[发明专利]基于对偶四元数相对定向的图像拼接方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像拼接方法，尤其涉及一种基于对偶四元数相对定向的图像拼接方法，属于测绘技术和图像处理相结合的技术领域。

背景技术

图像拼接技术是指将两幅以上具有一定重叠区域的图像进行匹配对准，经重采样后形成一幅包含各图像序列信息和宽视角场景的完整图像。图像拼接已经成为计算机图形学的研究焦点，并被广泛应用于遥感图像处理、空间探测、医学图像分析、虚拟现实技术、视频压缩和传输、超分辨率重构等领域。

图像拼接的方法有很多种，例如，基于频域的方法和基于时域的方法。通过对比分析可以发现基于频域的方法计算速度较快，适用于具有较小平移量、旋转及尺度缩放的匹配拼接，但在两幅图像中重叠区域较小的情况下拼接结果较差。基于时域的方法又可分为基于区域灰度的方法和基于特征的方法。基于区域灰度的方法是以一幅图像重叠区域中的一块作为模板，在另一幅图像中搜索与此模板灰度相关值最相似的匹配块，这种算法精度较高，但计算量过大，且不能解决图像旋转和缩放后的图像匹配问题。基于特征的方法首先找出两幅图像中的明显特征点，并确定图像间特征点的对应关系，然后利用这种对应关系找到两幅图像间的变换关系。这一类方法不直接利用图像的灰度信息，因而对光线变化不敏感，其健壮性和鲁棒性都很强，如当今流行的SIFT特征提取算法，其对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性，对视角变化、仿射变换、噪声也保持一定程度的稳定性，但它对特征点对应关系的精确程度依赖很大并且计算量大，运算复杂。继而也有一系列的基于特征的优化算法被提出，如基于边缘分类信息的图像拼接方法、基于角点匹配的快速图像拼接方法等，使得图像拼接的质量和速度得到了很好的改善，但是上述的图像拼接方法大都是从如何提高匹配点精度以及运算速度的角度出发，来使得图像拼接算法不断得到优化。它们在建立相邻两张图像的几何关系时都是简单的线性变换或仿射变换模型，均未考虑摄影时相机成像的几何关系，由此带来的图像恢复和拼接的失真度仍未得到有效降解。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种具有更高精度的基于对偶四元数相对定向的图像拼接方法。

基于对偶四元数相对定向的图像拼接方法，包括以下步骤：

步骤A：提取相邻图像的特征点；

步骤B：搜索相邻图像间的同名像点；

步骤C：利用同名像点进行对偶四元数相对定向，求解相邻图像间的相对定向元素；

步骤D：利用求解的相对定向元素计算相邻图像间的坐标变换关系；

步骤E：利用相邻图像间的坐标变换关系相邻图像的重采样和拼接。

优选地，所述步骤C具体包括以下步骤：

步骤C1、选取至少6对同名像点，并获取其坐标（x_1i，y_1i）和（x_2i，y_2i），i=1,2,3...n，n为大于等于6的整数；

步骤C2、建立相对定向数学模型：

用对偶四元数表示左、右影像相对定向的几何关系；每一对同名像点，都满足以下共面条件方程：