视差松弛传播约束的倾斜影像特征匹配方法
发布时间：2022-01-08 14:33
航空倾斜影像已成为大规模城市三维重建的主要数据源,然而由于倾斜影像存在较大的俯仰、横滚角,影像之间差异较大,其自动特征匹配仍存在明显的可靠性问题,交互式转刺同名点仍必不可少。已有交互式同名点方法通常仅依赖于核几何信息,其约束相对较弱,半自动匹配成功率较低。提出一种顾及视差松弛传播约束的倾斜影像核几何特征匹配方法,基于视差连续性假设,通过已知同名点拟合一张可近似表达物方视差信息的薄板样条函数,并结合核线信息,确定合适的搜索区域。对搜索区域按距离可靠性排序,根据几何顺序进行模板匹配,直至相关系数满足阈值。经试验证明,本文方法较传统核几何特征匹配方法,其匹配速度、可靠性均有显著提升,为倾斜影像后续应用提供保障。
【文章来源】：地理信息世界. 2018,25(05)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
算法流程图Fig.1Flowchartofthealgorithm
S′与P′1和P′2平面的垂直距离均为焦距f。ab和cd为倾斜像片对上的同名核线，a′b′和c′d′是其在P′1和P′2上的投影。假设m为P1任意一点，m′是m在P′1上的投影点。倾斜像片P1上的像平面坐标系为e-xy，根据式（1），m在像平面坐标系的坐标(x，y)。以摄影基线和左主核面为基准建立像空间辅助坐标系，其中S为原点，摄影基线B为X轴，Z轴在左主核面内并垂直于X轴，Y轴垂直于左主核面(与独立像对相对定向的数学模型相同)。由m和m′的关系，则m′在此像空间辅助坐标系中的坐标矢量可表示为：图2核线投影Fig.2Epipolarprojection式中，k为比例因子，R为旋转矩阵。在理想影像对P′1和P′2上设置相应的像平面坐标系u-v和u′-v′（u，u′的方向为摄影基线B在P′1和P′2上的投影方向，v，v′在u，u′的垂直方向上）。由式（2）可得左倾斜像片上的像平面坐标系与左理想影像上的像平面坐标系之间的变换关系（为共线方程）:坐标，得到左核线影像上任意一点在其倾斜像片中对应的在扫描坐标系中的像素坐标，这样就建立了左片核线影像上的任意像素点与其在原始倾斜像片上对应像素点的坐标变换关系，生成左核线影像[10]。右像片对的变换过程也是一样的。根据以上公式获得倾斜影像同名像点像素坐标在理想核线影像上的像平面坐标(u，v)，(u′，v′)，利用式（1）把像平面坐标转换成扫描坐标 (iι，jι)，(ir，jr)。根据理想核线影像同名像点的上下视差q(q=jι-jr)理论值为0的性质，剔除上下视差q误差高于±n的同名点对。同名像点左右视差为同名点对沿核线方向上的距离，即d=iι-ir。然后与左理想核线影像同名点坐标组成三维坐标(iι，jι，d)，从而获
44地理信息世界GEOMATICSWORLD第25卷理论研究式中，z为（x，y）处的视差值；a1、a2、a3和wi为方程系数；为修正值；s为当前像点与其余像点的距离；n为像点总数。将曲面方程用矩阵的形式表达如下：由（7）（8）（9）得由式（8）即可求得方程系数，式中，w和a为待求向量，形式如下：K为n×n矩阵，每个元素由下式计算：其余矩阵和向量如下：解算过程如下：先根据每个像点的影像坐标计算矩阵K，再组成矩阵P和向量z，最后通过矩阵求逆和相关运算求得薄板样条拟合曲面方程的系数，即薄板样条拟合曲面方程的表达式。由薄板样条曲面方程的特点可知，像点数越多，求解的系数拟合效果越好；也可从矩阵K知，像点数越多，矩阵的阶数越高，矩阵的运算量就越大，以后需要求解一个巨大的线性方程组。所以像点数需要试验的拟合效果和效率来确定。1.3基于视差松弛传播约束和核线几何约束的搜索区确定方法1.3.1视差松弛传播约束视差松弛传播约束区域以待匹配点在右倾斜影像对应的粗匹配点为中心，故需要先计算此粗匹配点。在左倾斜影像获得待匹配点像素坐标(cι，rι)，根据1.1 倾斜影像和理想核线影像坐标之间的坐标转换方法获得该点在理想核线影像平面坐标(u，v)和扫描坐标(iι，jι)。由扫描坐标(iι，jι)代入1.2求得的薄板样条拟合曲面方程表达式解算视差值d，利用视差值的定义，得到待匹配点在右理想核线影像上同名像点的扫描坐标：横坐标ir=iι-d，且横坐标ir=iι，即 (ir，jr)。已知右理想核线影像上同名像点的扫描坐标为(ir，jr)，根据1.1倾斜影像和理想核线影像坐标之间的坐标转换方法计算待匹配点在右倾斜影像粗匹配像素坐标(cr，rr)。图3～图5中黑色像素为待匹配点在右倾斜影像粗匹配坐标(cr，rr)。依据同名像点视差的
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄板样条函数支持下的等深线追踪算法研究[J]. 倪晓东,邹德华,邓德标. 测绘通报. 2016(01)
[2]多视匹配MVLL算法及其在ADS40线阵影像中的运用[J]. 纪松,范大昭,张永生,杨靖宇. 武汉大学学报(信息科学版). 2009(01)
[3]一种基于极线约束的最小二乘匹配方法研究[J]. 李春燕,董明利,祝连庆,吕乃光. 工具技术. 2008(12)
[4]基于外极线约束的快速精确立体匹配算法[J]. 韩伟,郑江滨,李秀秀. 计算机工程与应用. 2008(01)
[5]用于ADS40传感器的多视觉立体匹配算法模型[J]. 张永生,范大昭,纪松. 测绘科学技术学报. 2007(02)
[6]基于自适应三角形约束的可靠影像匹配方法[J]. 朱庆,吴波,赵杰. 计算机学报. 2005(10)
[7]基于数字纠正的核线影像生成方法[J]. 李华光,陈鹰. 山东建筑工程学院学报. 2004(04)
博士论文
[1]多视匹配策略与优化方法研究[D]. 纪松.解放军信息工程大学 2012
本文编号：3576728
【文章来源】：地理信息世界. 2018,25(05)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
算法流程图Fig.1Flowchartofthealgorithm
S′与P′1和P′2平面的垂直距离均为焦距f。ab和cd为倾斜像片对上的同名核线，a′b′和c′d′是其在P′1和P′2上的投影。假设m为P1任意一点，m′是m在P′1上的投影点。倾斜像片P1上的像平面坐标系为e-xy，根据式（1），m在像平面坐标系的坐标(x，y)。以摄影基线和左主核面为基准建立像空间辅助坐标系，其中S为原点，摄影基线B为X轴，Z轴在左主核面内并垂直于X轴，Y轴垂直于左主核面(与独立像对相对定向的数学模型相同)。由m和m′的关系，则m′在此像空间辅助坐标系中的坐标矢量可表示为：图2核线投影Fig.2Epipolarprojection式中，k为比例因子，R为旋转矩阵。在理想影像对P′1和P′2上设置相应的像平面坐标系u-v和u′-v′（u，u′的方向为摄影基线B在P′1和P′2上的投影方向，v，v′在u，u′的垂直方向上）。由式（2）可得左倾斜像片上的像平面坐标系与左理想影像上的像平面坐标系之间的变换关系（为共线方程）:坐标，得到左核线影像上任意一点在其倾斜像片中对应的在扫描坐标系中的像素坐标，这样就建立了左片核线影像上的任意像素点与其在原始倾斜像片上对应像素点的坐标变换关系，生成左核线影像[10]。右像片对的变换过程也是一样的。根据以上公式获得倾斜影像同名像点像素坐标在理想核线影像上的像平面坐标(u，v)，(u′，v′)，利用式（1）把像平面坐标转换成扫描坐标 (iι，jι)，(ir，jr)。根据理想核线影像同名像点的上下视差q(q=jι-jr)理论值为0的性质，剔除上下视差q误差高于±n的同名点对。同名像点左右视差为同名点对沿核线方向上的距离，即d=iι-ir。然后与左理想核线影像同名点坐标组成三维坐标(iι，jι，d)，从而获
44地理信息世界GEOMATICSWORLD第25卷理论研究式中，z为（x，y）处的视差值；a1、a2、a3和wi为方程系数；为修正值；s为当前像点与其余像点的距离；n为像点总数。将曲面方程用矩阵的形式表达如下：由（7）（8）（9）得由式（8）即可求得方程系数，式中，w和a为待求向量，形式如下：K为n×n矩阵，每个元素由下式计算：其余矩阵和向量如下：解算过程如下：先根据每个像点的影像坐标计算矩阵K，再组成矩阵P和向量z，最后通过矩阵求逆和相关运算求得薄板样条拟合曲面方程的系数，即薄板样条拟合曲面方程的表达式。由薄板样条曲面方程的特点可知，像点数越多，求解的系数拟合效果越好；也可从矩阵K知，像点数越多，矩阵的阶数越高，矩阵的运算量就越大，以后需要求解一个巨大的线性方程组。所以像点数需要试验的拟合效果和效率来确定。1.3基于视差松弛传播约束和核线几何约束的搜索区确定方法1.3.1视差松弛传播约束视差松弛传播约束区域以待匹配点在右倾斜影像对应的粗匹配点为中心，故需要先计算此粗匹配点。在左倾斜影像获得待匹配点像素坐标(cι，rι)，根据1.1 倾斜影像和理想核线影像坐标之间的坐标转换方法获得该点在理想核线影像平面坐标(u，v)和扫描坐标(iι，jι)。由扫描坐标(iι，jι)代入1.2求得的薄板样条拟合曲面方程表达式解算视差值d，利用视差值的定义，得到待匹配点在右理想核线影像上同名像点的扫描坐标：横坐标ir=iι-d，且横坐标ir=iι，即 (ir，jr)。已知右理想核线影像上同名像点的扫描坐标为(ir，jr)，根据1.1倾斜影像和理想核线影像坐标之间的坐标转换方法计算待匹配点在右倾斜影像粗匹配像素坐标(cr，rr)。图3～图5中黑色像素为待匹配点在右倾斜影像粗匹配坐标(cr，rr)。依据同名像点视差的
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄板样条函数支持下的等深线追踪算法研究[J]. 倪晓东,邹德华,邓德标. 测绘通报. 2016(01)
[2]多视匹配MVLL算法及其在ADS40线阵影像中的运用[J]. 纪松,范大昭,张永生,杨靖宇. 武汉大学学报(信息科学版). 2009(01)
[3]一种基于极线约束的最小二乘匹配方法研究[J]. 李春燕,董明利,祝连庆,吕乃光. 工具技术. 2008(12)
[4]基于外极线约束的快速精确立体匹配算法[J]. 韩伟,郑江滨,李秀秀. 计算机工程与应用. 2008(01)
[5]用于ADS40传感器的多视觉立体匹配算法模型[J]. 张永生,范大昭,纪松. 测绘科学技术学报. 2007(02)
[6]基于自适应三角形约束的可靠影像匹配方法[J]. 朱庆,吴波,赵杰. 计算机学报. 2005(10)
[7]基于数字纠正的核线影像生成方法[J]. 李华光,陈鹰. 山东建筑工程学院学报. 2004(04)
博士论文
[1]多视匹配策略与优化方法研究[D]. 纪松.解放军信息工程大学 2012
本文编号：3576728
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