[發(fā)明專利]一種基于點(diǎn)特征和輪廓特征融合的圖像匹配定位方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910820291.1
• 申請(qǐng)日: 2019-09-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110569861B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王健;魏紅波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第二十研究所
• 主分類號(hào): G06V10/44
• 分類號(hào): G06V10/44;G06V10/46;G06V10/75
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發(fā)明提供了一種基于點(diǎn)特征和輪廓特征融合的圖像匹配定位方法，點(diǎn)特征檢測(cè)之后，計(jì)算分割閾值，將圖像二值化，通過(guò)輪廓邊緣點(diǎn)查找后，輪廓近似擬合，使得點(diǎn)特征和輪廓特征融合，進(jìn)行特征描述和特征匹配，通過(guò)映射矩陣點(diǎn)篩選，計(jì)算映射矩陣和匹配位置，將實(shí)時(shí)圖中心坐標(biāo)映射到基準(zhǔn)圖上，并根據(jù)飛行平臺(tái)姿態(tài)信息補(bǔ)償?shù)玫斤w行平臺(tái)當(dāng)前地理位置信息。本發(fā)明點(diǎn)特征具有內(nèi)在輪廓約束，通過(guò)輪廓特征能夠快速有效的剔除誤匹配點(diǎn)，避免了單一用點(diǎn)特征匹配帶來(lái)的誤匹配問(wèn)題，提高了匹配正確性，通過(guò)點(diǎn)特征和輪廓特征融合實(shí)現(xiàn)了飛行平臺(tái)拍攝實(shí)時(shí)圖和衛(wèi)星遙感圖像基準(zhǔn)圖的異源圖像匹配定位，相對(duì)于目前的匹配算法具有較高的正確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視覺(jué)導(dǎo)航領(lǐng)域，提出了一種圖像匹配定位方法，可用于飛行平臺(tái)視覺(jué)導(dǎo)航定位，還可以用于各類飛行平臺(tái)在航路飛行上的目標(biāo)跟蹤等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

圖像匹配是指對(duì)不同拍攝環(huán)境或拍攝設(shè)備下獲取的兩幅或多幅景象，建立圖像間部分或者全部信息的映射關(guān)系。圖像匹配技術(shù)在許多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用，包括導(dǎo)彈的地形和地圖匹配定位、視覺(jué)導(dǎo)航等。

在視覺(jué)導(dǎo)航領(lǐng)域，通過(guò)飛行平臺(tái)的光電設(shè)備獲取當(dāng)前實(shí)時(shí)位置實(shí)時(shí)圖，將實(shí)時(shí)圖和帶有地理信息的基準(zhǔn)圖比較匹配，如果完成實(shí)時(shí)圖和基準(zhǔn)圖匹配，那么就能知道飛行平臺(tái)當(dāng)前地理位置，完成導(dǎo)航定位。

基準(zhǔn)圖為星載相機(jī)拍攝的高分辨率光學(xué)遙感圖像，實(shí)時(shí)圖為飛行平臺(tái)的光電設(shè)備獲取的光學(xué)圖像，由于不同傳感器的成像特性存在差別，成像機(jī)理差別較大，同一場(chǎng)景在兩幅圖像上可能呈現(xiàn)完全不同的表現(xiàn)，為了能夠利用圖像匹配進(jìn)行視覺(jué)導(dǎo)航，需要一種可靠的異源圖像匹配方法。

圖像匹配主要有兩類方法：基于灰度區(qū)域的方法和基于特征的方法。

基于灰度區(qū)域的方法通常直接利用整幅圖像的灰度像素或梯度信息進(jìn)行匹配，常用的方法有灰度相關(guān)方法、梯度相關(guān)方法等，這類方法主要缺點(diǎn)是對(duì)圖像變形適應(yīng)性較差，計(jì)算量大，對(duì)于成像差異較大的圖像一般很難得到理想的結(jié)果。

基于特征的方法首先提取圖像中一些顯著性結(jié)構(gòu)，即點(diǎn)、直線、曲線或曲面等，然后對(duì)這些特征進(jìn)行匹配。由于特征是圖像中像素一部分，比像素點(diǎn)要少，減少了匹配過(guò)程中計(jì)算量。常用的方法有Harris、SIFT(Scale Invariant Feature Transform)算法、SURF(Speed Up Robust Feature)、ORB(Oriented Brief)算法等。這些算法對(duì)于不同的異源圖像匹配，匹配錯(cuò)誤較多。

基于SURF的兩幅異源圖像匹配結(jié)果如圖1所示，左圖是無(wú)人機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)圖，右圖是衛(wèi)星遙感基準(zhǔn)圖像，通過(guò)匹配結(jié)果可以看出實(shí)時(shí)圖的A區(qū)域錯(cuò)誤的和基準(zhǔn)圖的A’、B’區(qū)域匹配，把不相關(guān)的區(qū)域建立匹配關(guān)系，如果根據(jù)錯(cuò)誤的匹配結(jié)果進(jìn)行定位就會(huì)得出錯(cuò)誤結(jié)論，其它算法(如ORB、SIFT等)都存在類似問(wèn)題。如何提升飛行平臺(tái)拍攝的實(shí)時(shí)圖和衛(wèi)星遙感圖像匹配正確性是視覺(jué)匹配導(dǎo)航定位的重要研究?jī)?nèi)容之一。

匹配錯(cuò)誤較多的一個(gè)原因是缺少有效的誤匹配點(diǎn)剔除方法，專利“石悅,付琨,孫顯,等.一種多源傳感器的遙感圖像配準(zhǔn)方法[P].中國(guó)：CN103020945B,2016”介紹了一種多源遙感圖像配準(zhǔn)方法，通過(guò)隨機(jī)一致性抽樣算法剔除誤匹配點(diǎn)，專利“單小軍,唐娉,鄭柯,等.一種用于包含復(fù)雜地形遙感圖像的誤匹配點(diǎn)剔除方法[P].中國(guó)：CN10254265B,2014”介紹了一種有效剔除匹配過(guò)程中誤匹配點(diǎn)方法，對(duì)飛行平臺(tái)拍攝的實(shí)時(shí)圖和衛(wèi)星遙感圖像匹配時(shí)，利用這些方法剔除誤匹配點(diǎn)不能取得滿意效果。