專利名稱：基于空間位置預(yù)測的月面影像圖同名像點(diǎn)匹配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和地理信息系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，涉及航(衛(wèi))片的同名像點(diǎn)匹配，特別是涉及月面三維地形重建過程中，對(duì)航(衛(wèi))片中提取的特征點(diǎn)進(jìn)行同名像點(diǎn)匹配的方法。
背景技術(shù)：
“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星的發(fā)射成功，引起了國際政治、軍事和學(xué)術(shù)界的高度關(guān)注，它的任務(wù)之一就是獲取月球表面獲取月球表面三維影像。同名像點(diǎn)匹配是實(shí)現(xiàn)由影像自動(dòng)構(gòu)建月面三維地形的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，目的是建立三維空間中同一點(diǎn)在兩幅待匹配圖像中的對(duì)應(yīng)關(guān)系。同名像點(diǎn)匹配問題一直是計(jì)算機(jī)視覺中的瓶頸問題，主要困難在于各圖像之間在成像條件、噪聲影響、遮擋效應(yīng)甚至后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(xiàn)的灰度、形狀、 大小不同，最終導(dǎo)致三維空間中同一點(diǎn)在兩幅待匹配圖像中難以匹配成功。這些難點(diǎn)導(dǎo)致同名像點(diǎn)匹配算法多種多樣，目前這些算法可分為三類區(qū)域匹配、特征匹配和相位匹配。 但是每類算法都是針對(duì)匹配技術(shù)的特定問題進(jìn)行探討，具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。區(qū)域匹配利用圖像上局部相關(guān)性來確定兩個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的匹配，具有計(jì)算簡單，定位精度高和可以得到連續(xù)的視差圖等優(yōu)點(diǎn)，但該算法計(jì)算量大，速度慢，易受畸變、噪聲等因素影響，對(duì)重復(fù)紋理區(qū)域和存在遮擋現(xiàn)象的區(qū)域，匹配效果不好。特征匹配通過對(duì)特征屬性的簡單比較而實(shí)現(xiàn)，具有較強(qiáng)的抗干擾性，計(jì)算量小，速度快，靈活等優(yōu)點(diǎn)，但特征提取和定位過程直接影響匹配結(jié)果的精度，只能得到稀疏的視差圖。相位匹配假定像對(duì)中對(duì)應(yīng)點(diǎn)的局部相位是相等的，適于并行處理，對(duì)幾何畸變和輻射畸變有很好的抑制能力，可獲得亞像素級(jí)精度的致密視差圖， 但條件必須是兩個(gè)攝像頭的核線平行且局部結(jié)構(gòu)假設(shè)要成立。在月面三維地形重建中，由于CXD立體相機(jī)獲取月球表面影像的過程特點(diǎn)和月球表面地形地貌特點(diǎn)的原因，造成月面影像本身具有一定的獨(dú)特性特點(diǎn)，比如存在很多大面積陰影區(qū)域和高光區(qū)域。這也使得月面影像的同名像點(diǎn)匹配與一般同名像點(diǎn)匹配相比存在
一定的差異。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(diǎn)匹配問題，提出一種基于空間位置預(yù)測的月面影像圖同名像點(diǎn)匹配方法。本發(fā)明基于空間位置預(yù)測的月面影像圖同名像點(diǎn)匹配方法是針對(duì)“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星拍攝的CCD三線陣(分別為前視(F)、正視(N)、后視(B))圖像進(jìn)行，采用了空間位置預(yù)測進(jìn)行同名像點(diǎn)的匹配，具體實(shí)現(xiàn)方案如下1)初始匹配根據(jù)兩幅影像成像時(shí)相機(jī)的位置和姿態(tài)，針對(duì)N影像上的特征點(diǎn)，預(yù)測F(或B)影像上同名像點(diǎn)的大致位置和誤差范圍，在以F(或B)影像上同名像點(diǎn)的大致位置為中心，誤差范圍為直徑的窗口內(nèi)，對(duì)分布稀疏、攜帶信息量大的三類特征點(diǎn)大面積陰影區(qū)域中心、大面積高亮區(qū)域中心、陰影中心與亮度中心的連線中心，進(jìn)行特征匹配。其中預(yù)測F(或B)圖特征點(diǎn)的方法是，根據(jù)N圖特征點(diǎn)的成像時(shí)間t得到當(dāng)時(shí)衛(wèi)星位置Pn，然后根據(jù)F圖和B圖與N圖成像時(shí)分別有向前、向后的16. 7度傾角，計(jì)算得點(diǎn) Pn在F圖和B圖大致位置。因?yàn)榇竺娣e陰影區(qū)域中心、大面積高亮區(qū)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(qū)域具有唯一性特點(diǎn)，設(shè)定較大的匹配窗口。2)引導(dǎo)匹配用初始匹配得到的同名像點(diǎn)擬合N、F(或B)兩幅影像的視差曲線， 針對(duì)N影像上的特征點(diǎn)，通過視差曲線預(yù)測F (或B)影像上同名像點(diǎn)的大致位置，在以預(yù)測得到的F(或B)影像上同名像點(diǎn)的致位置為中心，直徑很小的窗口內(nèi)，對(duì)陰影中心、亮度中心進(jìn)行特征匹配。其中視差曲線是以N圖列坐標(biāo)y為自變量的二次曲線，分別為 若N圖共有η個(gè)同名像點(diǎn)，擬合一段曲線需要用m個(gè)同名像點(diǎn)，則共需依次擬合 n-m條這樣的曲線。對(duì)于N圖上任意一點(diǎn)，其視差計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.基于空間位置預(yù)測的月面影像圖同名像點(diǎn)匹配方法，其特征是該方法針對(duì)“嫦娥一號(hào)”衛(wèi)星拍攝的C⑶三線陣分別為前視(F)、正視(N)、后視⑶圖像進(jìn)行，采用了空間位置預(yù)測進(jìn)行同名像點(diǎn)的匹配，具體包括以下步驟1)初始匹配根據(jù)兩幅影像成像時(shí)相機(jī)的位置和姿態(tài)，針對(duì)N影像上的特征點(diǎn)，預(yù)測 F(或B)影像上同名像點(diǎn)的大致位置和誤差范圍，在以F(或B)影像上同名像點(diǎn)的大致位置為中心，誤差范圍為直徑的窗口內(nèi)，對(duì)分布稀疏、攜帶信息量大的三類特征點(diǎn)大面積陰影區(qū)域中心、大面積高亮區(qū)域中心、陰影中心與亮度中心的連線中心，進(jìn)行特征匹配；2)引導(dǎo)匹配用初始匹配得到的同名像點(diǎn)擬合N、F(或B)兩幅影像的視差曲線，針對(duì) N影像上的特征點(diǎn)，通過視差曲線預(yù)測F(或B)影像上同名像點(diǎn)的大致位置，在以預(yù)測得到的F (或B)影像上同名像點(diǎn)的致位置為中心，直徑很小的窗口內(nèi)，對(duì)陰影中心、亮度中心進(jìn)行特征匹配；3)刪除誤匹配點(diǎn)；分別擬合同名像點(diǎn)的行視差和列視差曲線，根據(jù)同名像點(diǎn)的視差統(tǒng)計(jì)規(guī)律，刪除視差偏離曲線的誤匹配點(diǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的基于空間位置預(yù)測的月面影像圖同名像點(diǎn)匹配方法，其特征在于，在進(jìn)行匹配前，對(duì)待匹配的兩幅圖像分別完成五類特征點(diǎn)大面積陰影區(qū)域中心、大面積高亮區(qū)域中心、陰影中心、亮度中心、相關(guān)陰影中心和亮度中心的連線中心的提取和特征參數(shù)的計(jì)算。
3.如權(quán)利要求1所述的基于空間位置預(yù)測的月面影像圖同名像點(diǎn)匹配方法，其特征在于，因?yàn)樾l(wèi)星在局部范圍姿態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，使得圖像在一定范圍內(nèi)具有視差連續(xù)性約束，所以同名像點(diǎn)的匹配與曲線擬合都采用分段方式。
4.如權(quán)利要求1所述的基于空間位置預(yù)測的月面影像圖同名像點(diǎn)匹配方法，其特征在于，初始匹配、引導(dǎo)匹配中的特征匹配采用最小二乘匹配法。
5.如權(quán)利要求1所述的基于空間位置預(yù)測的月面影像圖同名像點(diǎn)匹配方法，其特征在于，步驟1)預(yù)測F(或B)圖特征點(diǎn)的方法是，根據(jù)N圖特征點(diǎn)的成像時(shí)間t得到當(dāng)時(shí)衛(wèi)星位置Pn，然后根據(jù)F圖和B圖與N圖成像時(shí)分別有向前、向后的16. 7度傾角，計(jì)算得點(diǎn)Pn在 F圖和B圖大致位置。根據(jù)大面積陰影區(qū)域中心、大面積高亮區(qū)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(qū)域唯一性特點(diǎn)，設(shè)定較大的匹配窗口。
6.如權(quán)利要求1所述的基于空間位置預(yù)測的月面影像圖同名像點(diǎn)匹配方法，其特征在于，步驟2)中用初始匹配得到的同名像點(diǎn)擬合生成視差曲線，視差曲線是以N圖列坐標(biāo)y 為自變量的二次曲線，分別為
7.如權(quán)利要求1所述的基于空間位置預(yù)測的月面影像圖同名像點(diǎn)匹配方法，其特征在于，步驟3)根據(jù)下面公式剔除誤匹配的同名像點(diǎn)
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于空間位置預(yù)測的月面影像圖同名像點(diǎn)匹配方法，用于實(shí)現(xiàn)月面影像的同名像點(diǎn)匹配。該方法基于月面影像圖提取的特征點(diǎn)，通過初始匹配、引導(dǎo)匹配、刪除誤匹配點(diǎn)三個(gè)階段，得到精確匹配的同名像點(diǎn)。其步驟是初始匹配，對(duì)分布稀疏、攜帶信息量大的特征點(diǎn)，進(jìn)行嚴(yán)格的單點(diǎn)匹配，得到匹配正確、分布均勻的同名像點(diǎn)；引導(dǎo)匹配，依據(jù)連續(xù)性約束，用上一步的匹配結(jié)果擬合視差曲線，引導(dǎo)陰影中心和亮度中心進(jìn)行單點(diǎn)匹配；刪除誤匹配點(diǎn)，根據(jù)同名像點(diǎn)的視差統(tǒng)計(jì)規(guī)律刪除誤匹配點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)匹配過程。優(yōu)點(diǎn)是該方法匹配速度快、精度高，大幅度減少了人工干預(yù)，具有較高的自動(dòng)化水平。具體方法流程見摘要附圖
。
文檔編號(hào)G06T7/00GK102236893SQ20101016069
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者于鳳坤, 李學(xué)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(qǐng)人:中國人民解放軍裝備指揮技術(shù)學(xué)院