影像匹配基础理论与算法

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1、第四章影像匹配基础理论与算法一.影像相关原理二.影像相关的谱分析三.数字影像匹配基本算法四.最小二乘影像匹配五.特征匹配主要内容第一节影像相关的基本原理《摄影测量学》第五章相关函数电子相关光学相关数字相关主要内容一.相关原理影像相关是利用互相关函数，评价两块影像的相似性以确定同名点。影像匹配示意图互相关函数相似程度同名点目标区搜索区影像匹配---同名点寻找二.相关函数两个随机信号x(t)和y(t)的互相关函数定义为均值估计值当x(t)=y(t)时自相关函数均值估计值自相关函数是偶函数自相关函数在τ=0处取得最

2、大值三.电子相关图5-1-1电子相关四.光学相关光的干涉和衍射---傅立叶变换特性相干光学计算机相干光学相关系统三个傅立叶透镜L1，L2，L3及激光源与光电倍增管等器件组成五.数字相关1.二维相关利用计算机对数字影像进行数值计算完成影像的相关目标区搜索区相似性测度2.一维相关在核线影像上，只需要进行一维搜索目标区搜索区核线匹配第二节影像相关的谱分析《摄影测量学》第五章影像的功率谱估计相关函数估计金字塔影像的建立主要内容一.影像相关的谱分析1.维纳-辛钦定理：随机信号的相关函数与其功率谱是一傅立叶变换对2.影像功率

3、谱的估计x(t)的自功率谱x(t)y(t)X(f)Y(f)两个随机信号x(t)与y(t)的互功率谱其中X*（f）为X（f）的复共轭。2.影像功率谱的估计航空影像功率谱近似呈指数曲线状标准化3.功率谱的估计函数4.相关函数的估计使R(0)=1,得相关函数的估计S（f）较平缓，高频信息较丰富相关函数R（τ）较陡峭，相关精度高拉入范围较小出错率高分析的结果相关函数R（τ）较平缓，相关精度较差功率谱S（f）较陡峭，低频信息占优势拉入范围较大出错率低二.金字塔影像相关对二维影像逐次进行低通滤波，增大采样间隔，得到一个像元素总数

4、逐渐变小的影像序列，将这些影像叠置起来颇像一座金字塔，称为金字塔影像结构从粗到精的相关策略分频道相关（多级相关）123456789101112123456123123456789101112123412金字塔影像建立每2X2＝4个像元平均为一个像元构成第二级影像，在第二级影像的基础上构成第三级影像四像元平均九像元平均金字塔影像层的确定方法原始影像称第零层，第一层影像每一像素相当于零层（ll）l个像素，第k层影像每一像素相当于零层的（ll）k个像素由影像匹配窗口大小确定金字塔影像层数w＜INT（n/lk＋0.5）＜

5、l·w影像长度由先验视差确定金字塔影像层数最大左右视差左右搜索距离第三节影像匹配的基本算法《摄影测量学》第五章基于像方的匹配算法基于物方的匹配算法影像匹配的精度主要内容影像匹配实质上是在两幅（或多幅）影像之间识别同名点一.常见的五种基本匹配算法同名点的确定是以匹配测度为基础1.相关函数（矢量数积）R（p0,q0）＞R（p,q）（pp0，qq0）若R（p0,q0）＞R（p,q）（pp0，qq0），则p0,q0为搜索区影像相对于目标区影像的位移参数若则c0,r0为搜索区影像相对于目标区影像的位移行、列参数。对于

6、一维相关应有r0。离散灰度数据对相关函数的估计公式为矢量X与Y的数积R是y1，y2，,yN的线性函数它是N维空间的一个超平面。当N=2时R＝x1yl＋x2y2（X·Y）＝

7、X

8、·

9、Y

10、·cos＝max

11、Y

12、cos＝max相关函数最大（即矢量X与Y的数积最大）等价于矢量Y在X上的投影最大2.协方差函数（矢量投影）若C（p0,q0）＞C（p,q）（pp0，qq0），则p0,q0为搜索区影像相对于目标区影像的位移参数C（c0,r0）＞C（c,r）（cc0，rr0）则c0,r0为搜索区影像相对于目标区影像的位

13、移行、列参数矢量的数积协方差测度等价于在上投影最大，在二维空间中是平行于（或E）的一条直线减去信号的均值等于去掉其直流分量。当两影像的灰度强度平均相差一个常量时，应用协方差测度可不受影响。3.相关系数（矢量夹角）若（p0,q0）＞（p,q）（pp0，qq0），则p0,q0为搜索区影像相对于目标区影像的位移参数相关系数的实用公式为：等价于矢量X’与y’的夹角最小取值范围满足4.差平方和（差矢量模）若S2（c0,r0）

14、差平方和最小等于N维空间点Y与点X之距离最小二维平面上以（x1，y2）为中心、边长为、对角线与坐标轴平行的一个正方形二维平面上的一个圆5.差绝对值和（差矢量分量绝对值和）若S（c0,r0）