一种可靠的高分辨率光学卫星遥感影像匹配方法

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收稿日期 ! $ # !:$ ":! # 修 订 日 期 ! $ # !:$ ;:! % 基金项目 国 家 自 然 基 金 编号 < # # $ # < = !
文献 研究了基于 + ! 0 8 E 特征的遥感影像自动配 准 在影像间具有 较 小 变 形 的 条 件 下 该方法可以 准确匹配到大量的 稳 定 特 征 但对匹配遥感影像间 变形问题考虑较为 简 单 文 献 利用有理函数模 % 建立基于投 型 & 3 * . ) , 3 58 K , B * . ) , 3 5Y ) ? ' 5 & 8Y 影轨迹的近似核线方程 但该方法采用金字塔影像 策略进行核线约束 的 近 似 一 维 影 像 匹 配 其核线提
# 方 法 需 要 在 匹 配 前 手 工 选 择 一 定 数 量 的 种 子 点
# 引 言
作为 计 算 机 视 觉 模式识别及数字图像处理的 一个关键步骤 影 像 匹 配 技 术 在 导 航 变 化 检 测 三 维重建等领域 起 着 至 关 重 要 的 作 用 近 年 来 针对 例如 X 遥感影像的匹配研究已取 得一定的 进展 ) 2 I , K -等 采 用 一 种 改 进 的 区 域 增 长 算 法 生 成 同 轨 前 视 后 视 正 视 的G 该 + F L E =三 立 体 像 对 UY
阜新 # ! % $ $ $ 辽宁工程技术大学测绘与地理科学学院 阜新 # ! % $ $ $ 辽宁工程技术大学理学院
摘要 提出一种基于虚拟交点的高分辨率光学卫星 遥 感 影 像 自 动 匹 配 方 法 具 体 流 程 包 括 初始获取同 # 建立影像局部粗匹配模型 利用同名点 构 建 同 名 虚 拟 直 线 通 过 同 名 虚 拟 直 线 形 成 同 名 虚 拟 交 点 集 并 名点 ! 对候选点集进行特征描述 对特征点利用 最 小 欧 式 距 离 准 则 提 取 初 始 同 名 采用局部粗匹配模型进行约束 % < 点 采用 & = C7 + C D 算法和多项式拟合迭代法剔除 误 匹 配 点 以 获 取 最 终 的 匹 配 结 果 实 验 结 果 表 明 了 本 文 通 过虚拟交点提取同名点的算法 获取了更好的匹配效率和精度 关键词 高分辨率光学卫星遥感影像 匹配 虚拟交点 ' ( % # $6 % ; A ; 6 . , 6 # $ $ $:% # > >6 ! $ # %6 $ #6 $ $ # @ 中图分类号 E F > = # 文献标识码 C 文章编号 # $ $ $:% # > > ! $ # % # ! =:
作者简介 戴 激 光 男 讲师 博士研究生 现从事异源高分辨率卫星遥感影像配准理论和应用研究 # ; > " Biblioteka Baidu ! " # $ % & ? 3 . $ %# A %6 B ) ( @ /
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遥 感 信 息
! $ # %年
取精度较低 ! 算法复杂精度不高 & 文献 ( ) 通过自动 < 同名点匹配和三角 剖 分 技 术 的 进 行 几 何 精 校 正 ! 但 以+ 精度较低 & 文 献 ( =) 0 8 E 提取同名点作为基础 建立粗匹配模型进 行 影 像 金 字 塔 逐 层 匹 配 ! 无须手 工选择控制点 & 综上 所 述 ! 目前大部分的研究都是针对低分辨 率影像间的匹配 ! 而针对高分辨率光学卫星遥感影 像间的匹配问题研究较少 & 其关键原因在于相对于 传统的同源影像 ! 高分辨率卫星遥感影像匹配难度 对同一地区拍摄时太阳高度 更大 & 在成像过程 中 ! 角不同 ! 致使地面阴影的面积和方向均会发生变化 ! 这一变化将直接体现在拍摄影像上 & 而这一现象对 低分辨率遥感影像 上 像 元 灰 度 影 响 不 大 ! 在高分辨 率的影像上则会 直 接 改 变 影 像 的 灰 度 变 化 和 分 布 & 同时对遥感影像特 点 分 析 会 发 现 ! 阴影的产生总是 阴影的方向 ' 面积发生变化会导致 伴随着显著地物 ! 特征点提取定位产生误差 & 这使得传统的通过特征 点匹配方式来进行卫星遥感影像匹配的方法并不能 适用于高分辨率卫星遥感影像 & 而 在 实 际 应 用 过 程 中! 在数字摄影工作站" 如 以及遥感软件" 如U ' $ 4 . 2 * K ) Z )和 H [ <$ & G C + U 7 4 0 中! 都需要人工 选 取 一 定 数 量 的 同 名 点 & 而 人 工 操 作的不确定性 ! 将会对后续的定向 ' 三维重建等工作 需要寻找一种稳 产生不利的影 响 & 基 于 以 上 考 虑 ! 健的 ' 自动的同源高分辨率遥感影像匹配方法 ! 为影 像处理提供帮助 & 匹配 传 播 是 当 前 遥 感 影 像 匹 配 的 热 点 ! 其具体 方式是通过几何约束或者初始同名点的传播有效提 高同名点 的 数 量 & 例 如 文 献 ( 利用 + >) 0 8 E 特征建 立初始匹配 ! 通过自 适 应 互 相 关 和 局 部 单 应 矩 阵 进 行约束匹配传播 ! 提高了匹配算法抗几何变形和精 度 & 文献 ( ) 利用影像间同名线相交的原理 ! 提取虚 " 拟角点 ! 实现了影像的匹配 ! 这种算法实现的前提是 同名直线 能 够 准 确 定 位 & 而 文 献 ( 利用 + ;) 0 8 E方 法进行初始匹配并 构 建 初 始 匹 配 模 型 ! 再在此基础 上基于 \ 3 2 2 . -特 征 点 和 相 关 系 数 进 行 匹 配 取 得 了 更多的同名点对 & 结合以上算法及高分辨率卫星遥 感影像特点 ! 本文 提 出 了 一 种 基 于 虚 拟 线 的 影 像 匹 配方法 &
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一种可靠的高分辨率光学卫星遥感影像匹配方法
戴激光 宋伟东 李建军
利用虚拟线相交构建虚拟交点并对交点建立虚拟点 点集 & 最后采用点特征描述子和最小欧式距离提取 传 播 后 的 同 名 点! 并对得到的同名点采用局部 ! 随机抽样 & C7 + C D" & C7 ? ) (+ C( 5 'D ) , ' , K P 算法 $ 算法和迭代多项式算法进行误差剔除 &
图 # 影像匹配方法流程图
!6 # 初始匹配及几何约束模型构建 采用 + 0 8 E 算 法 提 取 初 始 匹 配 点 &+ 0 8 E 算法
包括尺度空间极值点 ' 特征点主方向确定 ' 关键点描
# $) 述符生成及特征匹配 < 个 步 骤 ( &其 对 旋 转' 尺度
缩放 ' 亮度变化等 情 况 保 持 不 变 性 ! 对 视 觉 变 化' 仿 射变换 ' 噪声也 保 持 一 定 的 稳 定 性 & 对 获 取 后 的 同 名点通过 & C7 + C D 算法 来 剔 除 误 匹 配 同 名 点 & 在 剔除误匹配点的过 程 中 ! 通过调整约束参数来确保 初始匹配同名点对的精度在亚像素范围内 & 利用 初 始 同 名 点 对 建 立 几 何 模 型 作 为 后 续 增 加同名 点 的 约 束 条 件&由于遥感影像成像的复杂 性! 地表起伏的变形 ' 拍摄角度的变化使得影像转换 模型是不规则的 ! 利用传统的整体几何转换模型往
)* + & % $ , & +$ . / 0 % 1 4 ( $ / 05 ( 46 . % / $ &7 % 0* + 8 ( & 9 . % ( 1: $ . + & & % . + ; # $ + 8 2) 3 3 3 2 2
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