相对仿射变换自适应模拟下的ASIFT宽基线立体匹配研究.pdf

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1、第39卷第2期武汉大学学报·信息科学版VolJ39No．22014年2月GeomaticsandInformationScienceofWuhanUniversityFeb．2014DOI：10．13203／j．whugis2O12O557文章编号：1671—8860(2014)02—0214—06相对仿射变换自适应模拟下的ASIFT宽基线立体匹配研究吴军何广静姚泽鑫彭智勇李俊唐敏。1桂林电子科技大学电子工程与自动化学院。广西桂林，5410042武汉大学遥感信息工程学院，湖北武汉，430079摘要：针对Aff

2、ine—SIFT(ASIFT)穷举模拟影像匹配带来的海量特征描述符提取以及高维距离计算问题，本文提出了一种自适应选取最优仿射变换集以大幅减少模拟影像数量，进而提高ASIFT宽基线立体影像匹配效率的方法，并就其中单应性下的相对仿射变换模拟、渐进式匹配搜索与模型参数估计以及最优仿射变换集的确定等关键问题进行了阐述。实验表明，本方法较好地兼顾了ASIFT宽基线立体影像匹配的稳健性与效率，具有实用价值。关键词：影像匹配；宽基线立体；仿射不变性；ASIFT中图法分类号：P231．5；TP751；P237．9文献标志码：

3、A宽基线立体影像泛指由内外参数差异较大的以及定位本身并非始于一种完全仿射不变的方两个相机对同一目标场景进行摄影而获得的影式l_8lJ，’，该类方法并不能实现真正意义上的完全仿像，是数字近景摄影测量与计算机视觉领域研究射不变性，其大视角影像匹配效果有限。实施仿的难点和热点口]。自从Lowe提出SIFT(scale射变形自动改正的关键在于能准确地计算出局部invariantfeaturetransform)局部特征研究成影像区域的仿射变换参数。文献[2]基于局部影果以来，SIFT以其尺度、旋转以及一定程度光照像区

4、域NCC系数最大准则，采用变步长由粗到变化和视角变化下的良好不变性在影像匹配领域精的搜索策略搜索最佳仿射变换参数对提高算法获得了广泛应用_4。]。然而，随着拍摄视角的增的收敛速度有显著效果，但对仿射参数的搜索范大，SIFT提取特征重复率急剧降低，当视角超过围有严格的限制；文献[9]提出的ISIFT匹配算一定范围时，甚至无法获得重复特征，这大大影响法，通过迭代估计参考影像和待匹配影像之间的了其在宽基线立体影像匹配中的效果。一般认几何变换模型来模拟待匹配影像，有利于克服宽为，当立体影像局部邻域足够小时，光滑表面的

5、透基线立体影像中的透视畸变问题，但完全取决于视变换可由仿射变换近似描述，从这一假设初始匹配结果及成像情况，当初始匹配无法计算出发，现有算法对SIFT的改进可概略分为特征出待匹配影像间的仿射变换矩阵时将失效。借鉴描述符仿射不变性的提高、局部区域仿射变形自SIFT模拟尺度空间的穷举策略，文献[1O]在动改正及视点空间仿射变化模拟等3个方面。SIFT基础上发展了一种完全仿射不变的特征匹直接以性能较好的仿射不变特征提取算子，配方法——AsIFT(affine-SIFT)，该方法仿射不如MSER、Hessian—Aff

6、ine，取代SIFT中的特征变性优于目前其他任何一种特征匹配方法，尤其检测步骤l1，或利用代表局部形状的二阶梯度适合大视角宽基线立体影像匹配，但因其穷举匹矩对SIFT特征邻域进行归一化处理以去除仿射配策略，实际应用中受到很大限制。变形的影响l1，可一定程度上改善SIFT特征描本文以ASIFT视点空间单影像仿射变换模述符的仿射不变性，提高匹配的可靠性，但由于现拟为基础，建立了单应性下的ASIFT相对仿射有仿射不变特征提取算子“特征初始尺度的选取变换模拟模型，通过渐进式匹配搜索与模型参数收稿日期：2O13一O5—

7、15项目来源：国家自然科学基金资助项目(41271362，61367002，41171356)；桂林电子科技大学创新团队资助项目。第一作者：吴军，博士，教授，主要从事倾斜摄影测量、低空应急遥感影像处理理论与方法研究。E—mail：w~un93161@163．corn通讯作者：彭智勇，讲师。E—mail：pengchn@163．corn第39卷第2期吴军等：相对仿射变换自适应模拟下的ASIFT宽基线立体匹配研究215估计过程以自适应获得ASIFT最优仿射变换集，进行最小数量的影像模拟，ASIFT也难以满足实从而

8、在大幅减少ASIFT影像模拟数量的同时保际应用要求，需作相应改进。证影像匹配的稳健性，实验证明，该方法具有较1．2单应性下的ASIFT相对仿射变换模拟好的实用价值。不难理解，据式(1)进行的ASIFT立体影像模拟是一个相互独立的过程，与两影像的相对空1立体影像相对仿射变换模拟模型间关系无关，这就意味着，覆盖完整视点空间的ASIFT仿射变换模拟序列中将存在大量对匹配1．1ASIFT视点空间仿射变换模拟