[发明专利]一种缩小多视影像匹配同名像点搜索范围的方法

说明书

本发明公开了一种缩小多视影像匹配同名像点搜索范围的方法，该方法首先确定初始候选同名像点集合；其次以待匹配像点及其初始候选同名像点集合中的所有候选点为观测数据，进行多视前方交会平差计算，并根据平差结果计算各组候选同名像点的标准化残差；最后根据候选像点的标准化残差分布图、及待匹配像点的实际同名像点位置，对初始候选同名像点集合进行迭代精化处理，获得可以反映多视影像中同名像点位置特征的定量化数值指标，以及区间长度大大缩小的同名像点搜索范围。本发明方法可用于多视影像匹配的同名像点精确搜索，从而大幅减少影像匹配过程中候选同名像点的搜索个数，提高多视影像密集匹配的计算效率和准确率。

技术领域

本发明属于数字摄影测量、地理信息系统和计算机视觉技术，具体涉及一种缩小多视影像匹配同名像点搜索范围的方法。

背景技术

摄影测量作为利用影像研究被摄物体的形状、位置、大小、特性及相互位置关系的一门科学，一直是三维地理空间信息获取的主要技术手段，并被广泛应用于基础测绘、地理国情监测、资源环境调查、城市规划和智慧城市建设等国民经济建设和社会发展中的众多领域。在摄影测量的数据后处理中，多视影像匹配是一个关键步骤，其目的是自动寻找同一地物在多幅影像上的同名像点。而多视影像匹配获取的同名像点则是自动空中三角测量、地理信息采集、三维场景重建等摄影测量数据处理环节的重要数据基础。另外，多视影像匹配在视频数据处理、多源数据融合、机器人视觉导航等应用中也具有重要的作用。因此，影像匹配一直是数字摄影测量与计算机视觉领域的热点研究问题。

多视影像匹配包含两个基本问题：匹配相似性测度的计算与同名像点搜索范围的确定。匹配测度是判断多幅影像上的不同像点是否为同名像点的依据，会对多视影像匹配的准确率与稳健性产生重要的影响。同名像点搜索范围决定了参与匹配计算的候选同名像点的数量，其值的大小会对多视影像匹配的可靠性与计算效率产生重要的影响。目前，现有影像匹配方法的研究重点是如何利用局部匹配窗口内的像方信息(灰度值，特征向量等)和引入各种约束条件(核线，平面单应性，像点之间的邻接关系等)，来提高匹配测度的稳健性与约束同名像点的搜索范围。但是，像方信息不具有唯一性和不变性特点，无法构建能唯一地表达同名像点的独特特征。另外，由于遮挡、几何变形等因素的影响，匹配窗口中的像点也常常不满足平面单应性、空间关系保持等约束条件。因此，现有影像匹配方法无法克服影像中“同物异谱”或“同谱异物”现象带来的匹配测度歧义性问题，及地物遮挡与透视失真因素造成的像点间空间关系变化问题；在处理影像中纹理重复、弱纹理、视差不连续、几何变形等匹配困难区域时，存在着匹配率低、匹配结果可靠性差等缺陷。

那么，多视影像中的同名像点位置是否存在某种独特的规律？是否有某种数值指标能独特地指示同名像点的位置？如何定量描述同名像点的这种位置规律？这种规律是否可以用于进一步精化多视影像匹配过程中的同名像点的搜索范围或唯一地确定同名像点？这些问题的研究对于解决现有影像匹配方法的缺陷具有重要的意义。

发明内容

发明目的：本发明的目的是针对多视影像匹配过程中的同名像点精确搜索问题，基于测量平差系统的可靠性理论，提供一种缩小多视影像匹配同名像点搜索范围的方法，以得到反映多视影像中同名像点位置特征的数值指标，从而为大幅降低候选同名像点的搜索个数提供方法支撑。

技术方案：一种缩小多视影像匹配同名像点搜索范围的方法，包括如下步骤：

(1)对于基准影像上的待匹配像点通过影像的几何成像模型和物方高程信息，确定其在搜索影像上的具有统一编组规则的初始候选同名像点集合；

(2)以待匹配像点及其初始候选同名像点集合中的所有候选点为观测数据，基于多视前方交会原理，进行针对同名像点未知物方三维坐标的最小二乘平差计算，并根据多视前方交会的平差结果，计算各组候选同名像点的标准化残差；

(3)根据候选像点的标准化残差分布图、及待匹配像点的实际同名像点位置，对初始候选同名像点集合进行迭代精化处理；