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系統識別號 U0026-2308201403404400
論文名稱(中文) 歷史GIS資料處理-結合SIFT與最小二乘法於歷史航照影像自動對位
論文名稱(英文) Historical GIS Data Processing - Automatic Historical Aerial Image Registration using SIFT and Least-Squares
校院名稱 成功大學
系所名稱(中) 測量及空間資訊學系
系所名稱(英) Department of Geomatics
學年度 102
學期 2
出版年 103
研究生(中文) 饒芳如
研究生(英文) Fang-Ju Jao
學號 P66014125
學位類別 碩士
語文別 中文
論文頁數 72頁
口試委員 口試委員-曾義星
口試委員-趙鍵哲
口試委員-韓仁毓
指導教授-朱宏杰
中文關鍵字 尺度不變特徵轉換影像匹配  最小二乘平差  仿射轉換  歷史航照影像對位 
英文關鍵字 historical aerial image registration  SIFT  Affine Transformation  least-squares 
學科別分類
中文摘要 對於空間資訊而言,資料除了包含空間位置資訊外,亦含有「時間」的屬性,透過空間與時間的結合,讓單一時刻的空間資料轉變具時序變化的時空資料,而地理資訊系統(GIS)被視為管理、展現與分析的強大工具,歷史GIS利用大量歷史空間資料探討過去的空間樣貌,歷史航照影像亦是重要的歷史GIS資料,但由於多數歷史航照影像通常缺乏相機資訊無法進行影像對位,導致無法整合於GIS中供給後續研究使用。而以往研究文獻為解決歷史影像匹配及接對位之問題,皆需透過較耗費人力與時間的方式進行手動影像拼接。有鑑於尺度不變特徵轉換演算法所提取的特徵點具有抗影像尺寸、角度及亮度改變之特性,亦可得到大量匹配點,故本研究欲利用尺度不變特徵轉換(Scale-Invariant Feature Transform, SIFT)作為影像特徵點提取並進行自動化影像匹配方法,並對所有匹配點進行多重共軛點位偵測,再透過最小二乘整體平差解算仿射轉換(Affine Transformation)之六參數來完成影像對位,最後於各張影像經對位完成後進行影像鑲嵌。結果發現對於歷史航照影像匹配及對位上分別有:1.有無整體平差之解算、2.控制點分布、3.連結點數量與分布及4.影像匹配順序,此四項因子影響了最終影像對位精度結果。綜合本研究所得之結果皆可將影像自動化的匹配及對位至TWD97二度分帶座標上,由整體平差解算獲得影像對位的內部精度,利用獨立檢核點評估外部精度,在精度上表現出影像對位經最小二乘整體平差之計算結果較未經整體平差修正約45公尺,且又經均勻分布於所有影像之控制點約制,其偏差可再修正約60公尺,最後精度為17公尺。且透過不同影像順序:U型及S型進行匹配後得到的連結點數量與分布位置不同亦會影響後續整體平差之對位精度。
英文摘要 Aerial photogrammetry technological development aims to acquire ground measurements rapidly and accurately. Most historical aerial images are difficult to assemble into an image because the pose information of historical images is usually lost. Manual image stitching is essential to solve this problem, but this task is time consuming. Scale invariant feature transform (SIFT) algorithm is widely used to perform feature extraction.
This study employed the SIFT algorithm to automate image matching and then used least-squares adjustment to calculate the six parameters of each image on the basis of affine transformation. Through a further study, image exterior parameters were automatically obtained and transformed from the image coordinate system to the ground coordinate system for image registration. We obtained the transformation parameters of each image and the interior accuracy through least-squares adjustment. We then evaluated the external accuracy on the basis of check points. This study successfully used SIFT image matching and least squares for the registration of historical aerial images.
論文目次 摘要..............................................I
SUMMARY..........................................II
致謝..............................................V
目錄..............................................VI
表目錄.............................................IX
圖目錄.............................................XI
第一章 緒論.......................................1
1-1 研究動機及目的...................................1
1-2 研究材料及研究範圍介紹.............................3
1-2-1 研究材料......................................3
1-2-2 研究範圍......................................4
1-3 研究架構........................................5
第二章 文獻回顧....................................6
2-1 歷史地理資訊系統..................................6
2-2 航空影像之應用....................................8
2-3 歷史影像匹配及對位方法.............................11
第三章 研究方法....................................15
3-1 研究流程........................................15
3-1-1 影像連續匹配及對位..............................15
3-1-2 影像整體平差對位................................16
3-2 尺度不變特徵轉換影像匹配............................19
3-2-1 尺度空間極值偵測................................20
3-2-2 特徵點定位.....................................22
3-2-3 特徵點方向性計算................................23
3-2-4 特徵點描述.....................................24
3-2-5 RANSAC除錯....................................25
3-3 最小二乘平差求解仿射轉換之參數.......................27
3-4 影像隨機匹配與整體平差對位..........................29
第四章 研究結果.....................................32
4-1 案例介紹.........................................32
4-2 各案例精度分析....................................36
4-2-1 案例一:影像連續匹配及對位之結果....................36
4-2-2 案例二:U型順序匹配之三重點與單張影像控制點整體平差結果 39
4-2-3 案例三:U型順序匹配之三重點與控制點均勻分布整體平差結果 42
4-2-4 案例四:S型順序匹配之三重點與控制點均勻分布整體平差結果 45
4-2-5 案例五:S型順序匹配之四重點與控制點均勻分布整體平差結果 48
4-2-6 案例六:隨機順序匹配之三重點與控制點均勻分布整體平差結果 51
4-3 影像連續匹配及對位與影像整體平差對位之比較..............54
4-4 三重點與四重點之比較................................57
4-4-1 內部精度........................................57
4-4-2 外部精度........................................58
4-5 U型匹配順序與S型匹配順序之比較........................59
4-5-1 影像匹配........................................59
4-5-2 內部精度........................................59
4-5-3 外部精度........................................60
4-6 匹配點數多寡之影響..................................62
第五章 結論與建議.....................................63
5-1 結論..............................................63
5-2 建議..............................................65
參考文獻...............................................67
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