[发明专利]基于空间位置预测的月面影像图同名像点匹配方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机图形学和地理信息系统的技术领域，涉及航(卫)片的同名像点匹配，特别是涉及月面三维地形重建过程中，对航(卫)片中提取的特征点进行同名像点匹配的方法。

背景技术

“嫦娥一号”卫星的发射成功，引起了国际政治、军事和学术界的高度关注，它的任务之一就是获取月球表面获取月球表面三维影像。

同名像点匹配是实现由影像自动构建月面三维地形的一个关键技术，目的是建立三维空间中同一点在两幅待匹配图像中的对应关系。同名像点匹配问题一直是计算机视觉中的瓶颈问题，主要困难在于各图像之间在成像条件、噪声影响、遮挡效应甚至后期图像处理等方面不可避免地存在着差异，这些差异造成同一景物在不同图像上呈现的灰度、形状、大小不同，最终导致三维空间中同一点在两幅待匹配图像中难以匹配成功。这些难点导致同名像点匹配算法多种多样，目前这些算法可分为三类：区域匹配、特征匹配和相位匹配。但是每类算法都是针对匹配技术的特定问题进行探讨，具有不同的优缺点。区域匹配利用图像上局部相关性来确定两个对应点的匹配，具有计算简单，定位精度高和可以得到连续的视差图等优点，但该算法计算量大，速度慢，易受畸变、噪声等因素影响，对重复纹理区域和存在遮挡现象的区域，匹配效果不好。特征匹配通过对特征属性的简单比较而实现，具有较强的抗干扰性，计算量小，速度快，灵活等优点，但特征提取和定位过程直接影响匹配结果的精度，只能得到稀疏的视差图。相位匹配假定像对中对应点的局部相位是相等的，适于并行处理，对几何畸变和辐射畸变有很好的抑制能力，可获得亚像素级精度的致密视差图，但条件必须是两个摄像头的核线平行且局部结构假设要成立。

在月面三维地形重建中，由于CCD立体相机获取月球表面影像的过程特点和月球表面地形地貌特点的原因，造成月面影像本身具有一定的独特性特点，比如存在很多大面积阴影区域和高光区域。这也使得月面影像的同名像点匹配与一般同名像点匹配相比存在一定的差异。

发明内容

本发明的目的是解决月面三维地形重建过程中影像之间的同名像点匹配问题，提出一种基于空间位置预测的月面影像图同名像点匹配方法。

本发明基于空间位置预测的月面影像图同名像点匹配方法是针对“嫦娥一号”卫星拍摄的CCD三线阵(分别为前视(F)、正视(N)、后视(B))图像进行，采用了空间位置预测进行同名像点的匹配，具体实现方案如下：

1)初始匹配：根据两幅影像成像时相机的位置和姿态，针对N影像上的特征点，预测F(或B)影像上同名像点的大致位置和误差范围，在以F(或B)影像上同名像点的大致位置为中心，误差范围为直径的窗口内，对分布稀疏、携带信息量大的三类特征点：大面积阴影区域中心、大面积高亮区域中心、阴影中心与亮度中心的连线中心，进行特征匹配。

其中预测F(或B)图特征点的方法是，根据N图特征点的成像时间t得到当时卫星位置Pn，然后根据F图和B图与N图成像时分别有向前、向后的16.7度倾角，计算得点Pn在F图和B图大致位置。因为大面积阴影区域中心、大面积高亮区域中心、阴影中心与亮度中心的连线中心具有携带信息多、分布稀疏、在局部区域具有唯一性特点，设定较大的匹配窗口。

2)引导匹配：用初始匹配得到的同名像点拟合N、F(或B)两幅影像的视差曲线，针对N影像上的特征点，通过视差曲线预测F(或B)影像上同名像点的大致位置，在以预测得到的F(或B)影像上同名像点的致位置为中心，直径很小的窗口内，对阴影中心、亮度中心进行特征匹配。

其中视差曲线是以N图列坐标y为自变量的二次曲线，分别为：