專利名稱：：Pos輔助航空影像匹配方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種pos輔助航空影像匹配方法，屬于攝影測量與遙感領域。
背景技術：
：1990年代末，航空遙感開始使用高精度機載定位定向系統(tǒng)(positionandorientationsystem,POS)，在獲取影像的同時測定影像的6個定向參數(shù)，為影像外方位元素的獲取提供了一種新的手段，也為簡化航空攝影測量作業(yè)帶來了新的機遇和挑戰(zhàn)。目前，對POS的應用研究主要集中在直接對地目標定位及重構立體模型的上下視差分析上。研究表明，利用pos系統(tǒng)獲取的影像定向參數(shù)可滿足數(shù)字正射影像圖制作的精度要求，但利用其重構立體模型實施安置元素測圖會產(chǎn)生較大的模型上下視差，且難以滿足大比例尺地形測圖的高程精度要求；但若將POS提供的定向參數(shù)作為附加參數(shù)，進行集成傳感器定向的目標定位精度可以接近傳統(tǒng)光束法區(qū)域網(wǎng)平差的精度，完全可以滿足地形測圖的精度要求。然而，航空遙感影像的全自動轉點是以上所有研究的前提，亦是全數(shù)字攝影測量地形測圖的關鍵技術。經(jīng)過多年的研究，影像匹配已經(jīng)成為影像序列自動轉點和量測的成熟技術，帶有此項功能的數(shù)字攝影測量系統(tǒng)相繼問世并不斷完善。如今，影像的內定向和相對定向采用影像匹配技術已經(jīng)實現(xiàn)了全自動化，但絕對定向的全自動處理還存在一定的困難。研究表明，在自動相對定向作業(yè)中，影像間重疊度的預測誤差及地形起伏引起的影像比例尺變化是導致影像誤匹配的主要因素。在現(xiàn)行的影像自動量測軟件中，無論是基于灰度匹配、特征匹配還是關系匹配的自動轉點方法，由于影像的外方位元素未知，只能進行二維影像相關，并通過構建金字塔影像來優(yōu)化搜索過程。隨著機載POS系統(tǒng)在航空遙感中的廣泛應用，今天需要自動量測的航攝影像大多帶有定向參數(shù)。如何充分發(fā)揮pos數(shù)據(jù)的作用，克服影像匹配與影像定向參數(shù)求解次序上的矛盾，是pos應用的又一個值得探討的問題。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的就在于克服上述現(xiàn)有技術的不足而提供一種POS輔助航空影像匹配方法，該方法是利用P0S提供的影像定向參數(shù)輔助影像序列的自動轉點方法，以提高影像匹配的成功率和效率。實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術方案是首先利用POS獲取的影像外方位元素構建同名核線約束方程并預測影像的初始視差，然后根據(jù)初始視差建立影像金字塔且在金字塔影像上逐層進行核線約束的近似一維影像相關，最后采用最小二乘影像匹配確定同名像點，剔除誤匹配點，從而獲得待匹配影像的同名像點。上述同名核線約束方程的構建是利用P0S提供的12個影像外方位元素A,^，z,^，^;^，乙，4,A,化,K直接建立核線方程，并采用近似一維相關方法實施同名像點的自動量測，具體包括以下步驟-設左影像某一點為p(^x)，《(x,力為P點所在核線上的任意一點，由同一核線上的點與其投影中心必位于一核面上的共面條件有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(1)式中，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>為攝影基線S&在左像空間坐標系-，中的三個分/為航攝儀主距。展開式(1)可求得左影像上過p點的核線上任一點<的/坐標為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(2)式中，=ybr+jy々z;5=7),+C=乂~一；c々r。若將左像空間坐標系繞其投影中心S'旋轉至與右像空間坐標系^-力'z'相應坐標軸平行，則得到右影像同名核線上任意一點的坐標(y，/)，仿式(2)有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(3)式中，,=-;s'=x》;-z》;.;c'=饑-《。其中，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>量，其中，R,=是由左影像外方位角元素^W，K,所構成的正交變換矩陣，成的正交變換矩陣。影像序列的轉點過程中，常常是從中間影像(基準影像)開始分別向左右兩側影像進行轉點的。若待匹配影像為左影像，則其同名核線上任意一點的坐標(/,/)為--爿"C",式中，r=#z—2》,.;B"=jc》z—^;C"=乂、-x》,.。其中，_,，、少'(4)為像點p(x,，W在左像空間坐標系&中的坐標。根據(jù)待匹配影像與基準影像的位置關系，聯(lián)合式(3)和式(4)就可建立基準影像上的特征點向待匹配影像自動轉點時應滿足的核線幾何約束方程。研究結果表明，利用P0S外方位元素所生成同名核線的上下視差總體中誤差小于1pixel,這為影像匹配初始視差的預測提供了參考依據(jù)。上述預測影像的初始視差包括上下視差和左右視差，對于立體影像的左右視差，傳統(tǒng)的數(shù)字影像相關方法是根據(jù)航空攝影影像的平均重疊度確定的，左右視差預測值(即搜索范圍)通常設定為5%10%的影像幅寬。如果飛行狀態(tài)不穩(wěn)定、影像重疊度或影像旋角變化較大時，則需根據(jù)實際情況予以調整。本發(fā)明通過P0S測定的影像定向參數(shù)后，根據(jù)該數(shù)值及影像覆蓋區(qū)域內的平均地面高程預測更為精確的匹配候選點初始位置，進一步縮小搜索范圍。設左影像上特征點的坐標為(x,力，則右影像上同名點的初始位置可以按如下步驟進行預測第1步，給定地面高程Z，由P0S外方位元素計算地面點的平面坐標(義r):(5)《乂《—/線SA在S「;cyz'坐標系中的三個基線分量；為像點p(X,乂)在s2-Xyz'坐標系中的坐標。這里r=R，2為右影像相對于左影像的相對定向角元素所構成的正交變換矩陣，且k是由右影像外方位角元素A，、所構7第2步，將地面點反投影到右影像上，獲得同名像點的預測坐標Oc'，力<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>第3步，以預測的同名點為中心，根據(jù)影像覆蓋區(qū)域內的地形起伏計算立體影像的左右視差，從而確定待匹配影像的搜索區(qū)間。對于通常采用的21um掃描分辨率的23cmX23cm框幅式影像，當?shù)貏葺^為平坦時，左右視差預測誤差很小，原始影像上的搜索區(qū)間可設置為100200pixels;若為山區(qū)/高山區(qū)等地形起伏較大區(qū)域，可適當增加搜索區(qū)間到500pixels。根據(jù)POS輔助確定的同名點上下視差和左右視差精度可以得到影像匹配時的上下搜索范圍和左右搜索區(qū)間，進而決定建立影像金字塔的層數(shù)。在核線幾何約束下，由于像點上下視差會很小，故金字塔層數(shù)由左右搜索區(qū)間決定，并使得所需金字塔層數(shù)/7滿足條件<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(7)式中，A為原始影像上左右搜索窗口長度；/T為匹配窗口寬度，且每層搜索窗口的寬度i/3"都大于匹配窗口的寬度。建立金字塔影像后，影像匹配從對頂層金字塔影像進行核線幾何約束的近似一維匹配開始，逐層傳遞到原始影像上。近似一維影像匹配的搜索范圍可以設置為上下各搜索lpixel,然后根據(jù)核線傾角"計算搜索窗口內核線的高度差力<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>(8)若搜索窗口高度初值為"則實際的上下搜索范圍為(&力)。當傾角"大于設定閾值時，即影像旋角過大，基于相關系數(shù)的金字塔影像匹配由于不具有處理影像旋轉的能力而導致匹配失敗。此時可根據(jù)"角對搜索影像塊進行雙線性內插重采樣，再進行近似一維金字塔影像匹配。搜索高度仍可取為(併力)。完成金字塔影像匹配后，在原始影像上進行最小二乘影像精匹配，同時采用粗差檢測算法剔除誤匹配點。對于3度以上的重疊影像序列，采用基于驗后方差估計的選擇權迭代法進行帶模型連接條件的連續(xù)法相對定向，在對匹配點進行上下視差和左右視差約束的同時，通過對驗后方差統(tǒng)計量r,的假設檢驗并按式(10)減小超過閾值的匹配點的上下視差或左右視差的權，逐步剔除可能存在的誤匹配點。式(9)和式(10)中，v,為第i個匹配點的上下視差殘差或左右視差殘差；6。為單位權中誤差估值；^表示第J'個匹配點的上下視差或左右視差的多余觀測分量;P,為下一次迭代平差計算時第i'個匹配點的上下視差或左右視差的權值；,表示在一定顯著性水平下査中心F分布表所確定的閾值。傳統(tǒng)的影像自動轉點是根據(jù)影像重疊度或采用頂層金字塔影像概率匹配等方法來獲取同名像點的初始視差的。在無法獲得核線幾何約束條件時，必須進行二維影像相關。利用同名像點必位于同名核線上的幾何約束條件可以將二維影像搜索變?yōu)橐痪S搜索，來顯著提高影像匹配的效率和可靠性，常被用于自動生產(chǎn)DEM的密集點匹配中。此時，必須已知影像的內外方位元素。然而，在影像定向的自動轉點過程中，影像的核線幾何約束方程是無法建立的，因此只能采用二維影像相關方法。本發(fā)明利用POS系統(tǒng)在獲取影像的同時可以測定影像的6個外方位元素，使影像匹配前建立核線幾何約束方程成為可能，也使得將傳統(tǒng)的空中三角測量自動轉點中的二維金字塔影像匹配簡化為近似一維影像相關成為可能。這就在一定程度上克服了二維金字塔影像匹配初值難以確定、匹配算法對影像旋轉、紋理重復處理效果不佳的問題。此外，本發(fā)明方法在航空攝影測量中，采用POS輔助影像匹配方法自動量測像點不但可以充分發(fā)揮POS的應用潛能，而且大幅提高自動轉點中的匹配率和匹配效率，并改善了某些影像旋角過大、影像紋理不明顯、地形起伏較大等難以匹配影像的轉點必須手工加點來實現(xiàn)交互量測的難題。下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步的說明。圖1為本發(fā)明方法的流程圖。9圖2—a為傳統(tǒng)方法匹配結果，圖2—b為基準影像上的特征點，圖2—c為采用本發(fā)明方法的匹配圖。圖3—a為傳統(tǒng)方法匹配結果，圖3—b為基準影像上的特征點，圖3—c為采用本發(fā)明方法的匹配圖。圖4一a為傳統(tǒng)方法匹配結果，圖4一b為基準影像上的特征點，圖4一c為采用本發(fā)明方法的匹配圖。具體實施例方式本發(fā)明方法的具體作業(yè)流程如附圖1所示，首先利用P0S提供的影像定向參數(shù)建立核線約束方程，然后給出根據(jù)P0S數(shù)據(jù)預測的同名點位誤差和匹配效率建立影像金字塔的層數(shù)公式，接著利用最小二乘匹配精化影像粗匹配結果以及采用選權迭代法剔除誤匹配點。(1)建立同名核線幾何約束方程在數(shù)字影像相關中，利用同名像點必位于同名核線上的幾何約束條件可以將二維影像搜索變?yōu)橐痪S搜索，顯著提高影像匹配的效率和可靠性，常被用于自動生產(chǎn)DEM的密集點匹配中。此時，必須己知影像的內外方位元素。然而，在影像定向的自動轉點過程中，影像的核線幾何約束方程是無法建立的，因此只能采用二維影像相關方法。有了P0S系統(tǒng)以后，就可以利用P0S提供的12個影像外方位元素義s,，、,Za,w,w,、;^,^，ZM,^,化,^直接建立核線方程，并采用近似一維相關方法實施同名像點的自動量測。設左影像某一點為/^,，x)，g"力為P點所在核線上的任意一點，由同一核線上的點與其投影中心必位于一核面上的共面條件有~"62《X-/(1)式中，V-〈-^、-zsl量。其中，R,=/為航攝儀主距aa203A62辦3一c!c2c3_為攝影基線S^在左像空間坐標系S,-:cyz中的三個分是由左影像外方位角元素&W^所構成的正交變換矩陣;10展開式(1)可求得左影像上過P點的核線上任一點。的/坐標為(2)式中，^=yz^十少々z;石=^vc=jv,、.—義丸.。若將左像空間坐標系繞其投影中心S,旋轉至與右像空間坐標系S「;cyz'相應坐標軸平行，則得到右影像同名核線上任意一點的坐標(y,/)，仿式(2)有(3)「6門「"式中，,=成-z》;;s'=一z:《.;c'=乂6;—x》；。其中,^,c、盧一x'+—/《V=RT-《—A-線SA在^-;cy坐標系中的三個基線分量；、r乂=RTy-《」為像點p(《,y,)在s,-xy坐標系中的坐標。這里R-i^R,為右影像相對于左影像的相對定向角元素所構成的正交變換矩陣，且n是由右影像外方位角元素A，化A所構成的正交變換矩陣。影像序列的轉點過程中，常常是從中間影像(基準影像)開始分別向左右兩側影像進行轉點的。若待匹配影像為左影像，則其同名核線上任意一點的坐標Oc",/)為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(4)為像點p(;c,,乂)在左像空間坐標系S。-中的坐標。根據(jù)待匹配影像與基準影像的位置關系，聯(lián)合式(3)和式(4)就可建立基準影像上的特征點向待匹配影像自動轉點時應滿足的核線幾何約束方程。由于pos所提供的影像外方位元素帶有一定誤差，由此建立的核線幾何約束方程也存在一定的誤差，需要對其精度進行分析。研究結果表明，利用pos外方位元素所生成同名核線的上下視差總體中誤差小于lpixel,這為影像匹配初始視差的預測提供了參考依據(jù)。(2)P0S輔助立體影像左右視差的預測對于立體影像的左右視差，傳統(tǒng)的數(shù)字影像相關方法是根據(jù)航空攝影影像的平均重疊度確定的，左右視差預測值(即搜索范圍)通常設定為5%10%的影像幅寬。如果飛行狀態(tài)不穩(wěn)定、影像重疊度或影像旋角變化較大時，則需根據(jù)實際情況予以調整。有了POS測定的影像定向參數(shù)后，根據(jù)該數(shù)值及影像覆蓋區(qū)域內的平均地面高程預測更為精確的匹配候選點初始位置，進一步縮小搜索范圍。設左影像上特征點的坐標為0c,力，則右影像上同名點的初始位置按如下步驟進行估計第1步，給定地面高程Z，由P0S外方位元素計算地面點的平面坐標(u):X，+zs)+^,「、z》化C,+CJ-c，/第2步，將地面點反投影到右影像上，獲得同名像點的預測坐標Oc',/):(6)乂一,々命c;/(z—z;)第3步，以預測的同名點為中心，根據(jù)影像覆蓋區(qū)域內的地形起伏計算立體影像的左右視差，從而確定待匹配影像的搜索區(qū)間。對于通常采用的21口m掃描分辨率的23cmX23cm框幅式影像，當?shù)貏葺^為平坦時，左右視差預測誤差很小，原始影像上的搜索區(qū)間可設置為100200pixels;若為山區(qū)/高山區(qū)等地形起伏較大區(qū)域，可適當增加搜索區(qū)間到500pixels。(3)基于POS核線約束的影像自動轉點根據(jù)POS輔助確定的同名點上下視差和左右視差精度可以得到影像匹配時的上下搜索范圍和左右搜索區(qū)間，進而決定建立影像金字塔的層數(shù)。在核線幾何約束下，由于像點上下視差會很小，故金字塔層數(shù)由左右搜索區(qū)間決定，并使得所需金字塔層數(shù)"滿足條件(+l)(*-W+l)=min(7)式中，Z為原始影像上左右搜索窗口長度；/F為匹配窗口寬度，并使每層搜索窗口的寬度A/3"都大于匹配窗口的寬度，如5pixels。建立金字塔影像后，影像匹配從對頂層金字塔影像進行核線幾何約束的近似一維匹配開始，逐層傳遞到原始影像上。近似一維影像匹配的搜索范圍可以設置為上下各搜索lpixel,然后根據(jù)核線傾角"計算搜索窗口內核線的高度差力:若搜索窗口高度初值為M則實際的上下搜索范圍為(掛力)。當傾角"大于設定閾值時，即影像旋角過大，基于相關系數(shù)的金字塔影像匹配由于不具有處理影像旋轉的能力而導致匹配失敗。此時根據(jù)"角對搜索影像塊進行雙線性內插重采樣，搜索高度仍可取為(倂力)。完成金字塔影像匹配后，在原始影像上進行最小二乘影像精匹配，同時采用粗差檢測算法剔除誤匹配點。對于3度以上的重疊影像序列，采用基于驗后方差估計的選擇權迭代法進行帶模型連接條件的連續(xù)法相對定向，在對匹配點進行上下視差和左右視差約束的同時，通過對驗后方差統(tǒng)計量7;的假設檢驗(9)并按式(10)減小超過閾值的匹配點的上下視差或左右視差的權，逐步剔除可能存在的誤匹配點。式(9)和式(10)中，v,為第i'個匹配點的上下視差殘差或左右視差殘差；^為單位權中誤差估值；^表示第i個匹配點的上下視差或左右視差的多余觀測分量；A為下一次迭代平差計算時第i個匹配點的上下視差或左右視差的權值；,表示在一定顯著性水平下査中心,分布表所確定的閾值，本實施例中取為10.82。本實施例選用四個測區(qū)三種攝影比例尺的多組影像序列，影像覆蓋的地形有平地、沙漠丘陵地和高山地。試驗1為某平坦地區(qū)1:11000數(shù)碼航攝影像，試驗2為某沙漠丘陵地區(qū)1:32000航攝數(shù)字化影像，試驗3為某平坦農(nóng)作物區(qū)1:2500航攝數(shù)字化影像，試驗4為某高山區(qū)1:32000航攝數(shù)字化影像。所有試驗影像的設計重疊度航向均為65%、旁向均為30%。試驗1影像帶有GPS數(shù)據(jù)，經(jīng)GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差獲得了影像的6個外方位元素，試驗2、3和4影像均帶有13直接利用加拿大Applanix公司的POSAV510系統(tǒng)獲取的6個定向參數(shù)。試驗影像所在測區(qū)中的全部影像均進行了自動轉點量測，并半自動立體量測了全部控制點的像平面坐標。經(jīng)GPS輔助光束法區(qū)域網(wǎng)平差統(tǒng)計出的像點坐標總體量測精度為試驗1優(yōu)于土3.5um(約0.3pixel)，其他三個試驗區(qū)均優(yōu)于±6"m(約0.3pixel),檢查點坐標中誤差均滿足現(xiàn)行航空攝影測量規(guī)范規(guī)定對攝影測量加密的精度要求。不過，上述的自動轉點都是采用傳統(tǒng)的二維影像相關方法進行的，在所匹配出的大量同名像點中按立體像對上3X5標準點位提取雙點，以用于攝影測量區(qū)域網(wǎng)平差。所有影像均采用自動轉點量測，即使是個別匹配率低于20%的影像仍可提取到滿足空中三角測量要求的影像連接點，無需人工量測。而對于自動匹配點數(shù)少于50的個別匹配片，則需要在影像的標準點位處手工加點，只能進行人工交互的立體影像量測。為了試驗POS輔助影像匹配方法的優(yōu)越性，這里分別在每個試驗區(qū)中選擇3組自動轉點效果不佳的三度重疊立體影像序列。試驗1影像序列由于使用小型直升飛機低空飛行，影像姿態(tài)角最大達到^8',^8。,K-24'，影像重疊度變化異常劇烈；試驗2、3影像序列位于紋理缺乏區(qū)域；試驗4影像序列位于山區(qū)，植被茂密，是公認的影像匹配困難區(qū)。對于每一個序列影像，以中央片作為基準影像，首先利用已知的6個影像外方位元素，分別按式盧^'+乓/和式/=^^"+匸/建立左右待匹配影像的同名核線方程，然后采用Moravec算子在基準影像的三度重疊區(qū)域內均勻提取1000個特征點，并參考地面高程由式々H>-C;/"確定特征點的同名候選點x坐標、由核線方程確定其/坐標。影像匹配時，由POS輔助預測的4個試驗區(qū)的待匹配影像的行向最大搜索區(qū)間為500pixels,列向搜索范圍為1pixel,同時按照式(+)(|—『+1)=mm確定需建立2層金字塔影像。在金字塔影像的匹配中，匹配窗口取17X17pixels,金字塔影像的搜索窗口頂層設置為60X19pixels,其他各層均設置為30X19pixels,并且設置金字塔影像匹配的相關系數(shù)閾值為0.6、最小二乘影像匹配的閾值為0.75。14為了檢驗POS輔助影像匹配方法的效率和匹配率，將影像搜索區(qū)間設為10%像幅寬，對試驗影像建立4層金字塔影像(其中試驗2只建3層金字塔)，按照與前述相同的相關系數(shù)閾值，對基準影像上相同的特征點重新進行傳統(tǒng)的二維影像相關。兩種方法的匹配結果比照列于表l。表l兩種影像匹配方法的對比試驗結果<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>分析表1試驗結果可以看出，本發(fā)明方法中的12組試驗影像序列由于影像姿態(tài)角過大、紋理缺乏或高差大等因素，導致傳統(tǒng)方法的影像匹配率均在40%以下，并且有兩組影像63-64-65和266-265-264根本就匹配不出同名點。采用P0S輔助影像匹配方法以后，所有影像的匹配率均有了2%45%的不同程度提高，匹配率升幅最大的是紋理重復的沙漠影像序列，由25%提高到了70%(試驗2的第二組影像)。經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明的匹配方法，12組試驗影像序列的總體匹配率達到43%，較傳統(tǒng)影像匹配方法的21%匹配率提高了22%;每組影像序列的匹配平均耗費CPU時101.2s，較傳統(tǒng)影像匹配方法的125.7s縮短了24.5s，提高效率約20%。由于POS輔助影像匹配方法識別出了更多的同名像點，消耗了更多的CPU時間。若按單個像點匹配所耗費的CPU時間計算，實際匹配效率比傳統(tǒng)方法提高了62%。因此看來，本發(fā)明提出的POS輔助影像匹配方法較傳統(tǒng)影像相關方法具有更加優(yōu)越的性能。圖2放大顯示了試驗1中63-64立體影像的某一重疊區(qū)域，從圖中可以看出，兩影像間存在明顯的旋轉，致使該小塊區(qū)域影像存在非常大的變形。因此，在相關系數(shù)失效并且初始點位預測失敗的情況下，基于傳統(tǒng)的影像相關方法是匹配不出同名像點的。但是，基于POS輔助的影像初始視差預測方法能夠求得較好的初始點位，經(jīng)對匹配窗口進行核線重采樣后，保證了相關系數(shù)匹配的有效性，自然能匹配出較多的同名像點。圖2—b中的白色十字標記顯示了基準影像上利用Moravec算子提取的所有待匹配特征點；圖2—a為采用傳統(tǒng)影像相關方法獲取的匹配點，所有匹配點均為明顯的誤匹配點，最終被全部剔除；圖2—c為基于本文方法自動轉出的同名像點。圖2中的十字標志為正確匹配點，白色方框表示在相對定向中當作粗差刪除的誤匹配點(圖3和圖4均釆用這種約定，不再繁述)。圖3比較顯示了試驗2中153-152立體像對的局部匹配結果。該區(qū)域位于沙漠，紋理缺乏，特征點提取困難；另外，由于沙粒的紋理重復性高，常常產(chǎn)生多對一的匹配現(xiàn)象。從圖中可以清楚看出，傳統(tǒng)二維影像相關方法匹配出的特征點非常稀疏，且出現(xiàn)6個誤匹配點，而基于POS輔助影像匹配方法，由于進行了核線約束，匹配出了大量的同名像點，誤匹配點也很少，該區(qū)域中僅有兩個點被刪除。試驗3區(qū)域的匹配情況和試驗2類似，此處不再詳述。圖4放大顯示了試驗4中677-678立體影像位于峽谷附近的局部區(qū)域，其地面高差為50m，陰影區(qū)域比較大。圖4一b中落在陰影區(qū)域的特征點，在搜索影像中一般都無法匹配到正確的同名像點，導致匹配率大幅降低。對比圖4一a和圖4一c的匹配結果可以看出，兩者的匹配出來的點數(shù)大體相當。但分析誤匹配點可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)方法中含有很多明顯的誤匹配點，如圖4一a中左下角的5個匹配點，帶有明顯的錯誤。而基于POS輔助的近似一維影像匹配方法，則不存在明顯的誤匹配點，被剔除的4個誤匹配點，可能是由于山體形變、霧霾噪聲等原因造成匹配點位偏離其正確位置。雖然傳統(tǒng)方法中誤匹配點被正確地剔除了，但基于P0S輔助影像匹配方法卻不存在明顯的誤匹配，表現(xiàn)出了穩(wěn)健的匹配特性。權利要求1.一種POS輔助航空影像匹配方法，其特征在于首先利用POS獲取的影像外方位元素構建同名核線約束方程并預測影像的初始視差，然后根據(jù)初始視差建立影像金字塔且在金字塔影像上逐層進行核線約束的近似一維影像相關，最后采用最小二乘影像匹配確定同名像點，剔除誤匹配點，從而獲得待匹配影像的同名像點。2.根據(jù)權利要求1所述的P0S輔助航空影像匹配方法，其特征在于同名核線約束方程是用P0S提供的12個影像外方位元素^,,};,，2.,|，9>1,0),,^義52,};2，2,^^2直接建立核線方程，并采用近似一維相關方法實施同名像點的自動量測，具體包括以下步驟設左影像某一點為p(、，少,)，《(X，力為/7點所在核線上的任意一點，由同一核線上的點與其投影中心必位于一核面上的共面條件有;X-/^一/(I)式中:-(、^S2為攝影基線s,&在左像空間坐標系s,-:，中的三個分/為航攝儀主距;展開式(I)得左影像上過p點的核線上任一點g的y坐標為J5(II)式中，爿=內，+械；b-A+化；c"々,-工A;將左像空間坐標系繞其投影中心5|旋轉至與右像空間坐標系&-々'？相應坐標軸平行，則得到右影像同名核線上任意一點的坐標(;c',/)，由式(II)有力'.c'"(IV)y=—義'+—/式中，爿,=乂6;—z〖6(，5'=x(6;—z(6;，C,=少〖Z^—x》(；其中，V《=R''《為量，其中，R,=是由左影像外方位角元素W,W^所構成的正交變換矩陣，CT63c，CTIGTc，*a—fcrCI2攝影基線SA在S2-々'？坐標系中的三個基線分量，<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>為像點P(X,A)在^-xyz'坐標系中的坐標，R-R〖I^為右影像相對于左影像的相對定向角元素所構成的正交變換矩陣，且<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>是由右影像外方位角元素^A,^所構成的正交變換矩陣；影像序列的轉點過程中，從基準影像開始分別向左右兩側影像進行轉點，若待匹配影像為左影像，則其同名核線上任意一點的坐標(y'，/)為(V)<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>式中，T^乂'Z7z-《~，5"=x》z—《~，C'、少d-x(、；其中，為像點p(^W在左像空間坐標系S。-中的坐標，根據(jù)待匹配影像與基準影像的位置關系，聯(lián)合式(IV)和式(V)建立基準影像上的特征點向待匹配影像自動轉點時應滿足的核線幾何約束方程。3.根據(jù)權利要求1所述P0S輔助航空影像匹配方法，其特征在于通過以下步驟預測影像的初始左右視差，設左影像上特征點的坐標為Oc,力，則右影像上同名點的初始位置按如下步驟進行預測第1步，給定地面高程Z，按下式由POS外方位元素計算地面點的平面坐標^',一，一zs)化第2步，將地面點反投影到右影像上，按下式獲得同名像點的預測坐標(x'，y):第3步，以預測的同名像點為中心，根據(jù)影像覆蓋區(qū)域內的地形起伏計算立體影像的左右視差，從而確定待匹配影像的搜索區(qū)間。4.根據(jù)權利要求1所述P0S輔助航空影像匹配方法，其特征在于金字塔層數(shù)/7滿足條件<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>式中，丄為原始影像上左右搜索窗口長度，F(xiàn)為匹配窗口寬度，且每層搜索窗口的寬度A/3"都大于匹配窗口的寬度。5.根據(jù)權利要求1所述P0S輔助航空影像匹配方法，其特征在于建立金字塔影像后，影像匹配從對頂層金字塔影像進行核線幾何約束的近似一維匹配開始，逐層傳遞到原始影像上，由核線傾角"根據(jù)"『tarm計算搜索窗口內核線的高度差力，若搜索窗口高度初值為〃，則實際的上下搜索范圍為(併力)，當傾角"大于設定閾值時，基于相關系數(shù)的金字塔影像匹配由于不具有處理影像旋轉的能力而導致匹配失敗，此時根據(jù)"角對搜索影像塊進行雙線性內插重采樣，搜索高度仍取為(掛力)。全文摘要本發(fā)明公開了一種POS輔助航空影像匹配方法，首先利用POS獲取的影像外方位元素構建同名核線約束方程并預測影像的初始視差，然后根據(jù)初始視差建立影像金字塔且在金字塔影像上逐層進行核線約束的近似一維影像相關，最后采用最小二乘影像匹配確定同名像點，剔除誤匹配點，從而獲得待匹配影像的同名像點。本發(fā)明采用POS輔助影像匹配方法自動量測像點不但可以充分發(fā)揮POS的應用潛能，而且能夠大幅提高自動轉點中的匹配率和匹配效率，并改善某些影像旋角過大、影像紋理不明顯、地形起伏較大等難以匹配影像的轉點必須人工交互量測的難題。文檔編號G01C11/00GK101464149SQ20081024633公開日2009年6月24日申請日期2008年12月31日優(yōu)先權日2008年12月31日發(fā)明者吳珍麗,季順平,袁修孝申請人:武漢大學