遥感数字影像处理在三维地形地貌可视化中的研究与应用

论文摘要

随着遥感数据的空间、光谱、时间和辐射分辨率的不断提高,遥感科学的迅猛发展,以及遥感信息提取数字影像处理算法的不断改进,我们从遥感数据中提取定量信息的能力大大提高,这些信息逐渐成为我们用于理解自然和人文生态系统的空间分布模型的重要参数。三维真实感地形图能够逼真地反映外部真实世界,在地理信息系统、数字城市、军事领域具有广泛的应用价值。而三维真实感地形的建立,就需要大量真实遥感数据的支持,两者的有机结合,能够产生高真实感的三维地形地貌。本文以教育部春晖计划——“基于网格的喀斯特地区数字博物馆的基础研究”为背景,结合遥感数字影像处理,研究三维真实感地形的建模和可视化方法。研究了多比例尺综合和多细节层次(Levels Of Detail,LOD)地形绘制算法及行列均匀地形绘制算法,提出了基于三角平面对象的行列均匀地形绘制算法。结合OpenGL索引顶点、显示列表、视觉裁减等技术,提高地形绘制算法的执行效率。利用中巴卫星提供的遥感影像获得梵净山地区的高度图,初步完成梵净山地区的地形绘制。在多波段遥感数据融合的过程中,研究了加权平均融合法、金字塔融合法、HIS变换融合。并提出了,基于最佳指数因子的交互式权值图像融合算法。通过计算最佳指数因子,确定融合的三个最佳波段,交互式的指定权值,加权融合到RGB三个通道。实现了真彩图,空间域及频率域图像处理,如图像增强、滤波等。在海量地形绘制方面,提出基于多任务的分块等分辨率地形实时绘制算法,使用多线程实现不同分块的并行绘制。由于分块间的分辨率相同,不存在裙边裂缝问题,独立绘制的分块在绘制后拼合与海量同时绘制效果相同,解决了模型转换时的图像跳跃缺陷。实验显示本算法执行效率快,地形绘制效果良好。基于RGB位平面,研究了大幅纹理图的映射技术,采用了基于颜色材质的块匹配方法。初步完成了梵净山地区的高真实感地形绘制。最后,使用Visual Studio.Net 2005开发了遥感影像处理软件:RmtSenImageProc。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 三维地形绘制研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 地形可视化概念
• 1.3.1 三维地形建模概述
• 1.3.2 地形三维可视化概述
• 1.3.3 虚拟现实开发工具
• 1.4 基于OPENGL的虚拟场景开发架构
• 1.4.1 OpenGL的工作方式
• 1.4.2 OpenGL渲染流水线
• 1.4.3 视点交互技术
• 1.5 本论文的主要工作及文章组织结构
• 第二章 地形3D可视化及其实现技术
• 2.1 3D模型的可视化
• 2.1.1 3D可视化的一般过程
• 2.1.2 OpenGL三维场景的设置
• 2.2 3D真实感地形绘制技术
• 2.2.1 3D真实感地形可视化的一般过程
• 2.2.2 基于真实数据的地形绘制技术
• 2.2.3 使用多波段遥感影像的贴图
• 2.4 地形简化技术
• 2.4.1 多尺度LOD（LevelsOfDetail）场景模型
• 2.4.2 常用的模型简化算法
• 第三章 基于遥感影像的真实感小规模地形实时绘制
• 3.1 地形实时绘制算法研究
• 3.1.1 基于四叉树的连续LOD算法介绍
• 3.1.2 行列均匀双循环算法的介绍
• 3.1.3 基于三角平面对象的行列均匀地形绘制算法
• 3.1.4 基于遥感影像的真实感地形绘制步骤
• 3.2 梵净山周边的地形绘制
• 3.2.1 梵净山地区的遥感影像图
• 3.2.2 梵净山初步高度图的获取
• 3.2.3 多波段遥感图像合成
• 3.2.4 梵净山地形绘制的效果
• 3.3 实验结论
• 第四章 基于最佳指数因子的交互式权值图像融合算法
• 4.1 遥感影像处理的一般方法
• 4.1.1 RGB色彩坐标系统
• 4.1.2 三通道8bitRGB位平面
• 4.2 影像融合的一般步骤及常用方法
• 4.2.1 加权平均融合法
• 4.2.2 金字塔融合法
• 4.2.3 HSI变换融合
• 4.3 基于最佳指数因子的交互式加权图像融合
• 4.3.1 最佳指数因子
• 4.3.2 交互式加权融合
• 4.3.3 图像融合实验结果及分析
• 第五章 等分辨率海量地形绘制地形实时绘制研究
• 5.1 基于多任务的分块等分辨率地形实时绘制算法
• 5.1.1 多线程并发任务
• 5.1.2 海量数据的任意尺寸地形的分块
• 5.1.3 实现等分辨率多分块的联合绘制
• 5.1.4 多任务等分块分辨率绘制试验数据
• 5.2 场景漫游的加速技术
• 5.2.1 与视点相关的裁剪算法
• 5.2.2 不可见地形小块的剔除
• 5.3 三维网格与遥感图的匹配
• 5.3.1 大幅遥感影像的分析和获取
• 5.3.2 基于颜色材质的遥感影像映射技术
• 5.3.3 多波段大幅遥感影像的分块及管理
• 5.4 贵州梵净山地区大规模地形绘制
• 5.5 本章小结
• 第六章 遥感影像处理软件RMTSENIMAGEPROC
• 6.1 软件中使用的关键技术
• 6.1.1 Visual Studio.Net 2005简介
• 6.1.2 OpenGL简介
• 6.2 RMTSENIMAGEPROC软件的主要功能
• 6.2.1 图像浏览功能
• 6.2.2 灰度图图像处理功能
• 6.2.3 真彩图图像处理功能
• 6.2.4 三维场景漫游功能
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文的主要工作
• 7.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 图版