[發(fā)明專利]一種城市地區(qū)航空影像角特征匹配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310489252.0
• 申請日: 2013-10-18
• 公開（公告）號: CN103489197A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設計）人: 張永軍;熊小東;秦守鵬;黃旭
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

技術領域

本發(fā)明屬于測繪科學與技術領域，涉及一種城市地區(qū)航空影像角特征匹配方法，主要應用于航空影像自動空中三角測量、高精度DSM自動生產(chǎn)以及真正射影像生產(chǎn)等領域。

背景技術

影像匹配是航空影像空中三角測量的重要步驟，其中主要為同名點特征匹配?，F(xiàn)有的影像點特征匹配如灰度相關系數(shù)匹配、SIFT匹配等算法根據(jù)以特征點為中心一定范圍內(nèi)的全部影像紋理信息建立一定的相似性測度進行同名特征點匹配，對于地形較為連續(xù)區(qū)域的影像匹配具有十分理想的效果。然而，對于大比例尺城市地區(qū)航空影像，由于建筑物的大量存在產(chǎn)生了大量地形不連續(xù)區(qū)域。在建筑物密集處無法獲得足夠的地面匹配點，且在建筑物屋頂處往往由于紋理較為缺乏而很難匹配獲得同名點，從而導致影像匹配點分布不均勻以及同名點數(shù)量不足，不利于后續(xù)航空影像區(qū)域網(wǎng)平差的順利進行?？紤]到建筑物角點為理想的特征點，但是由于建筑物角點位于視差不連續(xù)區(qū)域，左右影像上以同名角點為中心的影像窗口僅在屋頂一側(cè)具有相同的紋理，而在屋頂外側(cè)由于投影差的影像造成紋理不一致，故用傳統(tǒng)的點特征匹配算法無法成功進行角點特征的匹配。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種城市地區(qū)航空影像角特征匹配方法，克服城市地區(qū)航空影像匹配過程中因視差不連續(xù)、屋頂紋理缺乏等導致的同名點匹配困難問題，可以為城市地區(qū)航空影像空三提供穩(wěn)健的同名點信息。

本發(fā)明的技術方案為一種城市地區(qū)航空影像角特征匹配方法，包括以下步驟：

步驟1，輸入左、右兩張航空影像以及兩航空影像的初始內(nèi)外方位元素；

步驟2，分別在左、右兩張航空影像上提取建筑物的角特征，包括先在航空影像上提取直線特征，然后根據(jù)直線特征提取角特征，每個角特征由兩條具有相鄰端點且近似垂直的直線段組成，這兩條直線段的交點為角特征的角點，并按照從起始邊到終止邊沿逆時針的夾角小于180度的原則確定角特征的起始邊和終止邊；

步驟3，對于步驟2在左影像上提取的所有角特征，逐個進行以下匹配操作，直至左影像上的所有角特征匹配完畢，

對于左影像上一個待匹配的角特征，根據(jù)兩航空影像的初始內(nèi)外方位元素計算角點在右影像上對應的核線，將右影像上的核線上下擴展一定范圍構(gòu)成右影像上的搜索區(qū)，對于右影像上所有落入搜索區(qū)內(nèi)的角特征，逐一與左影像上待匹配的角特征進行同名角特征初始匹配，獲得候選同名角特征；

對于左影像上待匹配的角特征和各候選同名角特征，分別結(jié)合角特征所處位置的影像灰度信息進行同名角特征精匹配，得到左影像上待匹配的角特征和各候選同名角特征之間的相關系數(shù)，取相關系數(shù)最大且大于預設相關系數(shù)閾值的角特征對作為最終的同名角特征對。

而且，進行同名角特征初始匹配的實現(xiàn)方式為，對于左影像上待匹配的角特征和右影像上落入搜索區(qū)內(nèi)的一個角特征，以兩個角特征的起始邊或兩個角特征的終止邊為同名邊，分別進行以下操作，

采用旋轉(zhuǎn)、平移及縮放變換模型計算兩個角特征之間的坐標變換參數(shù)，將右影像上的角特征變換至左影像上待匹配的角特征坐標系下，坐標變換后兩角特征的同名邊相互重合，然后計算兩個角特征的端點間距；

當所得兩個端點間距中最小值小于距離閾值時得到一個候選同名角特征。

而且，進行同名角特征精匹配的實現(xiàn)方式為，對于左影像上待匹配的角特征和右影像上的一個候選同名角特征，分別對兩個角特征獲得各自的1/4有效窗口和3/4有效窗口，在兩個角特征的1/4有效窗口之間根據(jù)影像灰度信息進行匹配計算相關系數(shù)C_1/4，在兩個角特征的3/4有效窗口之間根據(jù)影像灰度信息進行匹配計算相關系數(shù)C_3/4，取相關系數(shù)C_1/4和C_3/4中的最大值作為兩個角特征之間的相關系數(shù)。

而且，對某角特征獲得相應1/4有效窗口和3/4有效窗口的實現(xiàn)方式如下，

步驟4.1，以角特征的起始邊為x軸，以角特征的角點為坐標原點O，建立直角坐標系統(tǒng)Oxy，并采用仿射變換模型將角特征的另外一條邊等長糾正到y(tǒng)軸上，計算變換前角特征與新坐標系統(tǒng)Oxy之間的變換參數(shù)；

步驟4.2，以直角坐標系統(tǒng)Oxy的坐標原點O為中心，根據(jù)預設尺寸取影像窗口，直角坐標系統(tǒng)Oxy的x軸和y軸分別與影像窗口的兩條邊平行，按照步驟4.1所得變換參數(shù)依次計算影像窗口中每一像素點經(jīng)過坐標變換后在角特征所在影像上的坐標，根據(jù)該坐標值在該影像上內(nèi)插獲得像素灰度值，得到糾正后的影像窗口；