[发明专利]一种基于物方面元的空地影像匹配方法

说明书

本发明涉及一种基于物方面元的空地影像匹配方法。首先分别利用同视角下的影像匹配获得地物三维点云，地面影像匹配获得地面视角的点云，空中影像匹配获得空中视角的点云；以两组点云为基础建立初始面元，依据参考影像根据光度一致性对面元进行优化，将优化后的面元投影到影像上获取对应的纹理；在这些物方面元上建立SIFT描述子，将空中影像的面元和地面影像的面元进行匹配，匹配得到的面元中心点可反算回影像中，由此获得空中影像与地面影像的匹配点对。此方法通过建立地物表面的物方面元，将空地影像的大视角变化、大尺度变化通过物方面元尽可能的减小消除，从而获得高精度的匹配点对。

技术领域

本发明属于图像匹配领域，特别是涉及一种基于物方面元的空地影像匹配方法。

背景技术

在计算机视觉中，图像同名点的获取是大部分工程的基础，同名点匹配的精度直接影响工程的最终效果。现有的图像匹配方法主要有SIFT匹配算法、ASIFT匹配算法，Harris算法。

Harris算法具有旋转不变性，对于图像灰度的仿射变化具有部分的不变性，但其对尺度较为敏感，不具备几何尺度不变性。

SIFT算法对旋转、尺度缩放、亮度变化保持不变性，对视角变化、噪声等也存在一定程度的稳定性，但大视角变化下的匹配效果较差。

ASIFT(Affine SIFT)算法，通过模拟所有成像视角下得到的图像进行特征匹配，可以很好地处理视角变化的情况，尤其是大视角变化下的图像匹配，但对于尺度相差较大的图像匹配效果仍不理想。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于物方面元的空地影像匹配方法。通过该方法，可以对视角、尺度相差较大的空地影像进行特征匹配，保证三维重建过程中，目标地物的三维模型各个视角的完整，弥补仅有空中影像时地面信息错漏造成模型出现漏洞或纹理缺失的问题或仅有地面信息时，空中视角下模型存在空洞、不完整的问题。有效融合利用空中地面两种不同视角的影像信息。

为了达到上述目的，本发明的一种基于物方面元的空地影像匹配的方法，将大视角、尺度差异巨大的影像匹配问题转化为物方面元优化问题，将不同影像统一投影到真实物方面元，通过物方面元的优化减小不同影像间视角与尺度的影响，并通过物方面元的匹配间接匹配空地影像。

具体的，本发明方法包括如下步骤：

步骤1，获取目标地物地面、空中影像数据，使用Agisoft MetashapeProfessional对影像分组进行空中三角测量，获得空中影像和地面影像的相对位置关系；使用CMVS-PMVS建立初始物方面元；使用真实地物尺度对物方面元大小进行引导；物方面元的表达式如公式(1)所示：

a(X-X_c)+b(Y-Y_c)+c(Z-Z_c)＝0 (1)

(a,b,c)为法向量；

(X_c,Y_c,Z_c)为物方面元的中心点；

设置物方面元为2mx2m的大小，规定面元为100x100大小的栅格；

步骤2，对物方面元进行位置和角度的优化，消除减小地面影像与空中影像视角尺度相差过大的问题

使用nlopt::LN_BOBYQA算法进行非线性优化，优化时对面元的角度限制设置为max_angle＝79.9999、min_angle＝-79.9999；

根据物方点对应的可视影像，通过计算物方面元投影到影像上的纹理计算ncc系数，不同影像投影到物方面元的光度一致性大于阈值(ncc_threshold＝0.85)时，判断物方面元重建成功：nccncc_threshold；