[發明專利]基于多特征多約束的多視影像密集匹配融合方法及系統

有效

• 申請號: 201510513876.0
• 申請日: 2015-08-20
• 公開（公告）號: CN105205808B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 張永軍;黃旭;張彥峰
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T7/30
• 分類號: G06T7/30;G06T5/50
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)42222
• 代理人: 嚴彥,薛玲

技術領域

本發明涉及多視影像密集匹配技術領域，尤其是涉及一種基于多特征多約束的多視影像密集匹配融合方法及系統。

背景技術

21世紀是一個信息化的時代，信息化和數字化對社會發展產生了深遠的影響。在全世界正從數字地球向智慧地球發展的過程中，我國也在推動“數字中國”、“智慧城市”等的快速發展，在為政府部門、企事業單位和社會公眾等提供公共管理、突發事件應急、科學決策等服務方面具有重要意義。影像密集匹配技術是主流的地物目標三維信息獲取手段之一，將相機搭載于衛星、飛機、無人機、移動車輛等不同高度的遙感平臺，通過同名光線對對相交的原理，快速獲取目標的三維測繪信息，在城市三維建模、三維變化檢測、DEM/DSM和真正射影像制作等領域有著非常廣泛的應用前景。

密集匹配一直是攝影測量和計算機視覺領域經久不衰的研究熱點。目前，已經出現了眾多商業化的密集匹配軟件，如Inpho、Intergraph、UltraMap、SimActive、Visual SFM、smart3D、Agisoft Photoscan、PhotoModeler、StreetFactory、Autodesk 123D等，能夠實現衛星、航空、低空無人機、車載等多種情況下的立體影像三維重建。但是，這些商業軟件仍然存在問題：匹配的點云不夠密集(不是逐像素匹配)、三維模型表達不夠精細、紋理貧乏或重復紋理區域誤匹配現象嚴重、線狀地物(如建筑物)邊緣“毛刺”現象嚴重、特征描述過于單一(只描述點特征)等，無法完全滿足高精度三維重建、地理國情監測、智慧城市等應用的需求。可以預見，未來的密集匹配技術將向準實時、精確、穩健、密集、多特征等方向發展，以滿足現代社會發展的迫切需求。

發明內容

本發明主要是解決傳統密集匹配技術生成點云不夠密集、紋理貧乏以及紋理重復區域誤匹配現象嚴重、線狀地物邊緣“毛刺”現象嚴重等問題；提供了一種基于多特征多約束的多視影像密集匹配與點云融合優化技術，能夠自動選擇最優的匹配模型，在密集匹配過程中充分利用多視約束條件，獲取全局意義下的最優融合結果，并聯合面特征和線特征對點云進行優化，從而得到更為精確可靠的密集匹配產品。

本發明技術方案提供一種基于多特征多約束的多視影像密集匹配融合方法，包括以下步驟：

步驟1，根據多重約束，為每一張基準影像分別選擇若干張待匹配影像，得到待匹配影像集合，基準影像和相應匹配影像集合構成一個匹配模型；所述多重約束，包括基線約束、像平面法向量約束、特征匹配約束和交會角約束；

步驟2，對各個匹配模型，利用多視約束條件，進行半全局密集匹配，直接生成單個匹配模型的密集匹配結果，得到相應高程圖，實現方式如下，

1)預測高程范圍，包括根據特征匹配產生的物方點的高程，預測基準影像所覆蓋測區的地表起伏，找到最大高程Z_max和最小高程Z_min；

2)計算高程方向的步距，包括從基準影像的攝影中心出發，經過像主點，引出一條射線。射線與最大高程面和最小高程面，分別有兩個交點M、M'，在步驟1所得待匹配影像集合中，選擇一張與基準影像距離最遠的一張待匹配影像I'，將交點M、M'投影到影像I'上，分別得到對應的像點m、m'，將最大最小高程差與投影點連線長度之間的比值，作為高程步距；

3)構造代價矩陣，包括以基準影像的像平面作為水平面，根據1)所得高程范圍，根據2|)所得高程步距在高程方向劃分間隔，建立一個三維網格矩陣，作為代價矩陣；所述代價矩陣中，每一個網格代表某像素在對應高程Z_i下的匹配代價；

4)在代價矩陣中，以互信息作為匹配代價，實現方式如下，