城市地区大比例尺遥感影像匹配方法研究

层 正２
（１４）
其中ｎ是误差方程个数，ｋ是辐射畸变与几何畸变 参数个数。由于最小二乘影像匹配是个迭代过程，因而． 每次计算均可计算单位权中误差，并可以计算相应的参 数的中误差。最终的辐射变换与几何变换参数是各次迭 代求得的参数的函数。一次迭代计算得到的变换参数量 改正量的协方差阵为：
占ｋ＝《忙７ｃ厂１
用此坐标计算搜索窗［Ｊ同名特征点坐标．当目标图形较 大时，同名图形的几何畸变可能并非是线性的，此时， 几何变换公式可以采用下列公式：
而＝ａｏ＋ｑ石＋ａ２Ｙ＋岛ｒ＋ａａｙ。＋呜矽 ｍ１
Ｙ２＝％＋ｂｌｘ＋ｂｙ＋ｂ３ｘ２＋６４ｙ２＋ａ，ｘｙ
并利用下列ｔ分布对参数的显著性进行检验，以占参数
的检验为例：原假设：Ｈ（占，）＝０；备选假设：
ｏｆ ｔｈｅ ｏＤｍ９ｓｐｏｎｄｉｎｇ ｆｅａｔｕｒｅ ｐｏｉｎ乜ｏｆ ｓｂｕｃｔｕｒｅ ｂｅｃｏｍｅｓ ｄｉｆｈｃｕｌｔ．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｎｔｅｎｔｓ ｏｆ
ｃｉｔｙ ｚｏｆｌｅ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｍａｐ．∞ｉｔ ｉｓ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｔｏ ｆｉｎｄ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｒｅｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ａｂｏｕｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｍａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ
作者简介：盒日守（１９６３一、男．朝鲜巍吉林集安人讲师，硕士研究方向：摄影谢量
与连盛。
通ＩｆＩ地址沈阳市和平区望湖路狮号６３９，１１００Ｄ４．Ｅｍ蚵：叩啦Ｊ９８７＠１２６删
匹配的可靠性很强，实验结果也证明了这一点。
图１遥感影像像对
２影像匹配算法 设右影像中目标窗口区域为Ｄ，则在左影像中同名
区域的搜索与定位可以采用相关函数测度或差平方测 度，其定义式为：
ｍ，咖ｃｔ：Ｗｈｅｎ ａｅｒｉａｌ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ ｏｒ ｓａｔｅｌｌＹｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓｕｗｅｙｉｎｇ ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃａｌ ｍｏｐ．ｉｔ ｉｓ ｎｅｅｄｅｄ ｔｏ ｓｅａｒｃｈ
ｏｆ嘶ａｒｅａ．ｐｈｏｔｏｇｍｐｈｉｎｇ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｊｏｎ ｔｈｅ ｃｏｎ＇ｅｓｐｏｎｄｉｎｇ ｈａｇｅ ｐ。ｉｎＢ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｂｕｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｒｅｍｏｔｅ ｓｅｎｓｉｎｇ ｉｍａｇｅ
ｃＩ＝ｌ、Ｃ２＝９２、ｃ３＝粤．璺等。目标图形窗口内的
ｃｕ２ ｃａ０
每一像素可列一个误差方程，因而，可以列出的误差方 程个数等于目标图形窗口内像素个数．误差方程的矩阵 形式为
Ｖ＝ＣＸ—Ｌ（旬
Ｊ＝【纸，磷，ｄａｏ，ｄａＩ，ｄａ：，砜，矾，趣ｒ，ｘ为欲求得的
参数向量。参数的最小二乘解为：
Ｊ＝（Ｃ７Ｃ）“Ｃ７Ｌ
祉１９９７． ［２】 陈鹰遥感影响的数字摄影测量口咽上海：同济大学出版
社２００３．
【３】 李德仁等摄影测量与遥感概论【ｈｑ北京：测绘出版社，２００１．
’Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ｉｍａｇｅ Ｍａｔｃｈｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｃ耐Ａｒｅａ
ＪｉｌｌＰＪｓｂｏｎ
（ＮｃｃｔｈｃａｓｔＵｍｖｅｎｉｉｙ，Ｓｈｅｎｙａｎ岛ＩｌＯ００４）
图ｌ所示的—像对影像，从中可以看到城市地区大 比例尺遥感影像，尤其是建筑物等，存在较为严重的阴 影与遮蔽等现象，给地物影像匹配带来较大困难。其中， 道路等地面物同名影像由于能保持影像的相似性，因而， 可以采用如最ｄ，－乘影像匹配算法进行单点匹配。建筑 物与道路等地物是城市地形图测绘的主要内容，而地物 的测绘应测量其特征点位的坐标，如房屋的角点等。从 图中可以看出，同名房物角点的影像差异较大，但是， 房屋屋顶的影像相对较为清晰且较少受到遮蔽等的影 响，因而，同名屋顶影像能保持较好的相似性，可以选 定作为影像匹配单元，既匹配目标窗口。由于屋顶的面 积相对较大且与周围影像灰度差异—般来讲较大，因而
Ｔ技术
·９·
城市地区大比例尺遥感影像匹配方法研究
金日守
（东北大学，沈阳，１１０００４）
摘要：航空相片或卫星遥感影像当其被用来测绘地形图时，需要利用计算机对像对的同名像点进行自动搜索和定岜然而对于城市地区大 比例尺航空相片或数字影像而言由于相邻摄影中心相对于同—物体摄影时产生较大的角度偏离，使得同名建筑物的影像产生较大差异．因而．使 建筑物同名特征点的搜索与定位产生较大的困难而建筑物是城市地形图测绘的主要内狂必须找到有效方法咀解决影像匹配过程中的问题本 文提出一种影像的匹配方法庀以建筑物的轮廓本身为匹配单元由于建筑物本身的面积较大冈而匹配的可靠性较强能够抵抗干扰影像的影响． 然后，再利用最小二乘影像匹配法对轮廓进行精确匹配并提取特征点。以满足测图的高精度匹配要求
则，计算有误．若计算得到的特征点的坐标为（艺，见），
由最小二乘影像匹配计算得到的相应特征点的坐标为
Ｔ技术
（工，，。｝，则应满足：
ｒ———————ｉ——————————：
√（ｔ－－Ｘ＇）２＋（ｙｏ－ｙ。）２≤风 （１３）
３．４精度估计 由于测绘地形图对于精度的耍求较高，因而，有必
要探讨匹配的精度如何。由于相关函数测度或差平方测 度只是用来进行初步定位，因而，匹配精度是由最小二 乘影像匹配算法决定的．单位权中误差为
其中‰与盎是辐射畸变参数，龟与岛是几何畸变
参数，嘿是噪声。解算过程中的坐标％ｙ）可以某一同名 特征点为坐标原点进行取值。将上式线性化后得误差方 程式为：
Ｖ２ ｃｌ哦＋ｃ２以＋ｃ３幽＋ｃ４幽＋ｇ趣
㈣
＋ｃ６哦＋ｃ７雹＋ｃｓｄｂ２一（ｇｌ“力一９２阮瑚～
其中各个系数ｃ是函数对各参数的偏导数，例如
其中玉和雪，分别是ｘ方向和Ｙ方向的偏导数。可以利
ｔｈｅ
ｓａｍｅ ｚｏｎｅ ｆｒｏｍ ｎｅｉｇｈｂｏｎｎｇ ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｙ ｏｅｎｔｅｒ ｗｉｌｌ ｃａｕｓｅ ｌａｒｇｅ ａｎｇｌｅ ｄｅｖｉａ＇ｄｏｎ．Ｓｏ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ Ｓｔ］ｌｊＣｔｕｒｅ ｉｍａｇｅ ｅｘｉｔ ｌａｒｇｅ
ｍａｋｅ№ｍａｔｃｈｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｏｅ．ａｎｄ ｉｔ
（８）
Ｙ＝％＋ｂｔｘ＋如ｙ
３．２目标图形的变换 由于所选择的图形内部可能缺乏纹理，因此，当目
标图形小于同名搜索图形时．会产生无效解。为了避免 此种情形的出现，应将目标图形放大ａ倍，使目标图形 完全覆盖同名图形。此时，日标图形各特征点的坐标应 改正成：
日（毒）＝０
幺鬲 ｒ Ｉｌ 一．‰
０２）
对于线性畸变参数的解算，分布的自由度为（ｎ－１４），
ｐｏｓｎＪｏｎｉｎｇ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｂｙ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｉｍａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ．ｓｏ
Ｃａｔｓａｔｉｓ掣ａｇ ｔｈｅ ｈｅｈ《ｕｔ．ａｃｙ ｍｏｔｃｈｉｎ９ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｌａ．
（１毋
其中，几何变换参数的协方差阵为三Ｉ田，则由公式（８） 及误差传遍定律可知，根据一次迭代讨算共轭点的定位 精度为：
％２＝ｑ２％２＋ａ２２％２＋（１，Ｊ，ｙ）Ｄ０（１，工，力７
历ｉ２＝６１２％２＋乞２怫２＋（１，工，力比（１，工，）’）７ （１６）
其中ｍ，和ｍ。是目标窗口中特征点的定位精度，目
前高精度扫描仪的像素间距可以达到目的１０个微米．利
当＂，。时，拒绝风，表明此参数是显著的应当予以保
ｉ
留，否则，接受日。，表明此参数不显著，应舍去，然
后重新计算其余畸变参数，同理，可以对其他参数进行 检验。 ３．３特征点匹配的检验
当迭代计算结束后，应检验最后所求得的点位是否是
真正的共轭特征点。检验的标准是最终由（８讼式计算得
到的点，应是右影像的特征点。首先在最终计算得到的 同名点周围小范围内，利用Ｍｏｒａｖｅｃ或Ｆ６ｒｓｔｎｅｒ等 特征提取算子提取特征点，如角点等，或利用线特征提 取算子提取特征点岗围两条特征线，其交点既是特征点。 利用特征提取算子计算得到的特征点坐标，与匹配计算 得到的共轭点坐标差异小于某一阀值时，可以认为匹配 计算得到的点是特征点，因而，表明匹配计算正确，否
篮
良２一∑ｐ（６）ｌｇ［ｐ（６）】
（３）
ｂ＝０
上述公式也称为Ｓｈａｎｎｏｎ－Ｗｉｅｎｅｒ熵，是对离散随机变量 概率分布不确定性的一种描述：②同名影像要有足够的 相似性，否则将不能进行匹配或匹配将失去意义。
经过ｔ述匹配过程后，可以确定共轭图形的位置。 但这远远是不够的，我们需要精确定位共轭特征点的位 置坐标。了加快搜索速度，搜索可以沿着核线附近进行，
ｓｑｕａｒｅｓｍａｇｅｍａｔｃｈｉｎｇ），由德国的Ａｒｋｅｎｎａｍ教授提出，
影像匹配精度可以达到１／１０．－，１／１００像素，此外，还有基 于影像特征的特征匹配算法、整体匹配算法等名影像有较为 严重的遮蔽、阴影和不连续等现象时，如城市地区大比 例尺遥感影像，匹配的可靠性将大大降低，甚至无法进 行匹配，因此，应选择有效的方法以解决此类问题。 １匹配目标的选定
·ｌＯ·
首届中青年高新技术学术会议论文集
或利用其他信息对搜索范围进行确定。 ３精确定位 ３．１最小二乘影像匹配算法
为了进行特征点的精确定位，应利用最小二乘影像 匹配算法对上述初步搜索得到的同名图形位置进行精确 定位。由于目标及搜索图形面积相对而言不是很大，因 此，可以认为共轭影像问只存在线性的辐射畸变与几何 畸变，包括位移、比例及旋转的情形。同名影像间经辐 射改正与几何变改正后有下列关系式：
ｐｍｓｅｎｔｓ ａ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｍａｇｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ．ｉｔ ｌａｋｅｓ ｔｈｅ ｓｌＴｕｃｔｕｒｅ ｔｏｐ ｆｉｇＵｒｅ ａｓ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｕｎｉｔ．Ｆｏｒ ｔｈｅ ａｒｅａ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｌａｒｇｅ．ｔｈｅ ｍａｔｃｈｉｎｇ
ｉｍｏｇｅ．Ｔｈｅｎ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｓ”ｏｎｇ，ａｎｄ ｃａｎ ｒｅｓｉｓｔ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆｅｒｉｎｇ