[發明專利]全局與局部融合約束的航空寬基線立體像對線段匹配方法

有效

• 申請號: 202011059002.X
• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112163622B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 姚國標;張力;艾海濱;孟飛;滿孝成
• 申請（專利權）人: 山東建筑大學
• 主分類號: G06V10/74
• 分類號: G06V10/74;G06V10/80;G06V10/44;G06V10/46;G06V10/50;G06V10/42;G06V10/56;G06K9/62;G06T7/11;G06T7/41
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

1.全局與局部融合約束的航空寬基線立體像對線段特征匹配方法，其特征在于，包括步驟：

1)顧及全局與局部的高質量線段特征提取

S1.顧及影像全局的優化提?。?/p>

采用LSD作為線段特征檢測子，并通過左右影像的亮度均值及均方根聯合改正立體像對的亮度畸變，采用圖像分塊策略和雙重閾值控制方法進行自適應線段提??；

S2.顧及局部區域的線段優化：

同樣采用LSD算子作為線段特征檢測子，結合幾何尺度約束、梯度分布檢驗假設，通過牛頓-拉普遜迭代優化方法定位線段，得到待匹配線段特征；

2)顧及全局與局部的互補描述符及匹配測度構建

S3.立體像對幾何對應估計：

融合MSER與HarrisHessian Affine的互補不變特征，并采用顧及匹配點空間分布的RANSAC算法及多層次自適應特征匹配策略，增加40％-60％的特征匹配數量，且消除95％-100％的離群點，通過LSM方法針對大傾角高分辨率立體像對優化同名像點定位精度，針對三維場景復雜的大傾角立體影像，進一步采用核線驅動及自適應匹配傳播策略，把互補匹配點由單平面場景匹配傳播到多平面場景中，在此基礎上，再增加寬基線立體像對精確幾何對應估計，包括：

①采用最小平方中值算法來估計影像全局核線幾何關系矩陣；

②根據搜索待匹配線段鄰域閾值范圍至少三對同名像點來估計線段鄰域局部單應變換矩陣；

S4.綜合描述符提?。?/p>

通過基于立體像對幾何對應估計，對已提取的線段特征建立線段拓撲距離描述符D、線段拓撲方位描述符θ以及線段最優支持域的梯度描述符G，并在進一步融合該三類描述符基礎上，構建顧及影像全局與局部信息的綜合互補描述符f；

3)全局與局部信息融合約束的線段特征多層次迭代匹配

S5.魯棒匹配測度模型構建:

基于綜合互補描述符f，分別計算待匹配線段的距離描述符D₁與候選匹配線段的距離描述符D₁′、待匹配線段的拓撲方位描述符θ₁與候選匹配線段的拓撲方位描述符θ₁′、待匹配線段的最優支持域的梯度描述符G₁與候選匹配線段的最優支持域的梯度描述符G₁′的歐氏距離，對應結果分別記為ε_D、ε_θ和ε_G；在此基礎上，構建一種互補集成的匹配測度評價模型如下式所示：

其中，e為自然底數，匹配測度值ρ∈[0,1]，從公式看出，同名線段的歐氏距離相似度正比于ρ值；

最優支持域的提取方法為：對待匹配線段l兩側給定的鄰域分別進行顏色直方圖統計，并對候選同名線段l′兩側給定的鄰域亦分別進行顏色直方圖統計；然后，對待匹配線段與候選匹配線段對應側的顏色直方圖進行相似度計算，如果兩側的顏色直方圖相似度均較高，則線段兩側區域均取為支持區域，如果相似度均較低，則直接剔除當前的候選匹配，如果兩側的直方圖相似度相差較大，則取相似度較高一側的鄰域作為線段的支持區域；

S6.多約束互補匹配測度的自適應迭代優化匹配：

先在同名像點約束下，基于分水嶺變換的圖像分割把待匹配線段劃分為視差平滑區域的線段特征、視差突變區域的線段特征兩類，第一類線段特征匹配采用的方法為：根據線段鄰域匹配點估計得到全局單應變換模型，并采用全局與局部的多重約束關系縮小匹配線段的搜索空間；視差突變區域的線段特征約束匹配采用方法為：取已知最近匹配點的鄰域幾何變換關系作為線段局部單應，在此引導下進行多重互補約束匹配；

針對不同類型區域的線段合理采用不同的匹配閾值，以識別不同區域的同名線段，判斷同名線段數目是否增加，如果成立，則根據已匹配線段的鄰域類型及拓撲關系對未匹配線段重新進行分類；經過多次循環迭代，直至同名線段數目不再增加，退出此循環；

S7.多約束雙向線段特征拓撲關系匹配及加權擬合定位：

在同名點、同名線鄰域以及核線幾何多重約束下，對待匹配線段中的離散點進行K-d樹加速的拓撲關系雙向搜索匹配，并對匹配結果進行最小二乘高斯加權曲面擬合，以此獲得精確的同名線段。

2.根據權利要求1所述的全局與局部融合約束的航空寬基線立體像對線段特征匹配方法，其特征在于，步驟S5的匹配測度值ρ的閾值ρ_T取值為0.65。

3.根據權利要求1所述的全局與局部融合約束的航空寬基線立體像對線段特征匹配方法，其特征在于，步驟S6所述全局與局部的多重約束關系為核線關系約束或視差置信度。