[发明专利]基于仿射不变特征与单应矩阵的线匹配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种遥感影像的匹配方法，特别是涉及一种基于仿射不变特征与单应矩阵的线匹配方法。

背景技术

采用线特征作为匹配基元，在一些特定应用中具有明显的优势，如在建筑物三维重建中(Habib 1998)。这是因为：影像上建筑物包含大量直线段；直线段容易被检测且多具有明确物理意义；线特征相对点特征具有更多可描述的几何约束，更为可靠。

然而，相对点匹配，线段匹配技术上更为困难，主要原因在于(Schmid and Zisserman 1997;Baillard and Zisserman 2000)：（1）从影像上提取线段，线段大多断裂，且线段之间的拓扑关系已经丢失；（2）点匹配有核线几何这样很强的约束关系，而线匹配缺乏这样的约束关系。

目前国际上的数字摄影测量系统大多是通过核线几何约束进行同名点搜索，然而核线约束也不能提供特征点的一一对应关系。有研究人员提出利用同名像点构成三角网约束同名直线搜索范围，该方法需要预先三角网化，效率不高。

在多视几何中，单应矩阵表示两个平面之间的可逆齐次变换，已广泛应用于视觉测量、摄像机标定、三维重建、图像拼接等领域，并在其中扮演了极其重要的角色。在计算机视觉领域，理论上单应矩阵只能应用于两个平面之间的特征传递，但在摄影测量与遥感领域，对于航空影像或卫星影像而言，由于地形的起伏或者地物的高差相对于航高非常小，单应矩阵也是适用的(Schmid and Zisserman 1997)。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出一种可以提高线段匹配准确率的基于仿射不变特征与单应矩阵的线匹配方法，实现遥感影像对的线段自动匹配。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于仿射不变特征与单应矩阵的线匹配方法，包括以下步骤:

步骤1、获取遥感影像对间的最优单应矩阵——基于仿射不变特征匹配的RANSAC迭代算法，获取遥感影像对间的最优单应矩阵；

步骤2、传递遥感影像对之间的线段——分别提取遥感影像对中的线段获得线段图，并以步骤1得到的最优单应矩阵为约束，以其中一个线段图为主片，另一线段图为从片，将从片上的线段传递到主片上，其中主片上的原有线段为主片线段，从片传递到主片的线段为从片线段；

步骤3、确定主片线段对应的疑似同名线段组——遍历所有主片线段，根据主、从片线段之间的方向、距离和重叠度，找到从片线段中与主片线段对应的所有疑似同名线段，构成该主片线段的疑似同名线段组；

步骤4、确定从片线段对应的疑似同名线段组——遍历所有从片线段，根据主、从片线段之间的方向、距离和重叠度，找到主片线段中与从片线段对应的所有疑似同名线段，构成该从片线段的疑似同名线段组；

步骤5、剔除误匹配——将步骤3获得的主片线段与其疑似同名线段之间的对应关系和步骤4中从片线段与其疑似同名线段之间的对应关系进行比较，当主片线段L与从片线段L＇在步骤3、步骤4中均存在对应关系，则所述的主片线段L与从片线段L＇匹配成功，否则剔除主片线段L与从片线段L＇的匹配关系。

本发明的创新点在于：针对线匹配中缺乏如同点匹配中核线几何那样的有效几何约束的问题，引入单应矩阵约束作为线段匹配的几何约束，以弥补线段匹配中缺乏强有力几何约束的情况，并提出了一种基于单应矩阵约束的线段自动匹配方法，通过单应矩阵的约束实现了影像间线段的传递与套合，降低了同名线段搜索难度，提高了匹配准确率；并在初步匹配完成后，反向搜索同名线段，从而能够剔除误匹配，进一步提高了匹配准确率。

本发明以单应矩阵为约束进行线段匹配，那么准确的单应矩阵是后续处理的关键。一对遥感影像间要获得准确的单应矩阵，需要确保在匹配过程中没有错误匹配，并尽可能的保留正确匹配。利用本专利发明人提出的ED-MSER算法(Cheng et al.(2008),robust affine invariant feature extraction for image matching,IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters,5(2))，对遥感影像进行仿射不变特征提取，进而特征匹配，对于视角变化不大、纹理良好、重叠大的影像可以取得相当好的效果，匹配成功率很高。然而，当面临视点角度变化大、重叠度小、纹理困难影像时，匹配成功率依然不够理想，一些误匹配依然存在。因此遥感影像间单应矩阵的估计是本发明中线段匹配的关键，本发明在步骤1中提出了一种基于仿射不变特征匹配的RANSAC迭代算法，实现了单应矩阵的准确、可靠获取,具体方法如下：