物方面元匹配在倾斜摄影三维重建中的应用

采用传统的最小二乘影像匹配方法匹配倾斜影像时,倾斜影像灰度和几何畸变较大,地物遮挡较多,导致匹配到的同名像点分布不均匀,匹配可靠性较低影响三维重建效果.提出采用物方面元匹配方法对倾斜影像做精化匹配.匹配方法的过程是:首先根据初匹配生成的物点信息,采用物方差分法计算物方面元的法向量方向角;然后根据极限约束估计同名像点坐标,进而前方交会求解物方面元高程初值;最后将物方面元法向量方向角和高程初值带入条件方程,做最小二乘匹配迭代计算,实现倾斜影像同名点匹配.在经过实验验证后发现:本文方法用于倾斜影像匹配时,可提高同名点匹配的可靠性和分布的均匀性.     

基于非固定初始面元的无人机影像点云优化算法

获取平台的不稳定性容易导致无人机影像的几何变形增大。如何高精度匹配这类影像是当前摄影测量与遥感领域的研究热点之一。针对这个问题,提出基于非固定初始面元的无人机点云优化算法,采用差分代替微分计算地物表面局部正切平面的近似法向量,以此为初值建立初始物方面元进行匹配计算,并用两组数据进行实验验证。结果表明,基于非固定初始面元的无人机影像点云优化算法改进了基于物方面元的最小二乘匹配方法,优于基于面元的多视立体匹配(patch-based multi-view stereo matching and reconstruction,PMVS)中的点云优化方法,提高了点云优化的效率和精度。     

融合互补仿射不变特征的倾斜立体影像高精度自动配准方法

提出一种基于最大稳定极值区域(maximally stable extremal regions,MSER)与Harris&Hessian Affine的互补仿射不变特征高精度自动配准算法。算法分3个阶段:①融合MSER与Harris&Hessian Affine互补不变特征,采用最小生成树算法选取一定数量的最优互补特征集合,基于特征的仿射不变信息实现局部图像的仿射与方向归一化,特征匹配采用多层次自适应策略,首先基于SIFT描述符的欧氏距离比率测度获得初始匹配,继而估计影像间的基本矩阵与单应矩阵,然后在双重几何约束下利用归一化互相关(normalized cross correlation,NCC)测度进行扩展匹配,以增加特征匹配数量且最大限度地消除误匹配;②通过最小二乘匹配(least square matching,LSM)使匹配结果达到子像素精度,以提高配准精度,最小二乘匹配的迭代参数初值由同名仿射不变特征间的协方差矩阵与主梯度方位获得;③基于②的匹配结果和投影变换模型,完成影像的高精度配准。针对地面近景倾斜立体影像和无人机倾斜立体影像的试验结果证明了算法的有效性。     

基于有理多项式系数模型的物方面元最小二乘匹配

针对物方面元最小二乘匹配仅适用于单中心投影框幅式成像的匹配制作区域DSM问题,提出基于有理多项式系数（RPC）模型的物方面元最小二乘匹配算法,结合匹配窗口区域内多中心平行投影方式,构建RPC模型下的投影方程,将物方面元最小二乘匹配算法从适用于单中心投影框幅式成像扩展到适用于多中心投影推扫式成像的立体匹配,并用SPOT5-HRG、GeoEye、IKONOS立体影像进行试验验证。试验表明,RPC模型能用于物方面元最小二乘匹配且不损失匹配精度,增加了物方面元最小二乘匹配的应用范围和价值。     

倾斜立体影像自动准稠密匹配与三维重建算法

倾斜影像之间因存在较大几何畸变,已有算法尚难取得可靠准稠密匹配,严重阻碍后续的三维重建。本文提出一种基于仿射不变特征的自动准稠密匹配与三维重建算法。算法分三个阶段:1)种子匹配。先利用仿射不变特征获取初始匹配,在此基础上进行最小二乘匹配(least square matching,LSM),并自适应迭代求取LSM最大收敛区域(maximum convergence region,MCR);2)准稠密匹配。对位于MCR内部的格网点采用透视变换模型的归一化互相关(normalized cross correlation,NCC)测度进行匹配,其余格网点则采用对极几何改正模型的加权差值平方和测度进行匹配,对于匹配结果中可能存在的外点根据几何一致性关系剔除;3)三维表面重建。利用影像定向与共线方程对2)步结果重建三维点云,然后根据三维点云生成三维网格并贴上纹理,得到最后的重建结果。实际的倾斜立体影像实验验证了算法的优越性。     

基于SIFT的宽基线立体影像最小二乘匹配方法

提出基于对极几何和单应映射双重约束的SIFT特征多尺度加权最小二乘匹配算法。算法首先基于特征点的空间分布和信息熵选取一定数量的最优SIFT特征点集,并采用基于奇异值分解(SVD)的SIFT特征匹配、基于SIFT特征尺度和方位信息的自适应归一化互相关(NCC)匹配获得精度较高的初始匹配点用于立体像对的基本矩阵和单应矩阵估计。然后在对极几何和单应映射的双重约束下,基于自适应NCC及距离加权的多尺度最小二乘匹配算法进行扩展匹配并同时保留匹配定位精度较高的原始SIFT特征点对。算法综合应用基于积分影像的NCC快速计算、金字塔影像匹配等方法和策略。最后选取实际的宽基线序列立体影像进行试验并同原始的SIFT特征匹配算法、基于SVD的SIFT算法进行了综合对比分析。结果表明当影像间无显著亮度变化时该方法的匹配性能明显优于现有的方法。     

结合Harris-Laplace与SIFT特征的无人机倾斜影像拼接

针对无人机影像存在仿射变形与阴影问题,本文提出应用Harris-Laplace与SIFT特征的倾斜无人机影像匹配方法。首先,提取具有光照、影像噪声、尺度不变性的Harris-Laplace关键点,并计算关键点的主方向,生成特征点;然后采用SIFT特征描述子对第一步提取的特征点进行表达;最后,采用BBF方法提取初始匹配点对和最小二乘法约束的均方根误差(RMSE)剔除。实验结果表明,该算法在存在仿射变形、高大建筑物阴影的影像匹配表现较好的结果。     

宽基线立体影像Harris-Laplace特征的最小二乘匹配算法

针对宽基线立体影像匹配的困难,本文提出一种基于Harris-Laplace的最小二乘匹配算法.算法基于Harris-Laplace特征检测器获得精度较高的初始特征点,对初始特征点进行NCC匹配,并应用基本矩阵F与单应矩阵H估计剔除误匹配点对,采用距离加权最小二乘匹配算法进行扩展匹配并同时保留定位精度较高的原始Harri...     

基于多视影像匹配模型的倾斜航空影像自动连接点提取及区域网平差方法

自动可靠地获取精确且均匀分布的连接点并进行区域网平差解算,是使用倾斜航空影像进行高精度测绘、三维信息提取和三维城市模型构建等应用的前提。本文提出了一种实用化的大重叠率倾斜航空影像的全自动连接点匹配和联合区域网平差方法。一方面,针对倾斜航空影像因遮挡严重、尺度变化大和几何变形严重而引起的同名点匹配困难问题,充分利用POS数据和平均飞行高度等初始数据,同时顾及这些数据的误差,通过有效组合一种改进的ASIFT算法和基于窗口的多角度多视影像匹配模型(WMVM),使用由粗到细的多分辨率分层匹配策略完成连接点的全自动提取;另一方面,在传统的最小二乘光束法平差的基础上,根据倾斜航空影像数据的特点,提出了基于稳健估值原理的粗差自动探测与剔除关键算法。最后,利用多组典型试验区域的倾斜航空影像数据试验结果验证了所提算法的可靠性、精度和实际性能。     

面向城区宽基线立体像对视角变化的结构自适应特征点匹配

提出一种基于结构自适应特征的城区宽基线影像特征点匹配方法。首先，对影像提取点特征和直线特征，挖掘点特征与其邻域内直线特征之间的几何关系，构建结构自适应的特征区域和特征描述符，并通过双向匹配策略获得初始匹配结果。然后，基于初匹配结果估计影像基础矩阵，构建核线约束的结构自适应特征匹配算法进行二次匹配。最后，将已匹配特征作为控制基础设计匹配扩展算法，进一步增加匹配点数量。本文方法以特征点邻域几何结构为出发点，构建自适应的特征区域，能够在显著的影像视角变化下，为同名特征点提取影像内容一致的特征区域，进而获得相似的特征描述符。试验结果证明，与传统算法相比，本文方法在城区宽基线影像上能够同时获得更多的正确匹配特征和更高的匹配正确率。     

POS辅助和核线约束的倾斜影像匹配方法

针对无人机倾斜影像匹配时,由于冗余数据量大、影像几何变形大和重复纹理导致基于SIFT特征点的无人机倾斜影像匹配效率和可靠性低的问题,本文提出一种基于POS辅助和核线约束的倾斜影像匹配方法。在该方法中,首先利用机载GNSS/IMU设备获取的影像POS数据计算影像间在物方的重叠区域,接着将物方重叠区投影至像方,根据两幅影像的像方重叠率筛选高可靠像对;其次采用SIFT-GPU算法对影像提取特征点,并根据POS数据估计像对间的核线关系;然后在核线约束下,以描述子间的欧氏距离为相似性测度,实现特征点的高效稳健匹配;最后采用RANSAC算法剔除误匹配。通过对两组倾斜影像做匹配试验验证了本文方法的可行性。     

航空倾斜摄影系统多相机姿态安装误差检校

针对航空倾斜摄影系统多相机间相对关系的姿态误差,提出一种利用下视影像密集匹配点云约束的联合平差多相机姿态安装误差检校方法。文中方法以共线方程为基础,通过联立倾斜立体像对连接点、下视影像密集匹配点云数据提供的高程约束虚拟观测值,采用非线性最小二乘SQPM算法求解倾斜影像的外方位元素改正数,从而解算下视相机与倾斜相机间的姿态安装误差。为了保证连接点可靠性,提高虚拟观测值的有效性,采用下视影像密集匹配的点云约束倾斜影像立体连接点匹配和分布优化过程。利用SWDC-5倾斜摄影系统获取的数据进行实验,通过原始姿态检校参数将下视影像生成的密集点云投影至倾斜立体影像上,在像方有22个像素左右的误差,采用文中方法检校后,像方误差减少到0.29个像素。     

多匹配基元集成的多视影像密集匹配方法

针对多视影像密集匹配中的遮挡问题,本文提出一种像方特征点和物方平面元集成的多视影像密集匹配方法。该方法利用规则格网划分的空间平面作为基础,对两种不同形式的匹配基元进行集成。首先通过多视影像上特征点投影范围和平面元位置相互制约,实现特征点和平面元的同时匹配,为后续匹配提供初始可靠的DSM;然后在此基础上,结合铅垂线轨迹法和基于高度遮挡检测方法对平面上规则分布的平面元进行匹配,加密初始匹配结果。最后通过对某地区四张UCX数字航空影像的匹配试验,验证了本文方法的有效性。     

一种具有仿射不变性的倾斜影像快速匹配方法

提出了一种较为快速且具有仿射不变性的倾斜影像匹配方法。通过估算影像的相机轴定向参数计算出初始仿射矩阵,通过逆仿射变换得到纠正影像,对纠正影像进行SIFT匹配。首先利用比值提纯法(NNDR)、归一化互相关(NCC)测度约束和左右一致性检验得到粗匹配点对,由粗匹配点对利用RANSAC方法计算出基本矩阵F和单应矩阵H。匹配时,匹配策略采用最邻近匹配,并利用极线约束、单应矩阵约束、NCC测度约束和主方向差值一致性约束剔除误匹配。通过对三组典型的倾斜影像数据进行试验,试验表明该方法匹配准确率高,匹配点对较为密集、均匀,且效率较高。     

影像连接点均衡化高精度自动提取

针对空中三角测量影像连接点提取中存在的误匹配、点位多而分布不均和点位定位精度低等问题,提出了一种影像连接点均衡化高精度自动提取方法。首先采用分块SIFT技术进行特征的提取与匹配,并利用并查集数据结构进行特征点的高效多视追踪;然后采用提出的物方分块点位筛选算法对点位进行了相对均衡化的择优挑选;最后采用最小二乘匹配技术对得到的SIFT连接点坐标位置进行精化。选取中国嵩山遥感定标场的有人机影像和沙漠地区无人机影像作为试验数据,通过目视检查、像方反投影误差和检查点精度等3个指标进行了分析,结果表明本文方法有效克服了弱纹理和重复纹理导致的连接点提取与匹配困难,并改善了连接点分布的均匀性和提高了连接点的定位精度。     

倾斜立体影像的Shi-Tomasi特征匹配

针对倾斜影像畸变大的现象,提出一种适用于倾斜立体影像匹配的方法。首先采用基于SIFT算法的匹配点对消除影像间的射影失真;然后提取Shi-Tomasi特征并采用多窗口的归一化互相关系数(NCC)计算相似性测度,获得稳定的匹配点对;最后使用两组倾斜影像将该算法同SIFT算法和ASIFT算法进行综合对比分析。实验结果表明,所提算法在正确匹配点对数量、匹配点对分布及匹配精度上均优于其他两种算法。     

融合SIFT与SGM的倾斜航空影像密集匹配

针对倾斜航空摄影特点与匹配处理要求,提出了融合尺度不变特征转换SIFT与半全局匹配SGM的倾斜影像密集匹配方法,包括两个阶段:(1)引入局部二阶矩变换的SIFT倾斜影像稀疏匹配。利用与二阶矩特征值有关的Hessian-Gabor算子提取影像初始特征,通过窗口二阶矩变换及椭圆归一化处理去除特征邻域的仿射变化,使得改进SIFT的特征描述符仿射不变性大大增强,满足宽基线倾斜像对稳健匹配要求的同时并能获得较多的匹配特征作为后续SGM优化计算的路径约束条件;(2)路径受限优化下的SGM倾斜影像密集匹配。以倾斜影像SIFT成功匹配像素的互信息为约束,对SGM的动态规划路径进行分段纠正,减小错误匹配代价的传播并加速最优路径搜索过程;以匹配像素的离散视差信息为基础,基于TPS变换生成良好初始视差图,以提高SGM互信息计算的可靠性并提高计算效率;对理想水平像对下的摄影测量水平核线重排过程进行扩展,整体旋转摄影基线以消除分量BX,BY的影响并建立虚拟"水平"像空间辅助坐标系,从而利用相对定向参数生成沿扫描线方向的"水平"核线影像以满足SGM应用要求。倾斜影像密集匹配试验结果证明了算法的有效性,可为后续摄影测量DSM自动生成或3维快速重建工作提供可靠、逐像素的密集匹配点。     

基于小波影像金字塔的影像自动匹配

数字影像高精度快速匹配是遥感影像3维信息提取的关键技术之一，文中对如何实现数字影像自动化匹配进行了研究，提出了一种基于小波影像金字塔的数字影像自动匹配方法。该方法在生成小波影像金字塔的基础上，利用交叉相关算法实现不同影像金字塔同一层影像间的匹配，利用视差控制将同名点从金字塔高层影像向低层影像进行传递。利用该方法对具体的SPOT影像进行了实验，表明基于小波影像金字塔的数字影像自动匹配方法具有较好的效果。     

数字近景摄影测量中人工标志点快速自动匹配

针对数字近景摄影测量中的人工标志点快速自动匹配问题,提出了一种基于双片空间前方交会的匹配算法。首先,通过计算投影线间的最短距离确定一组初始匹配点;然后通过双片空间前方交会计算相应物方点坐标;最后反求该物方点坐标在其他像片上的像点坐标,通过比较该像点与初始匹配点的坐标差确定同名像点。两组实验均证明,该算法计算速度快,具有高匹配率和低误匹配率。