专利名称：多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法
技术领域：
本发明涉及一种多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法。
背景技术：
在摄影测量领域，影像匹配的本质是在不同影像上量测或者获取同名点(同名特征)，这与计算机视觉中对于影像匹配的认识相一致，即对应性问题。传统摄影测量是由作业员的“双目”通过立体观测来量测同名点，在进入数字摄影测量以后，影像自动匹配问题视为摄影测量的基本任务。计算机视觉和摄影测量领域对单立体像对的影像匹配技术做出了大量卓有成效的研究，但仍有很多难题没能解决，如几何变形、特征相似、遮挡与地表断裂等问题。当三维场景被投影为二维影像时，由于深度和遮挡造成了同一物体在不同视角的影像中存在信息丢失现象，且不同物体可能具有相似的形状、大小或背景，造成了影像匹配困难。此时，传统“单立体”影像匹配方法容易出现“病态解”，大大地降低了匹配结果的精度与可靠性。因此，影像匹配不只是一个的“算法”，而是需要一个解决上述矛盾的“系统化”方案。随着大(多)重叠度数码摄影、三线阵相机的广泛运用，大量影像数据可直接用于影像匹配。在此基础上，多基线立体匹配系统得到了快速发展。该系统能够利用冗余影像数据，最大限度减少信息盲区，将单立体(两度重叠)匹配的“病态解”转化为多立体(多度重叠)匹配的“确定解”，是当前影像匹配技术研究与发展的热点，也是数字摄影测量摆脱传统问题束缚，加速全自动化进程的关键。在多基线立体匹配系统中多视铅垂线轨迹模型”(Multiple-view VLL，MVLL)属于基本的物方多基线立体匹配方法模型。MVLL模型借用VLL模型的基本思想，在影像核线的几何约束下，综合利用多张重叠影像信息，计算匹配窗口内的相关数据信息，较好地解决了相似特征、遮挡特征等传统单立体影像匹配瓶颈问题，极大地提高了影像匹配的可靠性与成功率。然而，国内外学者的研究表明，对于具有密集高大建筑物的高分辨率遥感影像，MVLL算法的匹配结果并不理想，在断裂地表所对应的影像区域存在误匹配的问题，大大降低了对于断裂地表特征处匹配的可靠性与准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法，能够识别地表断裂特征区域，并改变匹配窗口的位置与形状，提高匹配窗口的相似性程度，从而提高匹配的可靠性与准确性。本发明采用下述技术方案一种多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法，包括以下步骤A :选定待匹配点，利用规则匹配窗口进行物方立体匹配，计算匹配测度，获取最佳匹配点位；B :选择最佳匹配点为当前匹配点，利用规则匹配窗口进行MVLL匹配，分析匹配测度结果，判断当前匹配点是否为地表断裂特征点，如果是，进入步骤C ;如果否，则确定当前匹配点不是地表断裂特征点，并判断是否为最佳匹配点，如果是最佳匹配点则直接计算最终匹配高程，完成整个计算；如果不是最佳匹配点则舍弃当前匹配点，结束整个计算；C:进行自适应窗口变化，按照方向划分多个扩展窗口，选定其中一个扩展窗口，逐步增大匹配窗口，并计算匹配阈值，然后进入步骤D ；D:分析计算出的匹配阈值，并根据计算出的匹配阈值计算匹配点的匹配高程。所述的步骤A还包括以下步骤a:通过线阵CXD成像系统获取的同一摄影条带上的前视、下视和后视三张影像；b:在确定定向参数的条件下，给定地面上一点Pci的平面坐标(Xtl, Y0)及近似高程Z。，通常近似高程等于该地区的平均地面高程；c:保持Ptl的平面坐标(Xtl, Y0)不变，以设定大小的像素DZ为步长，逐步变化高程并向像方投影，寻找各影像上的像点位置；d:计算并比较各影像上像点之间的相关测度，将相关测度最大值所对应的像点选做最佳匹配点位，相关测度计算公式如下:
权利要求
1.一种多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法，其特征在于:包括以下步骤 A:选定待匹配点，利用规则匹配窗口进行物方立体匹配，计算匹配测度，获取最佳匹配点位; B:选择最佳匹配点为当前匹配点，利用规则匹配窗口进行MVLL匹配，分析匹配测度结果，判断当前匹配点是否为地表断裂特征点，如果是，进入步骤C ;如果否，则确定当前匹配点不是地表断裂特征点，并判断是否为最佳匹配点，如果是最佳匹配点则直接计算最终匹配高程，完成整个计算；如果不是最佳匹配点则舍弃当前匹配点，结束整个计算； C:进行自适应窗口变化，按照方向划分多个扩展窗口，选定其中一个扩展窗口，逐步增大匹配窗口，并计算匹配阈值，然后进入步骤D ； D:分析计算出的匹配阈值，并根据计算出的匹配阈值计算匹配点的匹配高程。
2.根据权利要求1所述的多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法，其特征在于:所述的步骤A还包括以下步骤 a:通过线阵CXD成像系统获取的同一摄影条带上的前视、下视和后视三张影像；b:在确定定向参数的条件下，给定地面上一点Ptl的平面坐标(Xtl,Ytl)及近似高程Ztl，通常近似高程等于该地区的平均地面高程； c:保持Ptl的平面坐标(Xtl, Ytl)不变，以设定大小的像素DZ为步长，逐步变化高程并向像方投影，寻找各影像上的像点位置； d:计算并比较各影像上像点之间的相关测度，将相关测度最大值所对应的像点选做最佳匹配点位，相关测度计算公式如下: m η Σ Σ (Si,J— S)(gi + r,j + c — Sr,c) _ / = 1 j-l ^ m nm η Σ Σ fe.1 - S)，' Σ Σ (Si + rj + c - S cf i —I J = I = ] J = I7 m ηI m η —I\ H\一 r￡^ \ ' f 8 = - Σ Σ S1.jSr.c = - Σ Σ SI + r,j + cm.η Pd1m./=i 其中P/,/,为影像Itl和I1上像点之间的相关测度，gi,j为影像Itl上像点(i，j)的灰度值，Sf i+r,J+c为影像I1上像点(i+r，j+c)的灰度值，g和歹 :为对应匹配窗口的灰度均值，r为影像I1与影像Itl上同一像点的横坐标差值，c为影像I1与影像Itl上同一像点的纵坐标差值，m和η分别为匹配窗口的长和宽。
3.根据权利要求1或2所述的多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法，其特征在于:所述的步骤B还包括以下步骤 e:选择最佳匹配点为当前匹配点，利用规则窗口进行MVLL匹配，计算相关系数最大值P nax、次局部最大值P ' max和比值P 1/2，其中P 1/2= P max/ P ' max ； f:设定相关系数阈值I1=0.4，比值阈值ξ2=1.2，判断相关系数最大值Pmax、次局部最大值P , _和比值P 1/2是否同时满足下述条件I
4.根据权利要求3所述的多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法，其特征在于:所述的步骤C还包括以下步骤 g:按照方向划分多个扩展窗口，扩展窗口可按照方向划分为上、下、左、右四个扩展窗口或上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八个扩展窗口 ； h:首先选定一个扩展窗口，计算该扩展窗口内的相关系数最大值P _、次局部最大值P , _和比值P 1/2，然后按照设定的大小扩大窗口大小，并计算该扩展窗口内的相关系数最大值P _、次局部最大值P ' _和比值P 1/2，如果相关系数最大值P _和比值P 1/2均增大，则在窗口大小不大于原始窗口1.5倍的前提下，继续扩大窗口大小，直至相关系数最大值Pmax和比值P 1/2均减小为止，记录此时相关系数最大值Pniax、次局部最大值P ' _和比值P 1/2，然后进入步骤D。
5.根据权利要求4所述的多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法，其特征在于:所述的步骤D还包括以下步骤1:根据步骤h中记录的相关系数最大值P _、次局部最大值P ' _和比值P 1/2进行判断， 如果P max< ξ i，则进入步骤j ； 如果P _> ξ i，且相关系数最大值P _、次局部最大值P ' _和比值P 1/2不满足条件I时，则进入步骤k; 如果相关系数最大值Pmax、次局部最大值P ' _和比值P 1/2不符合上述两种情况，则进入步骤I ; j:将该匹配点标记为误匹配点，然后返回步骤h，选定下一个扩展窗口进行计算； k:将该匹配点标记为正确匹配点，计算匹配点的最终匹配高程，完成整个计算过程；1:根据步骤h中记录的相关系数最大值Pmax、次局部最大值P ' _和比值P 1/2，计算此扩展窗口下匹配点的匹配高程，并将计算出的匹配点的匹配高程添加在点集{Zd}，然后进入步骤m ； m:返回步骤h，选定下一个扩展窗口，直至所有扩展窗口计算完毕，进入步骤η ；η:分析点集以丄如果!!^^}〉。^!!^^}为匹配点的断裂特征经过自适应窗口变化后的最终 匹配高程。
全文摘要
本发明公开了一种多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法，能够利用规则匹配窗口进行物方立体匹配，并通过MVLL匹配方法获取地表断裂特征点，然后利用断裂特征自适应窗口变化方法识别地表断裂特征区域，能够通过改变匹配窗口的位置与形状，提高匹配窗口的相似性程度，从而提高匹配的可靠性与准确性。
文档编号G01C11/00GK103076004SQ20121057883
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者范大昭, 纪松, 雷蓉, 杨靖宇, 卢俊, 刘楚斌, 张艳, 王涛, 张衡 申请人:范大昭