[发明专利]一种城市地区航空影像角特征匹配方法

说明书

技术领域

本发明属于测绘科学与技术领域，涉及一种城市地区航空影像角特征匹配方法，主要应用于航空影像自动空中三角测量、高精度DSM自动生产以及真正射影像生产等领域。

背景技术

影像匹配是航空影像空中三角测量的重要步骤，其中主要为同名点特征匹配。现有的影像点特征匹配如灰度相关系数匹配、SIFT匹配等算法根据以特征点为中心一定范围内的全部影像纹理信息建立一定的相似性测度进行同名特征点匹配，对于地形较为连续区域的影像匹配具有十分理想的效果。然而，对于大比例尺城市地区航空影像，由于建筑物的大量存在产生了大量地形不连续区域。在建筑物密集处无法获得足够的地面匹配点，且在建筑物屋顶处往往由于纹理较为缺乏而很难匹配获得同名点，从而导致影像匹配点分布不均匀以及同名点数量不足，不利于后续航空影像区域网平差的顺利进行。考虑到建筑物角点为理想的特征点，但是由于建筑物角点位于视差不连续区域，左右影像上以同名角点为中心的影像窗口仅在屋顶一侧具有相同的纹理，而在屋顶外侧由于投影差的影像造成纹理不一致，故用传统的点特征匹配算法无法成功进行角点特征的匹配。

发明内容

本发明的目的是提供一种城市地区航空影像角特征匹配方法，克服城市地区航空影像匹配过程中因视差不连续、屋顶纹理缺乏等导致的同名点匹配困难问题，可以为城市地区航空影像空三提供稳健的同名点信息。

本发明的技术方案为一种城市地区航空影像角特征匹配方法，包括以下步骤：

步骤1，输入左、右两张航空影像以及两航空影像的初始内外方位元素；

步骤2，分别在左、右两张航空影像上提取建筑物的角特征，包括先在航空影像上提取直线特征，然后根据直线特征提取角特征，每个角特征由两条具有相邻端点且近似垂直的直线段组成，这两条直线段的交点为角特征的角点，并按照从起始边到终止边沿逆时针的夹角小于180度的原则确定角特征的起始边和终止边；

步骤3，对于步骤2在左影像上提取的所有角特征，逐个进行以下匹配操作，直至左影像上的所有角特征匹配完毕，

对于左影像上一个待匹配的角特征，根据两航空影像的初始内外方位元素计算角点在右影像上对应的核线，将右影像上的核线上下扩展一定范围构成右影像上的搜索区，对于右影像上所有落入搜索区内的角特征，逐一与左影像上待匹配的角特征进行同名角特征初始匹配，获得候选同名角特征；

对于左影像上待匹配的角特征和各候选同名角特征，分别结合角特征所处位置的影像灰度信息进行同名角特征精匹配，得到左影像上待匹配的角特征和各候选同名角特征之间的相关系数，取相关系数最大且大于预设相关系数阈值的角特征对作为最终的同名角特征对。

而且，进行同名角特征初始匹配的实现方式为，对于左影像上待匹配的角特征和右影像上落入搜索区内的一个角特征，以两个角特征的起始边或两个角特征的终止边为同名边，分别进行以下操作，

采用旋转、平移及缩放变换模型计算两个角特征之间的坐标变换参数，将右影像上的角特征变换至左影像上待匹配的角特征坐标系下，坐标变换后两角特征的同名边相互重合，然后计算两个角特征的端点间距；

当所得两个端点间距中最小值小于距离阈值时得到一个候选同名角特征。

而且，进行同名角特征精匹配的实现方式为，对于左影像上待匹配的角特征和右影像上的一个候选同名角特征，分别对两个角特征获得各自的1/4有效窗口和3/4有效窗口，在两个角特征的1/4有效窗口之间根据影像灰度信息进行匹配计算相关系数C_1/4，在两个角特征的3/4有效窗口之间根据影像灰度信息进行匹配计算相关系数C_3/4，取相关系数C_1/4和C_3/4中的最大值作为两个角特征之间的相关系数。

而且，对某角特征获得相应1/4有效窗口和3/4有效窗口的实现方式如下，

步骤4.1，以角特征的起始边为x轴，以角特征的角点为坐标原点O，建立直角坐标系统Oxy，并采用仿射变换模型将角特征的另外一条边等长纠正到y轴上，计算变换前角特征与新坐标系统Oxy之间的变换参数；

步骤4.2，以直角坐标系统Oxy的坐标原点O为中心，根据预设尺寸取影像窗口，直角坐标系统Oxy的x轴和y轴分别与影像窗口的两条边平行，按照步骤4.1所得变换参数依次计算影像窗口中每一像素点经过坐标变换后在角特征所在影像上的坐标，根据该坐标值在该影像上内插获得像素灰度值，得到纠正后的影像窗口；