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傾斜航攝影像匹配的難點及解決新思路

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2019-02-28


影像匹配是數(shù)字攝影測量與計算機視覺的關(guān)鍵技術(shù)之一,基于灰度和基于特征的影像匹配方法,在航攝項目實際應(yīng)用中,為了獲得高效、高精度和高可靠性的影像匹配效果,兩種方法往往并存于一個系統(tǒng)中。然而,這些方法并不能完美解決傾斜航攝影像的匹配問題。

 

傾斜航攝影像匹配的難點

眾所周知,所有中心投影影像在局部范圍內(nèi)可以近似為仿射變換,而在常規(guī)的航空攝影中,由于航攝飛行平臺姿態(tài)比較穩(wěn)定,且保持垂直攝影,此時的仿射變換可以近似為相似變換。因此,無論是基于灰度的影像匹配還是基于特征的影像匹配方法,均能獲得不錯的匹配效果。

傾斜航攝不同角度的影像采集.jpg

 

但是是在傾斜航攝中,同樣的方法進行影像匹配就出現(xiàn)了問題:

1)傾斜航攝影像間的仿射變換不能近似為相似變換

傾斜航攝是將多個傳感器搭載于一臺飛行器上進行多角度的拍攝,側(cè)視相機與下視相機、側(cè)視相機之間均存在較大的攝影角度差異。使用基于灰度的影像匹配方法時,若不事先對影像匹配窗口進行預(yù)改正,即使是同名像點之間的相似性測度也是一個不確定的值。另一方面,當前大部分特征點提取算子都只能保證相似不變性。

因此,當相鄰影像間的變換關(guān)系為仿射變換時,就難以提取到重復(fù)的特征點,此時的影像匹配理論必失效。

 

2)傾斜航攝影像間存在嚴重的遮蔽現(xiàn)象

從傾斜航攝攝影角度來說,如果航攝項目的攝區(qū)面積大部分是城區(qū),那么遮擋現(xiàn)象就會普遍存在,再加上影像中大多數(shù)航攝區(qū)域都是人工地物,這對特征提取非常不利。

另外,遮擋現(xiàn)象的會形成大量影像遮蔽區(qū)域,即使采用具有仿射不變性的特征提取算子,提取到的特征點也難以均勻分布。

 

2)傾斜航空攝影主要用于城市三維建模,以自然地物為主的特征點在影像中表現(xiàn)出穩(wěn)定的重復(fù)率,而人工地物由于形狀規(guī)則,其邊緣在影像中表現(xiàn)為高頻成分,這部分特征往往不穩(wěn)定。就城區(qū)而言,高樓林立,再加上傾斜航攝影像自身的幾何特性,更加劇了影像匹配的難度。

 

傾斜航攝影像匹配的新思路

 

采用影像糾正的匹配方法除了對輸入數(shù)據(jù)有較高的要求之外,在影像匹配精度上同樣會存在一些問題,顯然不是傾斜航攝影像自動量測的最佳解決方案。

 

1.基于圖匹配的傾斜航攝影像匹配方法

對于存在仿射變形的傾斜航攝影像的匹配問題,可以首先使用仿射不變特征提取算子(如聯(lián)合使用 Hessian 和 Harris 特征)提取特征點,然后使用三階圖匹配算法去匹配這些特征點,從而解決傾斜航攝影像的匹配問題。

 

2.基于三視張量的誤匹配點自動剔除方法

誤匹配點剔除是影像匹配過程中一個必不可少的重要環(huán)節(jié)。

對常規(guī)航攝影像而言,初始值的獲取比較容易,但對于傾斜航攝影像,在沒有任何先驗知識的情況下,很難獲取到位于收斂域范圍內(nèi)的初始值。另一方面,迭代次數(shù)與粗差和初始值精度密切相關(guān),當粗差率較高、初始值較差時,迭代時間會加長,收斂速度會很慢。因此,在傾斜航攝影像的誤匹配點檢測中,常常使用基于 RANSAC 粗差檢測框架的粗差探測方法。


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