Εξαγωνή πινάκων ανοιμοιότητων βάθους από εναέριες εικόνες μέσω πυκνής συνταύτισης σημείων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται αρχικά στη μελέτη και διερεύνηση των μεθοδολογιών που έχουν επικρατήσει να εφαρμόζονται τα τελευταία χρόνια σε περιπτώσεις εναέριων εικόνων και αφορούν την πυκνή συνταύτιση σημείων. Στη συνέχεια, μετά από μια θεωρητική ανάλυση της διαδικασίας της πυκνής συνταύτισης σημείων γίνεται εφαρμογή της στις περιοχές της Αργιθέας και της Σαντορίνης και εξάγονται οι πίνακες ανομοιοτήτων βάθους των ευρύτερων περιοχών. Πιο αναλυτικά, η εργασία διαρθρώνεται ως εξής: Στο πρώτο κεφάλαιο, γίνεται μία εισαγωγή της έννοιας της ψηφιακής συνταύτισης εικόνων ενώ στη συνέχεια παρατίθενται τα τυπικά προβλήματα που αντιμετωπίζονται κατά την εφαρμογή της. Επίσης, περιγράφεται η γεωμετρία του εκάστοτε ζεύγους εναέριων εικόνων και η έννοια της ανομοιότητας βάθους. Στο δεύτερο κεφάλαιο περιγράφεται η διαδικασία και τα στάδια εκτέλεσης της πυκνής συνταύτισης σημείων καθώς επίσης και οι δεσμεύσεις που επιβάλλονται κατά την εφαρμογή της. Επιπλέον, αναφέρονται οι διαδικασίες που εκτελούνται στο στάδιο της προ-επεξεργασίας των εικόνων αλλά και αυτές μετά την εξαγωγή του πίνακα ανομοιοτήτων βάθους κατά την τελική του επεξεργασία. Τέλος, περιγράφονται οι μεθοδολογίες με τις οποίες γίνεται η αξιολόγηση των πινάκων ανομοιοτήτων βάθους. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται οι συνήθεις μέθοδοι με τις οποίες υπολογίζεται ο βαθμός ομοιότητας (κόστος συσχέτισης) μεταξύ των εικονοψηφίδων της εικόνας αναφοράς και της εικόνας αναζήτησης. Στη συνέχεια γίνεται σύγκριση αυτών των μεθόδων και απαριθμούνται τα ισχυρά και αδύνατα σημεία τους κατά την πυκνή συνταύτιση σημείων. Το τέταρτο κεφάλαιο αφορά σε κάποιους από τους επικρατέστερους αλγόριθμους συσχέτισης που εκτελούνται, ώστε να παραχθεί ένας πίνακας ανομοιοτήτων βάθους. Στο πέμπτο κεφάλαιο αναφέρονται διάφορες εφαρμογές στις οποίες εξάγονται πίνακες ανομοιότητες βάθους μέσω του τοπικού και ημι-καθολικού αλγορίθμου από εναέριες εικόνες που έχουν αποκτηθεί από διαφορετικά συστήματα λήψης εικόνων. Στο έκτο κεφάλαιο γίνεται αναλυτική περιγραφή όλων των σταδίων που ακολουθούνται με σκοπό την εξαγωγή πινάκων ανομοιοτήτων βάθους για τις περιοχές της Αργιθέας και της Σαντορίνης μέσω της πυκνής συνταύτισης σημείων. Στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται σύνοψη των συμπερασμάτων που έχουν εξαχθεί στα προηγούμενα κεφάλαια και παράλληλα παρουσιάζονται προτάσεις και προοπτικές για περαιτέρω έρευνα. Τέλος, οι επιστημονικές εργασίες στις οποίες παραπέμπει το κείμενο αναφέρονται στη βιβλιογραφία.

The present Diploma Thesis, initially, is concentrated to the study and investigation of the methodology which commonly is applied in the cases of aerial images concerning the dense image matching. Afterwards, a theoretical review and, as well as, an application of the dense image matching to the regions of Argithea and Santorini is performed while the disparity maps are extracted. In the first chapter, an introduction to the notion of the image matching is given and furthermore, the various problems occurring during its application are also mentioned. Additionally, the geometry of the aerial image pairs and the notion of the disparity are described. In the second chapter, the procedure and the particular stages for performing the dense image matching, and as well as, the imposed constraints during its application are described. In the third chapter, the conventional methods for calculating the similarity degree (cost) among the pixels of the reference and the match image. In addition, they are compared, while their strong and weak points during the dense image matching procedure are presented. The fourth chapter is concerned to some popular stereo algorithms which have to be executed in order to extract a disparity map. In the fifth chapter, some applications in which the disparity maps are extracted by the local and semi-global algorithm originated from aerial images captured by different image receiving systems. In the sixth chapter, an analytical description of all the total number of stages we followed for deducing the disparity map of the regions of Argithea and Santorini via the dense image matching method. In the seventh chapter, a summary of the conclusions pointed out by the previous chapters, and as well as, some proposals and prospects for further investigation are presented. Finally, the scientific articles cited in the text are quoted in the bibliography.