基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法
2023-09-18 03:10:05 7
專利名稱：基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法
技術領域：
本發明屬於計算機圖形學和地理信息系統的技術領域，涉及航(衛)片的同名像點匹配，特別是涉及月面三維地形重建過程中，對航(衛)片中提取的特徵點進行同名像點匹配的方法。
背景技術：
「嫦娥一號」衛星的發射成功，引起了國際政治、軍事和學術界的高度關注，它的任務之一就是獲取月球表面獲取月球表面三維影像。同名像點匹配是實現由影像自動構建月面三維地形的一個關鍵技術，目的是建立三維空間中同一點在兩幅待匹配圖像中的對應關係。同名像點匹配問題一直是計算機視覺中的瓶頸問題，主要困難在於各圖像之間在成像條件、噪聲影響、遮擋效應甚至後期圖像處理等方面不可避免地存在著差異，這些差異造成同一景物在不同圖像上呈現的灰度、形狀、 大小不同，最終導致三維空間中同一點在兩幅待匹配圖像中難以匹配成功。這些難點導致同名像點匹配算法多種多樣，目前這些算法可分為三類區域匹配、特徵匹配和相位匹配。 但是每類算法都是針對匹配技術的特定問題進行探討，具有不同的優缺點。區域匹配利用圖像上局部相關性來確定兩個對應點的匹配，具有計算簡單，定位精度高和可以得到連續的視差圖等優點，但該算法計算量大，速度慢，易受畸變、噪聲等因素影響，對重複紋理區域和存在遮擋現象的區域，匹配效果不好。特徵匹配通過對特徵屬性的簡單比較而實現，具有較強的抗幹擾性，計算量小，速度快，靈活等優點，但特徵提取和定位過程直接影響匹配結果的精度，只能得到稀疏的視差圖。相位匹配假定像對中對應點的局部相位是相等的，適於並行處理，對幾何畸變和輻射畸變有很好的抑制能力，可獲得亞像素級精度的緻密視差圖， 但條件必須是兩個攝像頭的核線平行且局部結構假設要成立。在月面三維地形重建中，由於CXD立體相機獲取月球表面影像的過程特點和月球表面地形地貌特點的原因，造成月面影像本身具有一定的獨特性特點，比如存在很多大面積陰影區域和高光區域。這也使得月面影像的同名像點匹配與一般同名像點匹配相比存在
一定的差異。
發明內容
本發明的目的是解決月面三維地形重建過程中影像之間的同名像點匹配問題，提出一種基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法。本發明基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法是針對「嫦娥一號」衛星拍攝的CCD三線陣(分別為前視(F)、正視(N)、後視(B))圖像進行，採用了空間位置預測進行同名像點的匹配，具體實現方案如下1)初始匹配根據兩幅影像成像時相機的位置和姿態，針對N影像上的特徵點，預測F(或B)影像上同名像點的大致位置和誤差範圍，在以F(或B)影像上同名像點的大致位置為中心，誤差範圍為直徑的窗口內，對分布稀疏、攜帶信息量大的三類特徵點大面積陰影區域中心、大面積高亮區域中心、陰影中心與亮度中心的連線中心，進行特徵匹配。其中預測F(或B)圖特徵點的方法是，根據N圖特徵點的成像時間t得到當時衛星位置Pn，然後根據F圖和B圖與N圖成像時分別有向前、向後的16. 7度傾角，計算得點 Pn在F圖和B圖大致位置。因為大面積陰影區域中心、大面積高亮區域中心、陰影中心與亮度中心的連線中心具有攜帶信息多、分布稀疏、在局部區域具有唯一性特點，設定較大的匹配窗口。2)引導匹配用初始匹配得到的同名像點擬合N、F(或B)兩幅影像的視差曲線， 針對N影像上的特徵點，通過視差曲線預測F (或B)影像上同名像點的大致位置，在以預測得到的F(或B)影像上同名像點的致位置為中心，直徑很小的窗口內，對陰影中心、亮度中心進行特徵匹配。其中視差曲線是以N圖列坐標y為自變量的二次曲線，分別為 若N圖共有η個同名像點，擬合一段曲線需要用m個同名像點，則共需依次擬合 n-m條這樣的曲線。對於N圖上任意一點，其視差計算公式為
權利要求
1.基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法，其特徵是該方法針對「嫦娥一號」衛星拍攝的C⑶三線陣分別為前視(F)、正視(N)、後視⑶圖像進行，採用了空間位置預測進行同名像點的匹配，具體包括以下步驟1)初始匹配根據兩幅影像成像時相機的位置和姿態，針對N影像上的特徵點，預測 F(或B)影像上同名像點的大致位置和誤差範圍，在以F(或B)影像上同名像點的大致位置為中心，誤差範圍為直徑的窗口內，對分布稀疏、攜帶信息量大的三類特徵點大面積陰影區域中心、大面積高亮區域中心、陰影中心與亮度中心的連線中心，進行特徵匹配；2)引導匹配用初始匹配得到的同名像點擬合N、F(或B)兩幅影像的視差曲線，針對 N影像上的特徵點，通過視差曲線預測F(或B)影像上同名像點的大致位置，在以預測得到的F (或B)影像上同名像點的致位置為中心，直徑很小的窗口內，對陰影中心、亮度中心進行特徵匹配；3)刪除誤匹配點；分別擬合同名像點的行視差和列視差曲線，根據同名像點的視差統計規律，刪除視差偏離曲線的誤匹配點。
2.如權利要求1所述的基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法，其特徵在於，在進行匹配前，對待匹配的兩幅圖像分別完成五類特徵點大面積陰影區域中心、大面積高亮區域中心、陰影中心、亮度中心、相關陰影中心和亮度中心的連線中心的提取和特徵參數的計算。
3.如權利要求1所述的基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法，其特徵在於，因為衛星在局部範圍姿態相對穩定，使得圖像在一定範圍內具有視差連續性約束，所以同名像點的匹配與曲線擬合都採用分段方式。
4.如權利要求1所述的基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法，其特徵在於，初始匹配、引導匹配中的特徵匹配採用最小二乘匹配法。
5.如權利要求1所述的基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法，其特徵在於，步驟1)預測F(或B)圖特徵點的方法是，根據N圖特徵點的成像時間t得到當時衛星位置Pn，然後根據F圖和B圖與N圖成像時分別有向前、向後的16. 7度傾角，計算得點Pn在 F圖和B圖大致位置。根據大面積陰影區域中心、大面積高亮區域中心、陰影中心與亮度中心的連線中心具有攜帶信息多、分布稀疏、在局部區域唯一性特點，設定較大的匹配窗口。
6.如權利要求1所述的基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法，其特徵在於，步驟2)中用初始匹配得到的同名像點擬合生成視差曲線，視差曲線是以N圖列坐標y 為自變量的二次曲線，分別為
7.如權利要求1所述的基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法，其特徵在於，步驟3)根據下面公式剔除誤匹配的同名像點
全文摘要
本發明涉及一種基於空間位置預測的月面影像圖同名像點匹配方法，用於實現月面影像的同名像點匹配。該方法基於月面影像圖提取的特徵點，通過初始匹配、引導匹配、刪除誤匹配點三個階段，得到精確匹配的同名像點。其步驟是初始匹配，對分布稀疏、攜帶信息量大的特徵點，進行嚴格的單點匹配，得到匹配正確、分布均勻的同名像點；引導匹配，依據連續性約束，用上一步的匹配結果擬合視差曲線，引導陰影中心和亮度中心進行單點匹配；刪除誤匹配點，根據同名像點的視差統計規律刪除誤匹配點，實現整個匹配過程。優點是該方法匹配速度快、精度高，大幅度減少了人工幹預，具有較高的自動化水平。具體方法流程見摘要附圖
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文檔編號G06T7/00GK102236893SQ20101016069
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月30日 優先權日2010年4月30日
發明者於鳳坤, 李學軍, 楊阿華, 王新波, 王明印, 王林旭, 胡杰, 謝劍薇, 鄒紅霞, 鄒蕾, 韋群, 龔雪晶 申請人:中國人民解放軍裝備指揮技術學院