) /( ) ( ) /( ) ( ) /( ) ( ) /( ) p X Z X X Z Z q Y Z Y Y Z Z a X X Z Z b Y Y Z Z 1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 p p p p p p X Y Z X Y Z q q q q q q X Y Z X Y Z B a a a a a a X Y Z X Y Z b b b b b b X Y Z X Y Z 1 1 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 1 1 1 2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ( , , , ) 2 2 4 4 2 2 2 x X X Y X Z X X X Y X Z Y Y Z Y X Y Y Y Z p pq pa pb Z Z X Z Y Z Z qp q qa qb p q a b X X Y X Z ap aq a ab Y Y Z bp bq ba b Z B sym T B雙像同時求解
1 1 3 1 2 2 2 3 4 5 3 0 0 0 0 l A A l l A e l A A 0 0 0 1 2 2 1 1 1 1 0 0 0 [ L, L, L, L, L, L, , , ,L L L , , , , , , , , , , R, R, R, R, m m m m m X Y Z z z z p q a b p q a b X Y Z 1 2 2 , , , , , ] R R R R R T m z z z 自由度為 (4m-12)控制直線的萃取
離散光達點雲資料經 Surfer 軟體以克
利金法 (Kriging Interpolator) 內插 規則網格後,以 Canny 邊緣線偵測元偵 測控制直線。
實驗成果與分析
實驗中所採用的資料為成功大學圖書館
側面的近景影像及地面光達資料,所使 用之地面雷射掃描儀為加拿大 Optech 公司所生產之 ILRIS-3D ,而影像由數 位相機 FujiFilm FinePix S1 Pro 搭配 Nikon 28mm f/2.8s 鏡頭取得。地面光 達的定位精度約為 8mm-12mm ,控制直 線的精度可經由誤差傳播推算。
實驗的配置 -2
- 2 0 - 1 5 - 1 0 - 5 0 5 1 0 1 5 - 1 0 - 5 0 5 1 0後方交會計算分析
- 單片求解
值得注意的是單片求解之景深方向的改正量相對不敏
外部精度檢查
本實驗例於影像重疊區域中有 3 個地面
量測之檢核點 ( 圖 3-1) 可供檢驗外方 位參數之物空間定位品質。
結論與未來方向
本研究之實驗成果顯示融合光達資料與 影像方位求解之可行性。 雙像求解因具有共軛光束的約制,故在 前方交會檢驗光束相交情形及定位精度 時,擁有較好的成果。 而單片後方交會則因為不需要共軛,所 以較不容易受到遮蔽及重疊區的限制。結論與未來方向 -2
若干工作仍留後續深入研究: 1. 利用更精確的偵測方式 ( 例如結構化的特徵 偵測 ) 產生較高精度的光達資料控制直線, 有助於提昇外方位參數品質。 2. 發展自動化的物、像控制直線量測及匹配, 提昇作業效率。 3. 在平差模式中引入方差分量分析 (Variance Component Analysis) ,反推較合理之光達資 料原始精度。參考文獻
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