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研究生: 楊理翔
Yang, Li-Shiang
論文名稱: 移動式測繪車影像與光達資料對應之檢核及修正機制
Inspection and Correction Mechanism of Correspondence Between Point Clouds and Images From Mobile Mapping Systems
指導教授: 曾義星
Tseng, Yi-Hsing
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 測量及空間資訊學系
Department of Geomatics
論文出版年: 2022
畢業學年度: 110
語文別: 中文
論文頁數: 59
中文關鍵詞: 移動式測繪系統影像特徵匹配演算法攝影測量最小二乘平差
外文關鍵詞: Mobile Mapping System, Image matching, Photogrammetry, Least square adjustment
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  • 本次研究發展了一套點雲及影像密合度的檢核與修正機制,該機制針對移動式測繪系統所設計。由於國內測繪車的各感測器子系統之間的相對方位多使用原廠提供的參數而並未自行率定,隨著長期使用與替換部件等可能因素,將導致系統之間與系統內部的率定參數產生偏移,進而影響後續的應用成果 如: 點雲上色、 自動化產製高精地圖 ……等應用 。
    本文提出一個以影像特徵匹配演算法進行自動化點雲及影像密合度檢核的新概念, 以解決測繪車上的相機系統沒有檢核規範可遵循的窘境 ,並進一步提出一個後方交會計算測繪車相機外方位修正值的新應用,以後處理的方式提升點雲及影像之間的密合度 。 首先透過相機的內外方位將點雲投影成一張大小與影像相同的點雲強度影像,並與內方位率定後之測繪車影像進行自動化特徵點匹配,最終計算特徵點的差值MDA,數字越低則代表密合度越高。 接下來,透過本次研究發展的整合型特徵點蒐集程式,以人工方式點選點雲及影像特徵點蒐集後方交會所需的觀測值,並組成共線式做為最小二乘平差的觀測方程式,不斷迭代相機外方位初始值,直到修正值皆趨近於收斂。最終以更新過後的相機外方位初始值作為新的相機外方位重新將點雲投影成點雲強度影像確認密合度是否有提升 。
    本次實驗採用了 4組的影像特徵匹配演算法 SIFT、 SURF、 ORB_BF、ORB_LSH以及 2組的測繪車點雲及影像資料:108年詮華沙崙內場、109年詮華沙崙外場四種特徵匹配方法計算得的內場與外場MDA坐落於15~25 pixels之間,將建議閥值定為20 pixels後, 此 自動化檢核機制 平均能找出35.2%的合格影像以節省人力審查證明此方法能節省大量檢核時間與人力。 沙崙外場連續五筆影像外方位的修正率 為58.52%,沙崙內場連續五筆影像外方位的修正率為證明透過後方交會對相機外方位進行後處理修正可行,且目前測繪車系統存在系統性誤差。

    To evaluate the data displacement problem of the Mobile Mapping Systems’ data in Taiwan, the objective of this research is to develop an effective inspection mechanism to clarify the error source then modify it.
    In this thesis, an image-based matching method is purposed to check the closeness of point clouds and images produced by the mobile mapping system called MDA (Matching points Deviation Average). Furthermore, a method based on space resection and least square adjustment is used to modify EOPs of bad closeness images.
    In this experiment, four kinds of image-based feature matching algorithms are adopted to compare the results, including SIFT, SURF, ORB_BF, and ORB_LSH. Besides, two test datasets in Shalun are used for testing, including 2019 inside test field data and 2020 Shalun outside test field data.
    As the result, the range of MDA values is about 15 to 25 pixels. After setting 20 pixels as the MDA threshold, and it comes up the pass rate average is 35.2% Furthermore, the result indicates that after compensating EOPs, the average MDA improve 58.52% in the outside test field and 11.79% in the inside test field.

    摘要 I 致謝 VII 目錄 VIII 表目錄 X 圖目錄 XI Chapter 1 簡介 1 1.1 動機 1 1.2 目的 6 1.3 文獻回顧 6 1.4 研究流程 8 Chapter 2 研究方法 9 2.1核心概念 9 2.2點雲及影像密合度檢核及修正影像外方位總流程 10 2.3 點雲及影像密合度檢核細部流程 12 2.3.1資料預處理方法 12 2.3.2點雲強度影像產製方法 14 2.3.3原始影像內方位率定方法 18 2.3.4自動化特徵點萃取與匹配方法 19 2.3.5影像匹配點差值計算方法 34 2.4修正影像外方位細部流程 37 2.4.1產生點雲及影像對應點方法 37 2.4.2空間後方交會產生新外方位方法 39 Chapter 3 實驗 42 3.1實驗場域 42 3.2實驗資料 42 3.3實驗結果 44 3.3.1匹配失敗區域分析 44 3.3.2 MDAR比較分析 52 3.3.3自動化比例分析 53 3.3.4外方位修正分析 54 3.4實驗評估 55 Chapter 4 結論與建議 57 參考資料 58

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