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基于激光摄影测量的图像三维重建策略尺度精度评估

DOI：10.3390/rs11182093 期刊：Remote Sensing 出版年份：2019 更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要： 水下摄影测量领域的快速发展使科学家能够制作精确的三维（3D）模型，这些模型如今越来越多地用于局部重点区域的呈现与研究。本文针对GPS拒止环境下使用单目相机（常见于深海场景）进行大尺度三维重建与导航融合策略的系统分析缺失问题，以及由此产生的模型误差评估不足展开研究?；谖颐窍惹袄眉す獗瓿叨栽硕指唇峁梗⊿fM）三维模型进行自动尺度估算的工作，本文提出了自动尺度精度框架。通过蒙特卡洛模拟传播图像特征与激光光斑检测的关联不确定性，独立评估每个尺度误差估算的置信水平，并通过分析最终估算行为验证了模拟迭代次数。为便于检测大幅衰减激光束并评估其不确定性，我们开发了自动激光光斑检测方法，其主要创新点在于基于径向递减强度激光光斑的特征形状恢复来估算不确定性。 研究采用2017年SUBSAINTES航次（doi:10.17600/17001000）获取的两种不同勘测场景，分析了增量式/全局SfM与导航数据先验/后验使用四种重建策略组合的效果。结果表明：非连续图像多重重叠的勘测无论采用何种策略（SfM或导航融合）都能获得近乎一致的解；而弱连接顺序采集图像的勘测若优化时不纳入导航数据，则易产生大尺度形变（穹顶效应）。因此复杂勘测模式显著受益于多目标束调整导航融合。最优策略生成的模型误差估算显示：中心区域误差约1%，边缘区域始终低于5%。研究还评估了多勘测数据组合的效果——在多勘测问题优化中引入额外向量成功补偿了基于水下超短基线（USBL）导航数据的偏移变化，从而最小化了矛盾导航先验的影响。结果同时表明：在勘测过程中不同位置和时间点采集大量评估数据至关重要。
作者： Klemen Isteniˇc，Rafael Garcia，Nuno Gracias，Aurélien Arnaubec，Javier Escartín
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

提出并应用一种自动尺度精度评估框架，适用于从光学影像及相关导航数据重建的模型，并评估研究和工业ROV深海调查中常用的各种重建策略。

研究成果

该研究表明，水下三维模型自动尺度精度评估框架具有有效性，强调了导航融合策略在最小化尺度漂移和变形方面的重要性。最优策略生成的模型中心区域误差约为1%，边缘区域误差小于5%。研究指出，在测量过程中于不同位置和时间采集评估数据对确保模型精度具有重要意义。

研究不足

该研究的局限性在于水下图像采集面临的挑战，包括光衰减和散射问题，以及单目相机重建中需要额外信息来消除尺度歧义。模型的准确性取决于输入数据的质量以及图像与导航信息融合所采用的策略。

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