[发明专利]一种视角不变局部区域约束的倾斜影像直线特征匹配方法

说明书

本发明涉及一种视角不变局部区域约束的倾斜影像直线特征匹配方法。其依次包括以下步骤：对参考影像和待匹配影像分别提取直线特征，并计算每条直线特征的特征显著性；利用核线关系构造视角不变局部区域，基于视角不变局部区域计算每条直线特征的特征区域；对每条直线特征，在特征区域内计算相位一致性值和方向，为每条直线特征构造相位一致性特征描述符；根据每条直线特征的特征显著性，将显著性值最大的前t％的直线特征作为显著直线特征，其余直线特征作为非显著直线特征；进行显著直线特征匹配；将显著直线特征中未匹配成功的直线特征归入非显著直线特征中；分别在参考影像和待匹配影像上以匹配成功的显著直线特征为聚类中心，将非显著直线特征聚类到显著直线特征类别中；采用非穷举搜索的方式，进行非显著直线特征匹配。

技术领域

本发明涉及遥感影像处理中影像匹配相关技术领域，具体地说是涉及一种视角不变局部区域约束的倾斜影像直线特征匹配方法。

背景技术

倾斜摄影测量能够同时获取地物目标顶面和立面的高分辨率影像，目前已经广泛用于城市建筑物三维模型自动重建与纹理映射、城市规划与监测、应急响应、地籍资料验证与更新等领域中。影像匹配是倾斜摄影测量数据处理的关键科学问题之一，是影像配准、拼接、三维重建、目标检测与跟踪等的基础和核心，在军事和民用领域具有重要应用价值。与传统遥感影像相比，倾斜影像之间存在较大程度的视角变化，使得影像匹配的难度大、可靠性不高。因此，倾斜影像的可靠匹配是国际学术研究与工业应用的难点和热点前沿。

由于倾斜影像分辨率高，影像上绝大多数人工目标，如建筑物、道路等都可以用直线特征来描述。直线特征位于目标轮廓边缘，包含丰富的语义信息和几何意义，能够较好地表达目标结构，反映影像以及目标场景的高层信息。另外，在建筑物顶面、农田等难以获得同名点特征的影像弱纹理区域能够提取大量的直线特征。因此，直线特征适合作为倾斜影像的匹配基元。同时，直线特征匹配在许多应用中都是十分关键的步骤。例如，在三维重建中，尽管目前基于密集匹配生成点云的方法取得了长足的发展，但是当目标区域为城市地区等复杂场景时，由于目标场景的不连续性，在视差断裂处密集匹配同名点的数量较少，精度不高，需要引入直线特征，利用同名直线特征之间可靠的几何关系来实现高精度的三维重建；在影像定向、相机姿态估计和标定等过程中，由于直线特征具有较高的定位精度且能够克服遮挡和阴影等问题，通过匹配同名直线特征可以更好地实现目标对应，求解影像定向和相机姿态参数，获取可靠的影像定向和相机标定结果。因此，可靠的直线特征匹配方法在倾斜影像处理与分析方面具有重要的研究和应用价值。

近年来，研究人员对倾斜影像直线特征匹配进行研究，提出了多种直线特征匹配方法，但这些方法存在以下问题：

(1)一类方法试图仿照点特征匹配方法，先利用直线特征邻域像素灰度信息进行特征描述，然后基于特征描述符相似性进行匹配。但是，由于直线特征长短不一，且同名直线特征端点往往不对应，难以对同名直线特征确定一致性特征区域进行特征描述。此外，传统的规则矩形或圆形特征区域对倾斜影像之间的大视角变化不具备不变性，进一步加大了确定一致性同名特征区域的难度。同名直线特征区域不一致导致在特征区域内计算的特征描述符相似度低，难以匹配；

(2)一类方法利用直线特征与点特征之间的几何位置关系进行直线特征匹配。这类方法需要已知大量的同名点特征作为先验条件，而对于存在大视角变化的倾斜影像，获取同名点特征仍然是一个尚未解决的难点问题，因此此类方法难以用于倾斜影像直线特征匹配；

(3)另外一类方法通过构造直线特征对，利用直线特征对中两条直线交点以及直线之间的几何关系协助直线特征匹配。这类方法通常需要先匹配直线特征交点，得到同名直线特征对，再在对应的同名直线特征对中计算一一对应的直线特征。但是，对于存在大视角变化的倾斜影像，直线特征交点之间的匹配仍然是难点问题，进而限制了此类方法在倾斜影像直线特征匹配中的应用。

发明内容

针对现有技术之不足，本发明提供了一种视角不变局部区域约束的倾斜影像直线特征匹配方法。