[发明专利]结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法与系统

说明书

本发明公开了结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法及系统，方法包括步骤：S100提取待匹配图像对的特征点与特征直线，对特征点进行初步匹配；S200对待匹配图像对划分网格，将特征点和特征直线归属到各网格；S300从特征点初始匹配集中筛选同名点对，同名点对分别所在的网格构成同名匹配区域，分别记为第一网格和第二网格；S400求解同名点对所在同名匹配区域的单应性矩阵；S500利用单应性矩阵将第一网格中特征直线l₁变换到第二网格，得到同名直线；S600从第二网格特征直线中筛选与同名直线满足几何约束的特征直线。经实验验证，利用本发明方法进行直线段匹配，耗时不到3秒，匹配精度高达99％。

技术领域

本发明属于计算机视觉图像处理技术领域，具体涉及结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法与系统。

背景技术

特征匹配是计算机视觉领域最基础、最活跃的研究领域之一，它已被广泛应用于许多视觉应用中，如三维重建，目标检索等。现有的匹配方法多依靠特征点和特征直线，对于影像纹理信息匮乏的情况，直线特征匹配相较于点特征匹配具有更加丰富的属性信息，如方向、位置、直线之间的距离等，因此将直线特征作为匹配基元具有更高的可靠性。许多专家学者对于匹配的研究也逐渐转入了对直线的研究，因此提出了一系列较为成熟的方法，如SIFT、SURF、ORB、GMS等其他变形方法。但研究重心主要包括以下三类。第一类是基于直线自身的几何属性(如长度、梯度、邻域信息等)，该类方法通常需依靠同名点约束，核线约束，三角网约束，单应矩阵约束等约束条件完成直线匹配；如结合区域约束以及核线、单应性矩阵等多重约束实现的特征直线匹配。第二类是构建特征直线描述子，依靠相似性度量来实现特征直线的匹配。第三类是利用几何信息对特征直线对进行整体匹配，如依靠特征直线对交点与相邻同名特征点之间的几何关系来实现的特征直线匹配。

目前已有公开方法在处理视差变化较大的影像以及存在几何变形的影像时表现略有不足，主要表现为：

1)由于弱纹理、尺度变化等多重影响，易出现直线断裂、直线变形等问题；

2)未兼顾邻域直线间的相关性和点线特征的空间相关性，使得匹配结果不够理想；

3)方法多依赖深度学习，对于数据集的要求以及硬件设备要求较高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明兼顾邻域直线间的相关性和点线特征的空间相关性，提供了结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法与系统，该方法不仅可以大幅提高直线特征匹配的准确率，而且还具有良好的鲁棒性和普适性。

本发明提供的结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法，包括：

S100提取存在重叠区域的待匹配图像对的特征点与特征直线，对特征点进行初步匹配，获得特征点的初始匹配集；

S200对待匹配图像对分别划分网格，基于位置信息将特征点和特征直线归属到各网格；

S300从特征点初始匹配集中筛选同名点对，同名点对分别所在的网格构成同名匹配区域，分别记为第一网格和第二网格；

其中，筛选同名点对具体为：依次读取初始匹配集中各匹配点对，判断匹配点对的邻域匹配点对数是否大于预设阈值，大于预设阈值的匹配点对即同名点对；匹配点对的邻域匹配点包括：匹配点对所在网格内的其他匹配点，以及匹配点对邻域网格内的匹配点对；

S400基于同名点对求解同名点对所在同名匹配区域的单应性矩阵；

S500利用单应性矩阵将第一网格中特征直线l₁变换到第二网格，得到同名直线；

S600从第二网格特征直线中筛选与同名直线满足几何约束的特征直线，若存在满足几何约束的特征直线l₂，即l₂与l₁构成匹配直线对。