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基于无人机遥感平台的桥梁路面图像拼接方法研究
| 论文题名： | 基于无人机遥感平台的桥梁路面图像拼接方法研究 |
| 关键词： | 桥梁路面;图像拼接;无人机遥感平台 |
| 摘要： | 科学保障桥梁安全是国家重大需求。将无人机、遥感等新兴技术与桥梁检测紧密结合，推进桥梁现代化、智能化升级势在必行。我国桥梁多，检测需求大，传统桥梁检测方法难以满足日益增加的检测需求，亟需将无人机遥感检测技术应用于桥梁路面日常维护监测中。受传感设备限制，无人机无法直接获取高分辨率的桥梁路面全景图像，因此需要利用拼接技术进行图像合成。目前，桥梁路面遥感图像拼接技术仍然存在对齐误差、拼接畸变等问题，研究一种能够保持原有桥梁路面特征信息，且适应低空遥感图像特点的拼接方法具有一定的理论意义和实践价值。本文以无人机采集的桥梁路面图像为研究对象，针对图像拼接过程中涉及的特征检测效率较低、匹配特征不足、图像变换模型不准确等问题，提出了一种多特征联合约束的图像拼接方法。论文主要研究内容如下： （1）桥梁路面图像采集和图像预处理。根据桥梁路面图像拼接的图像重叠率和分辨率要求，优化了无人机遥感采集的飞行参数，制定了桥梁路面图像的采集方案，规划了飞行路径，并进行了真实桥梁路面图像采集。采用几何校正和直方图均衡化的图像预处理方法，消除了桥梁路面图像几何畸变和色彩亮度不一致对图像拼接质量的影响。 （2）图像特征提取算法的改进。以尺度不变特征变换算法（ScaleInvariantFeatureTransform，SIFT）为基础，通过降低算法特征描述符的维度，使用余弦相似度代替欧式距离进行特征信息的匹配筛选来改进SIFT算法。改进后的算法经实验验证，特征检测匹配时间减少了40%，检测效率显著提高。桥梁路面为低纹理图像，难以提供充足、可靠的匹配特征。因此，本文在特征检测模型中引入了角度特征和线特征的结构特征，解决了桥梁路面特征不足的问题。 （3）多特征联合约束的图像拼接方法研究。根据图像匹配点、匹配角度和匹配线的几何变换特点，建立了图像单应性变换模型，并对桥梁图像进行预对齐处理。在内容保持变换模型（Content-PreservingWarping，CPW）的基础上，提出了线特征约束和角度特征约束，建立了图像的网格优化模型，求解了约束函数。通过纹理映射，实现了预对齐图像的网格优化。使用图像拼接方法对桥梁路面图像进行了双图拼接和多图拼接实验。实验结果表明，拼接图像的视觉效果良好，且拼接误差在10cm以内，满足桥梁路面检测的需求。 |
| 作者： | 刘佳 |
| 专业： | 机械 |
| 导师： | 董景石 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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