面向三維重建的無人機影像并行處理技術(shù)

摘要

無人機影像的應(yīng)用越來越廣泛，其中三維重建是其中的一項重要應(yīng)

用。與傳統(tǒng)的三維重建方法不同,無人機影像三維重建涉及到大量的數(shù)

據(jù)和計算量。并行計算技術(shù)可以有效地解決這個問題，提高三維重建的

速度和精度。本文主要介紹了面向三維重建的無人機影像并行處理技術(shù),

包括并行處理的原理、并行計算的方法和模型、并行處理的實現(xiàn)和應(yīng)用

等方面，為后續(xù)的研究和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：無人機影像；三維重建；并行計算；并行處理；并行模型

一、引言

無人機影像技術(shù)已經(jīng)成為遙感、地理信息等領(lǐng)域的重要工具。與傳

統(tǒng)的遙感技術(shù)相比，無人機影像技術(shù)具有高分辨率、高效率、低成本等

優(yōu)勢。無人機影像可以得到大量的三維信息，因此三維重建成為無人機

影像的一個重要應(yīng)用。三維重建可以廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、地圖制作、

農(nóng)業(yè)監(jiān)測、環(huán)境保護、文化遺產(chǎn)保護等領(lǐng)域。

然而，與傳統(tǒng)的三維重建方法不同，無人機影像三維重建涉及到大

量的數(shù)據(jù)和計算量。為了提高三維重建的速度和精度，需要采用并行計

算技術(shù)。并行計算技術(shù)可以將一個大問題劃分為多個小問題，分別進行

計算，然后將結(jié)果合并得到最終結(jié)果。并行計算技術(shù)能夠有效地利用多

個計算資源，使得計算速度大大提高。

本文介紹了面向三維重建的無人機影像并行處理技術(shù)。主要內(nèi)容包

括并行處理的原理、并行計算的方法和模型、并行處理的實現(xiàn)和應(yīng)用等

方面。通過對比實驗驗證，該技術(shù)能夠顯著提高三維重建的速度和精度。

二、相關(guān)技術(shù)介紹

2.1無人機影像

無人機影像是通過無人機進行航拍獲取的圖像數(shù)據(jù)。由于無人機可

以很好地控制飛行高度和拍照角度，因此可以得到高分辨率的影像數(shù)據(jù)。

無人機影像通常包括RGB圖像、多光譜圖像、高光譜圖像等。其中RGB

圖像在三維重建中應(yīng)用最為廣泛。

2.2三維重建

三維重建是從影像或激光雷達數(shù)據(jù)中恢復(fù)出三維模型的過程。三維

重建可以使用多種方法，例如結(jié)構(gòu)光、立體視覺、多視角幾何等。在無

人機影像中，三維重建主要使用多視角幾何方法。這種方法通過對多個

視角影像進行匹配，根據(jù)視差恢復(fù)出三維信息。三維重建通常包括以下

步驟：

1.影像獲取

2.影像預(yù)處理

3.特征提取

4.特征匹配

5.三維重建

6.三維模型優(yōu)化

2.3并行計算技術(shù)

并行計算技術(shù)是一種利用多個計算資源同時處理任務(wù)的技術(shù)。并行

計算將一個大問題分解成若干個小問題，分配到不同的計算資源上進行

計算，然后將結(jié)果合并得到最終結(jié)果。并行計算可以大大提高計算速度，

是高性能計算的重要方法之一。

三、并行處理的原理

在無人機影像三維重建中，數(shù)據(jù)量和計算量非常龐大。為了提高計

算效率，需要采用并行計算技術(shù)。并行處理的原理是將一個大問題劃分

成若干個小問題，然后將這些小問題分配到多個計算資源上同時計算，

最后將結(jié)果合并得到最終結(jié)果。并行計算可以大大提高計算效率。

四、并行計算的方法和模型

4.1并行計算的方法

并行計算的方法主要分為并行計算和并發(fā)計算兩種。

并行計算是指將一個大問題劃分成若干個小問題，并將這些小問題

分配到多個計算資源上同時計算，最后將結(jié)果合并得到最終結(jié)果。并行

計算通常采用MPI(MessagePassingInterface)技術(shù)實現(xiàn)。

并發(fā)計算是指多個任務(wù)可以同時進行，但不一定要將一個大問題劃

分成若干個小問題。并發(fā)計算通常采用OpenMP(OpenMulti-Processing)

技術(shù)實現(xiàn)。

4.2并行計算模型

并行計算模型是指并行計算的一個抽象模型，它描述了并行計算的

流程和資源分配。常用的并行計算模型有：

共享內(nèi)存模型：多個計算任務(wù)共享同一塊內(nèi)存,可以直接進行通信

和數(shù)據(jù)共享。常用的實現(xiàn)方式是OpenMP。

分布式內(nèi)存模型：多個計算彳壬務(wù)分布在不同的計算資源上，每個計

算任務(wù)獨立處理自己的數(shù)據(jù)，需要通過網(wǎng)絡(luò)進行通信和數(shù)據(jù)傳輸。常用

的實現(xiàn)方式是MPIe

并行計算模型的選擇取決于應(yīng)用場景和計算資源的特點。

五、并行處理的實現(xiàn)

5.1并行處理的流程

無人機影像三維重建的并行處理流程如下：

1.影像獲取

2.影像預(yù)處理

3.特征提取

4.特征匹配

5.三維重建

6.三維模型優(yōu)化

其中，影像預(yù)處理、特征提取、特征匹配、三維重建、三維模型優(yōu)

化都可以通過并行計算技術(shù)實現(xiàn)。

5.2并行處理的實現(xiàn)方法

無人機影像三維重建的并行處理可以采用MPI和OpenMP兩種技術(shù)

實現(xiàn)。

MPI技術(shù)可以將不同的數(shù)據(jù)和計算任務(wù)分配到不同的計算資源上進

行計算，然后通過網(wǎng)絡(luò)進行通信和數(shù)據(jù)傳輸。MPI技術(shù)可以有效地利用多

臺計算機的資源，提高計算效率。MPI技術(shù)通常適用于大規(guī)模并行計算，

但需要更多的編程開發(fā)和系統(tǒng)管理。

OpenMP技術(shù)可以將不同的計算任務(wù)分配到同一臺計算機上的不同

CPU或核心上進行計算,由于計算任務(wù)共享同一塊內(nèi)存，因此可以直接

進行通信和數(shù)據(jù)共享。OpenMP技術(shù)通常適用于中小規(guī)模的并行計算，同

時可以減少編程開發(fā)和系統(tǒng)管理的工作量。

六、并行處理的應(yīng)用

無人機影像三維重建的并行處理可以廣泛應(yīng)用于城市規(guī)劃、地圖制

作、農(nóng)業(yè)監(jiān)測、環(huán)境保護、文化遺產(chǎn)保護等領(lǐng)域。通過并行處理技術(shù)，

可以大大提高三維重建的速度和精度，使得無人機影像技術(shù)更加靈活和

局效。

七、實驗驗證

本文設(shè)計了面向三維重建的無人機影像并行處理實驗,使用了MPI

和OpenMP兩種技術(shù)實現(xiàn)并行計算。實驗結(jié)果表明，采用并行處理技術(shù)

可以顯著提高三維重建的速度和精度,并且OpenMP技術(shù)相對于MPI技

術(shù)更加靈活和高效。

八、結(jié)論

本文介紹了面向三維重建的無人機影像并行處理技術(shù)。通過對并行

處理的原理、并行計算的方法和模