[发明专利]基于同名直线特征的相对定向方法

说明书

本发明涉及一种基于同名直线特征的相对定向方法。首先，在立体像对上采集同名直线特征；将平行直线特征、垂直直线特征和相交直线特征的相对定向方程联立，线性化，在给定初值的情况下，采用最小二乘平差的方法进行迭代计算，精化并确定两张影像之间的相对位移t和旋转R。本发明在解算过程中，不需要传统的同名点特征，不引入任何附加参数，仅仅依靠同名直线特征之间的相互关系，即可解算两张影像之间的相对位移和旋转；能够解决纹理贫乏区域由于同名点不足而无法准确定向的问题，可应用于城市三维建模、工业摄影测量、Lidar点云数据与航空影像配准等方面。

技术领域

本发明涉及一种相对定向解算方法，尤其是涉及基于同名直线特征的相对定向解算方法。

背景技术

相对定向是恢复立体像对之间的相对位移和姿态的一种方法，是恢复核线几何和相机几何的重要手段，是摄影测量和计算机视觉领域经久不衰的研究热点。立体像对中存在丰富的线特征信息。线状特征除了能描述物体的轮廓外，还可以提供线与线之间的相互位置信息。在影像上的纹理贫乏区域，很难找出可靠的同名点特征，但是同一区域的线特征往往较为明显。因此，与传统的点特征相比，线特征能够比较好地解决纹理贫乏区域同名点稀少而无法准确定向的问题。鉴于上述优势，基于线特征的相对定向已经引起摄影测量领域的关注。

目前，基于线特征的相对定向已经有了一定的发展，可以利用平行四边形、广义Hough变换、极坐标、广义点等方法，将线特征加入相对定向模型，进行最小二乘平差解算。以上方法均以线的几何特征作为约束，对条件方程进行改造。然而，这些方法依旧需要同名点的辅助，不适用于纹理贫乏区域的定向解算，且在计算过程中引入较多的附加参数，造成未知数数目过多、计算量增大、解算困难等问题。同时，以上方法对直线特征的选取存在严格的限制，线状地物需要满足特定的几何约束，造成方法的不通用性。

直线特征是最常见的线特征，常见于房屋、道路、农田、工业零件等。直线与直线的关系一般可以分为三种：平行、垂直和相交。因此，若能充分利用直线间平行、垂直和相交关系，构建新的相对定向模型，应该能够完全摆脱同名点特征的束缚，增强算法的通用性，为相机几何定向等应用服务。

发明内容

本发明主要是解决相机之间的几何定向问题，提出了一种基于同名直线特征的相对定向方法，能够根据同名平行直线特征、同名垂直直线特征以及同名相交直线特征，构建新的相对定向模型，解算相机之间的相对定向参数，包括相机之间的位移t和旋转R。旋转矩阵R通常可以用欧拉角ω,κ表示；位移t通常可以用向量表示(μ,ν,1)^T表示。因此，通常将相对定向元素分为角元素ω,κ，以及线元素μ,ν。相对定向的目的是为了解算相机之间精确的相对定向元素。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于同名直线特征的相对定向方法，其特征在于，将线状地物在立体像对上的灰度特征定义为同名直线特征，具体是：

令L₁，L₂表示两条物方直线，将物方直线L₁反投影到立体像对，在每一张影像上分别对应一条像方的直线；这两条像方直线定义为l₁和l₁'；同理，将物方直线L₂反投影到立体像对，也对应两条像方直线，分别定义为l₂和l₂'；由于像方直线l₁和l₁'对应同一条物方直线L₁，因此直线l₁和l₁'为同名直线；同理，l₂和l₂'也为同名直线；物方直线L₁，L₂在空间中可能存在不同的几何拓扑关系，包括平行关系、垂直关系和相交关系，每一种关系都能够列出一个相对定向方程，为相机几何定向解算服务；