專利名稱：多基線立體匹配系統(tǒng)的斷裂特征自適應(yīng)窗口變化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多基線立體匹配系統(tǒng)的斷裂特征自適應(yīng)窗口變化方法。
背景技術(shù)：
在攝影測量領(lǐng)域，影像匹配的本質(zhì)是在不同影像上量測或者獲取同名點(diǎn)(同名特征)，這與計(jì)算機(jī)視覺中對于影像匹配的認(rèn)識相一致，即對應(yīng)性問題。傳統(tǒng)攝影測量是由作業(yè)員的“雙目”通過立體觀測來量測同名點(diǎn)，在進(jìn)入數(shù)字?jǐn)z影測量以后，影像自動(dòng)匹配問題視為攝影測量的基本任務(wù)。計(jì)算機(jī)視覺和攝影測量領(lǐng)域?qū)瘟Ⅲw像對的影像匹配技術(shù)做出了大量卓有成效的研究，但仍有很多難題沒能解決，如幾何變形、特征相似、遮擋與地表斷裂等問題。當(dāng)三維場景被投影為二維影像時(shí)，由于深度和遮擋造成了同一物體在不同視角的影像中存在信息丟失現(xiàn)象，且不同物體可能具有相似的形狀、大小或背景，造成了影像匹配困難。此時(shí)，傳統(tǒng)“單立體”影像匹配方法容易出現(xiàn)“病態(tài)解”，大大地降低了匹配結(jié)果的精度與可靠性。因此，影像匹配不只是一個(gè)的“算法”，而是需要一個(gè)解決上述矛盾的“系統(tǒng)化”方案。隨著大(多)重疊度數(shù)碼攝影、三線陣相機(jī)的廣泛運(yùn)用，大量影像數(shù)據(jù)可直接用于影像匹配。在此基礎(chǔ)上，多基線立體匹配系統(tǒng)得到了快速發(fā)展。該系統(tǒng)能夠利用冗余影像數(shù)據(jù)，最大限度減少信息盲區(qū)，將單立體(兩度重疊)匹配的“病態(tài)解”轉(zhuǎn)化為多立體(多度重疊)匹配的“確定解”，是當(dāng)前影像匹配技術(shù)研究與發(fā)展的熱點(diǎn)，也是數(shù)字?jǐn)z影測量擺脫傳統(tǒng)問題束縛，加速全自動(dòng)化進(jìn)程的關(guān)鍵。在多基線立體匹配系統(tǒng)中多視鉛垂線軌跡模型”(Multiple-view VLL，MVLL)屬于基本的物方多基線立體匹配方法模型。MVLL模型借用VLL模型的基本思想，在影像核線的幾何約束下，綜合利用多張重疊影像信息，計(jì)算匹配窗口內(nèi)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，較好地解決了相似特征、遮擋特征等傳統(tǒng)單立體影像匹配瓶頸問題，極大地提高了影像匹配的可靠性與成功率。然而，國內(nèi)外學(xué)者的研究表明，對于具有密集高大建筑物的高分辨率遙感影像，MVLL算法的匹配結(jié)果并不理想，在斷裂地表所對應(yīng)的影像區(qū)域存在誤匹配的問題，大大降低了對于斷裂地表特征處匹配的可靠性與準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多基線立體匹配系統(tǒng)的斷裂特征自適應(yīng)窗口變化方法，能夠識別地表斷裂特征區(qū)域，并改變匹配窗口的位置與形狀，提高匹配窗口的相似性程度，從而提高匹配的可靠性與準(zhǔn)確性。本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種多基線立體匹配系統(tǒng)的斷裂特征自適應(yīng)窗口變化方法，包括以下步驟A :選定待匹配點(diǎn)，利用規(guī)則匹配窗口進(jìn)行物方立體匹配，計(jì)算匹配測度，獲取最佳匹配點(diǎn)位；B :選擇最佳匹配點(diǎn)為當(dāng)前匹配點(diǎn)，利用規(guī)則匹配窗口進(jìn)行MVLL匹配，分析匹配測度結(jié)果，判斷當(dāng)前匹配點(diǎn)是否為地表斷裂特征點(diǎn)，如果是，進(jìn)入步驟C ;如果否，則確定當(dāng)前匹配點(diǎn)不是地表斷裂特征點(diǎn)，并判斷是否為最佳匹配點(diǎn)，如果是最佳匹配點(diǎn)則直接計(jì)算最終匹配高程，完成整個(gè)計(jì)算；如果不是最佳匹配點(diǎn)則舍棄當(dāng)前匹配點(diǎn)，結(jié)束整個(gè)計(jì)算；C:進(jìn)行自適應(yīng)窗口變化，按照方向劃分多個(gè)擴(kuò)展窗口，選定其中一個(gè)擴(kuò)展窗口，逐步增大匹配窗口，并計(jì)算匹配閾值，然后進(jìn)入步驟D ；D:分析計(jì)算出的匹配閾值，并根據(jù)計(jì)算出的匹配閾值計(jì)算匹配點(diǎn)的匹配高程。所述的步驟A還包括以下步驟a:通過線陣CXD成像系統(tǒng)獲取的同一攝影條帶上的前視、下視和后視三張影像；b:在確定定向參數(shù)的條件下，給定地面上一點(diǎn)Pci的平面坐標(biāo)(Xtl, Y0)及近似高程Z。，通常近似高程等于該地區(qū)的平均地面高程；c:保持Ptl的平面坐標(biāo)(Xtl, Y0)不變，以設(shè)定大小的像素DZ為步長，逐步變化高程并向像方投影，尋找各影像上的像點(diǎn)位置；d:計(jì)算并比較各影像上像點(diǎn)之間的相關(guān)測度，將相關(guān)測度最大值所對應(yīng)的像點(diǎn)選做最佳匹配點(diǎn)位，相關(guān)測度計(jì)算公式如下:
權(quán)利要求
1.一種多基線立體匹配系統(tǒng)的斷裂特征自適應(yīng)窗口變化方法，其特征在于:包括以下步驟 A:選定待匹配點(diǎn)，利用規(guī)則匹配窗口進(jìn)行物方立體匹配，計(jì)算匹配測度，獲取最佳匹配點(diǎn)位; B:選擇最佳匹配點(diǎn)為當(dāng)前匹配點(diǎn)，利用規(guī)則匹配窗口進(jìn)行MVLL匹配，分析匹配測度結(jié)果，判斷當(dāng)前匹配點(diǎn)是否為地表斷裂特征點(diǎn)，如果是，進(jìn)入步驟C ;如果否，則確定當(dāng)前匹配點(diǎn)不是地表斷裂特征點(diǎn)，并判斷是否為最佳匹配點(diǎn)，如果是最佳匹配點(diǎn)則直接計(jì)算最終匹配高程，完成整個(gè)計(jì)算；如果不是最佳匹配點(diǎn)則舍棄當(dāng)前匹配點(diǎn)，結(jié)束整個(gè)計(jì)算； C:進(jìn)行自適應(yīng)窗口變化，按照方向劃分多個(gè)擴(kuò)展窗口，選定其中一個(gè)擴(kuò)展窗口，逐步增大匹配窗口，并計(jì)算匹配閾值，然后進(jìn)入步驟D ； D:分析計(jì)算出的匹配閾值，并根據(jù)計(jì)算出的匹配閾值計(jì)算匹配點(diǎn)的匹配高程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多基線立體匹配系統(tǒng)的斷裂特征自適應(yīng)窗口變化方法，其特征在于:所述的步驟A還包括以下步驟 a:通過線陣CXD成像系統(tǒng)獲取的同一攝影條帶上的前視、下視和后視三張影像；b:在確定定向參數(shù)的條件下，給定地面上一點(diǎn)Ptl的平面坐標(biāo)(Xtl,Ytl)及近似高程Ztl，通常近似高程等于該地區(qū)的平均地面高程； c:保持Ptl的平面坐標(biāo)(Xtl, Ytl)不變，以設(shè)定大小的像素DZ為步長，逐步變化高程并向像方投影，尋找各影像上的像點(diǎn)位置； d:計(jì)算并比較各影像上像點(diǎn)之間的相關(guān)測度，將相關(guān)測度最大值所對應(yīng)的像點(diǎn)選做最佳匹配點(diǎn)位，相關(guān)測度計(jì)算公式如下: m η Σ Σ (Si,J— S)(gi + r,j + c — Sr,c) _ / = 1 j-l ^ m nm η Σ Σ fe.1 - S)，' Σ Σ (Si + rj + c - S cf i —I J = I = ] J = I7 m ηI m η —I\ H\一 r￡^ \ ' f 8 = - Σ Σ S1.jSr.c = - Σ Σ SI + r,j + cm.η Pd1m./=i 其中P/,/,為影像Itl和I1上像點(diǎn)之間的相關(guān)測度，gi,j為影像Itl上像點(diǎn)(i，j)的灰度值，Sf i+r,J+c為影像I1上像點(diǎn)(i+r，j+c)的灰度值，g和歹 :為對應(yīng)匹配窗口的灰度均值，r為影像I1與影像Itl上同一像點(diǎn)的橫坐標(biāo)差值，c為影像I1與影像Itl上同一像點(diǎn)的縱坐標(biāo)差值，m和η分別為匹配窗口的長和寬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多基線立體匹配系統(tǒng)的斷裂特征自適應(yīng)窗口變化方法，其特征在于:所述的步驟B還包括以下步驟 e:選擇最佳匹配點(diǎn)為當(dāng)前匹配點(diǎn)，利用規(guī)則窗口進(jìn)行MVLL匹配，計(jì)算相關(guān)系數(shù)最大值P nax、次局部最大值P ' max和比值P 1/2，其中P 1/2= P max/ P ' max ； f:設(shè)定相關(guān)系數(shù)閾值I1=0.4，比值閾值ξ2=1.2，判斷相關(guān)系數(shù)最大值Pmax、次局部最大值P , _和比值P 1/2是否同時(shí)滿足下述條件I
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多基線立體匹配系統(tǒng)的斷裂特征自適應(yīng)窗口變化方法，其特征在于:所述的步驟C還包括以下步驟 g:按照方向劃分多個(gè)擴(kuò)展窗口，擴(kuò)展窗口可按照方向劃分為上、下、左、右四個(gè)擴(kuò)展窗口或上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八個(gè)擴(kuò)展窗口 ； h:首先選定一個(gè)擴(kuò)展窗口，計(jì)算該擴(kuò)展窗口內(nèi)的相關(guān)系數(shù)最大值P _、次局部最大值P , _和比值P 1/2，然后按照設(shè)定的大小擴(kuò)大窗口大小，并計(jì)算該擴(kuò)展窗口內(nèi)的相關(guān)系數(shù)最大值P _、次局部最大值P ' _和比值P 1/2，如果相關(guān)系數(shù)最大值P _和比值P 1/2均增大，則在窗口大小不大于原始窗口1.5倍的前提下，繼續(xù)擴(kuò)大窗口大小，直至相關(guān)系數(shù)最大值Pmax和比值P 1/2均減小為止，記錄此時(shí)相關(guān)系數(shù)最大值Pniax、次局部最大值P ' _和比值P 1/2，然后進(jìn)入步驟D。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多基線立體匹配系統(tǒng)的斷裂特征自適應(yīng)窗口變化方法，其特征在于:所述的步驟D還包括以下步驟1:根據(jù)步驟h中記錄的相關(guān)系數(shù)最大值P _、次局部最大值P ' _和比值P 1/2進(jìn)行判斷， 如果P max< ξ i，則進(jìn)入步驟j ； 如果P _> ξ i，且相關(guān)系數(shù)最大值P _、次局部最大值P ' _和比值P 1/2不滿足條件I時(shí)，則進(jìn)入步驟k; 如果相關(guān)系數(shù)最大值Pmax、次局部最大值P ' _和比值P 1/2不符合上述兩種情況，則進(jìn)入步驟I ; j:將該匹配點(diǎn)標(biāo)記為誤匹配點(diǎn)，然后返回步驟h，選定下一個(gè)擴(kuò)展窗口進(jìn)行計(jì)算； k:將該匹配點(diǎn)標(biāo)記為正確匹配點(diǎn)，計(jì)算匹配點(diǎn)的最終匹配高程，完成整個(gè)計(jì)算過程；1:根據(jù)步驟h中記錄的相關(guān)系數(shù)最大值Pmax、次局部最大值P ' _和比值P 1/2，計(jì)算此擴(kuò)展窗口下匹配點(diǎn)的匹配高程，并將計(jì)算出的匹配點(diǎn)的匹配高程添加在點(diǎn)集{Zd}，然后進(jìn)入步驟m ； m:返回步驟h，選定下一個(gè)擴(kuò)展窗口，直至所有擴(kuò)展窗口計(jì)算完畢，進(jìn)入步驟η ；η:分析點(diǎn)集以丄如果!!^^}〉。^!!^^}為匹配點(diǎn)的斷裂特征經(jīng)過自適應(yīng)窗口變化后的最終 匹配高程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多基線立體匹配系統(tǒng)的斷裂特征自適應(yīng)窗口變化方法，能夠利用規(guī)則匹配窗口進(jìn)行物方立體匹配，并通過MVLL匹配方法獲取地表斷裂特征點(diǎn)，然后利用斷裂特征自適應(yīng)窗口變化方法識別地表斷裂特征區(qū)域，能夠通過改變匹配窗口的位置與形狀，提高匹配窗口的相似性程度，從而提高匹配的可靠性與準(zhǔn)確性。
文檔編號G01C11/00GK103076004SQ20121057883
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者范大昭, 紀(jì)松, 雷蓉, 楊靖宇, 盧俊, 劉楚斌, 張艷, 王濤, 張衡 申請人:范大昭