基于航天影像的数字匹配技术分析

《基于航天影像的数字匹配技术分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、西安工业学院硕士学位论文相关窗口的几何变形和辐射畸变的影响，使相关的精度可以达到子像元级。因此，最小二乘影像匹配被称为“高精度影像匹配”。此外，为了进一步完善最小二乘影像匹配算法，人们又在该算法中加入了共线条件作为几何约束，并将它扩展到多片影像匹配中，即所谓的自适应最小二乘匹配。影像匹配的精度、速度和可靠性一直是人们所关心的三大要素。在基于区域灰度的匹配算法中，随着具有摄影测量特色的最小二乘匹配理论和核线相关理论的出现以及计算机速度的大幅度提高，人们把关注的焦点逐渐转移到了匹配的可靠性上，为了进一步提高影像匹配的可靠性，人们提出了整体

2、匹配的概念。在这种方法中，影像中的匹配点不再是孤立的，而是与其邻域内的点结合起来，同时考虑邻域点对该点的约束及影响，以寻求整体上最优的匹配结果。整体影像匹配主要方法有：多点最小二乘影像匹配，动态规划影像匹配，松弛法影像匹配，人工神经元网络影像匹配等。整体影像匹配的方法对于提高影像匹配的可靠性有很大的作用，因此得到广泛使用，但该方法也普遍存在着计算量大、速度慢等问题。现今所有的灰度匹配算法都是在基于地物表面光滑这一假设成立的条件下进行的，对匹配的难题缺乏足够的考虑，虽能满足DTM自动生成的一般要求，但对实际影像中断裂线、遮蔽、不连续等问

3、题的处理与实际要求相距甚远，特别是在大比例尺城市区域影像的匹配中，难以达到令人满意的效果。为了弥补灰度匹配算法的不足，人们开始了基于影像特征的匹配研究。基于特征的影像匹配方法的匹配基元是从影像中获取的特征，这些特征是影像上次度变化比较明显的点、线、面。基于特征的影像匹配包括特征提取和特征匹配两个步骤。目前在摄影测量领域中研究的大多是点特征匹配算法，主要用于自动相对定向，即先采用高精度的点特征提取算子(如Moravec算子和F6rstner算子)提取特征点，然后再通过灰度匹配来确定相对定向点。由于特征匹配的灵活性与适应性，它可以较好地解

4、决影像变形、断裂线、低反差等问题对影像匹配的影响，而且基于特征(特别是边缘特征)的匹配方法可以进一步利用其匹配结果进行物体的识别与重建，比灰度匹配具有更为广阔的应用前景。特征匹配尽管己获得了一定的成功，但其存在的问题也是很明显的。特征匹配在摄影测量中的应用受到限制的重要原因有以下几方面：一是特征匹配的精度难以达到摄影测量的子像素要求；二是基于单像的特征提取不可避免地会导致同名特征不一定存在，即使同名特征被提取出来，也可能被描述成不同类型的特征；三是缺少完美的匹配算法以及匹配成功的特征往往只占总特征数的--d'部分，特征稀少的后果是直接

5、造成内插后的表面失真或根本无法内插。鉴于基于区域灰度的匹配和基于特征的匹配有着各自明显的优缺点和一定的互补性，人们开始探索一种相结合的方法，即将有着较高可靠性和适应性的特征匹配与有着较高精度的灰度匹配相结合起来。一种目前认为比较好的方案是先利用特征匹配，更快、更可靠地提供较为准确的粗匹配位置，再通过灰度匹配来提高精度。另一种方案则是利用特征匹配的结果作为一种控制手段来增强可靠性和适应性，再在此基础上进行有较高精度的灰度匹配，我国学者提出西安工业学院硕士学位论文的跨接法匹配思想应属于此种类型。影像匹配的最高层次是基于对影像理解和解译的匹

6、配。这种方法通过对影像物体进行结构和语义描述，达到匹配的目的。它不仅可以自动识别相应的像点，而且还可以自动识别目标的性质和描述目标间的相互关系，理论上具有极高的可靠性和精度。但由于该技术涉及到诸如计算机视觉、模式识别和人工智能等许多领域，不仅仅依赖于这些领域理论上的突破，而且有待于高速并行处理计算机的研制。到目前为止这类方法还没有明显的进展。影像匹配除了可以在空间域进行之外，还可以在频率域进行。这类匹配方法是把影像窗口的傅立叶相位作为匹配基元，因该方法在摄影测量中极少使用，这里就不进行详细介绍。1．3本文的主要研究内容和安排鉴于影像匹

7、配在数字摄影测量中的重要地位和作用，本文选择了基于航天影像的影像匹配作为本文的主要研究内容，并围绕影像匹配的精度、速度、可靠性这三个指标展开了理论分析和研究，从而自动获取同名像点坐标，最后采用数学形态变换生成DEM。本文研究的重点是基于小波变换的金字塔影像匹配以及通过影像匹配结果自动生成DEM的过程。论文的主要安排如下：第一章为绪论，主要介绍了数字摄影测量的概况以及影像匹配在数字摄影测量中的地位，并回顾与分析了各种影像匹配算法以及它们所存在的问题。第二章，针对在图像匹配中边缘特征的广泛应用，介绍了图像边缘特征的提取。首先对图像边缘检测

8、算法作了回顾，然后比较了三种边缘检测效果较好的算法：LOG算子、Canny算子和小波边缘检测方法。第三章，围绕影像匹配的速度、可靠性以及精度等问题，介绍了多级影像分层引导和核线相关的策略，以及具有高精度的最小二乘影像匹配