[發明專利]物方信息約束的多視影像雙向匹配策略

有效

• 申請號: 201310572332.2
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103604417A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 張卡;盛業華;閭國年;劉學軍
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G01C11/00
• 分類號: G01C11/00;G01C11/04
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 李媛媛

技術領域

本發明屬于攝影測量、計算機視覺和地理信息系統領域，涉及多視影像匹配過程中的搜索范圍確定、匹配傳播與誤匹配結果的消除等方面。

背景技術

影像匹配是眾多基于數字影像進行信息提取工作的關鍵技術，例如，遙感影像變化檢測、多源影像融合、數字攝影測量、飛行器實時導航、導彈精確制導、圖像數據庫檢索、基于影像的三維重建、目標識別與跟蹤，等等，自動、準確的影像匹配是后續信息自動、高效、準確提取的重要前提和保障。影像匹配的目的是在變換空間中尋找一種或多種變換，使來自不同時間、不同傳感器和不同視角下的同一場景的兩幅或多幅影像在空間上進行對準，或者根據一幅影像中已知的模式（點、線、面或模板影像），在另一幅或多幅影像中找到相對應的模式。

隨著傳感器技術的發展，獲取具有大重疊度的序列數字影像變得越來越容易，而且傳統的雙像立體影像匹配方法在影像紋理重疊、遮擋等區域存在匹配可靠度不高的問題。因此，序列影像的多視影像匹配方法的研究得到越來越多的重視。不論是雙像立體影像匹配還是多視影像匹配，其中有兩個基本問題需要解決：一是匹配相似性測度如何計算，另一個是同名點搜索范圍如何確定。匹配測度是判斷兩個像點是否為同名像點的依據，影響著匹配的穩健性和準確率；搜索范圍決定了候選同名像點的數量，影響著匹配的效率和可靠性。只有很好地解決了這兩個問題，才能取得高效、可靠的影像匹配結果。

現有的多視影像匹配方法在搜索候選同名像點時主要采用如下兩種策略：基于物方信息的物方搜索和基于像方信息的像方搜索。物方搜索策略根據地物點的最大和最小高程范圍，以物方高程Z為搜索基準，從最小高程值出發，每次高程增加ΔZ，在物方空間確定待匹配點物方搜索點的物方高程值Z_i=Z_min+i×ΔZ，i=1,2,3,……,n，n為搜索次數，進而確定物方搜索點的三維坐標；然后，將物方搜索點投影到各搜索影像上得到像方的搜索點，進而完成待匹配點和搜索點之間相似度的計算和匹配過程的傳播。但是ΔZ取值的大小很難精確確定，無法保證搜索點一定經過待匹配點對應的地物點；ΔZ取值過大，則會漏掉正確的候選點；ΔZ取值過小，又要花費太多的計算和搜索時間。像方搜索策略則是先根據待匹配點對應物方搜索點的最大和最小高程值，分別在各搜索影像上確定像方的搜索范圍；然后以像方的搜索范圍為基礎，各搜索影像與基準影像分別完成雙像的立體匹配。該策略在各搜索影像上獲得的搜索范圍并不相同，無法同時利用多幅影像的信息來計算匹配測度，且本質上仍是多次的立體影像匹配。

因此，目前的多視影像匹配策略中，物方搜索和像方搜索都是單獨使用，二者缺乏有效地融合；另外，這些匹配策略中也還缺少匹配結果的準確性驗證過程，誤匹配點無法得到識別與消除。

發明內容

本發明的目的在于針對現有多視影像匹配策略中物方像方信息獨立使用、匹配結果缺乏有效性驗證的不足，提出一種物方信息約束的多視影像雙向匹配策略。

物方信息約束的多視影像雙向匹配策略包括如下步驟：

步驟一，根據多視影像對應的外方位元素，以及輸入的待匹配區域的最大、最小地面高程，確定基準影像上待匹配點對應地物點在物方攝影光線上搜索區間的兩個端點的物方三維坐標；

步驟二，將待匹配點在物方的兩個搜索端點往各幅搜索影像上投影，得到各搜索影像上同名像點所在搜索核線的兩個端點的像方二維坐標，基于此進行物方信息約束的多視影像正向匹配，從而確定待匹配點在各搜索影像上的同名像點；

步驟三，將各搜索影像和基準影像組成多個立體像對，以各搜索影像上的同名像點為待匹配點，進行物方信息約束的反向立體影像匹配，再根據多個立體像對的反向匹配結果，對多視影像正向匹配結果進行一致性驗證，從而得到最終的同名像點集合。

所述步驟一具體包括：

（1）輸入具有重疊度的n幅序列航空、航天或近景攝影影像，其對應的外方位元素，及待匹配區域的最大地面高程Z_max和最小地面高程Z_min；

（2）根據影像的成像模型，利用基準影像上待匹配點p的像平面坐標、輸入的最大和最小地面高程，計算待匹配點對應地物點在物方攝影光線上搜索區間的最高點和最低點的物方三維坐標。

所述步驟二具體包括：