一種用于遙感影像幾何校正的在線自動匹配方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種實用的遙感影像自動匹配方法，能夠利用網(wǎng)絡航空、航天影像地 圖對遙感影像進行在線自動匹配?？蓱糜谶b感、攝影測量、測繪、圖像處理等領域。
【背景技術】
[0002] 影像自動匹配和幾何校正是攝影測量與遙感任務中關鍵的環(huán)節(jié)，它們是影像融 合、鑲嵌、變化檢測、地圖更新等高級應用的基礎。盡管在過去幾十年中對影像自動匹配的 研究已經(jīng)非常多，但是遙感影像的自動匹配仍然十分具有挑戰(zhàn)性。實用的自動匹配方法應 該在效率、穩(wěn)健性、精度等方面均具有好的表現(xiàn)，但由于遙感影像數(shù)據(jù)量大、場景大、獲取條 件多變、幾何變形復雜等特點，現(xiàn)有的方法很難兼顧這幾方面。此外，參考影像的準備也是 遙感影像自動匹配和幾何校正的一個難點，尤其是高分辨率參考影像的獲取往往需要很高 的成本。
[0003] 鑒于現(xiàn)有自動匹配方法的局限性，一種用于遙感影像幾何校正的在線自動匹配方 法具有重要的實用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術的不足，提出一種針對遙感影像幾何校正的快 速、穩(wěn)健、精確的在線自動匹配方法，該方法能夠處理任意大小的遙感影像，利用網(wǎng)絡影像 地圖在較短的時間內(nèi)自動匹配到一定數(shù)量的、分布良好的高精度控制點，直接用于遙感影 像的幾何精校正。該方法的優(yōu)勢主要在于充分利用遙感影像的先驗幾何信息，借助免費或 低成本的網(wǎng)絡影像地圖資源，高效可靠地獲取均勻分布的控制點。
[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于遙感影像幾何校正的在線自動匹配方 法，該方法包括步驟：
[0006] SI.根據(jù)需要采集的控制點的個數(shù)將待匹配遙感影像均勻劃分為若干個區(qū)域；
[0007] S2.如果所有影像區(qū)域均已處理，則完成整個影像匹配過程；否則，開始處理下一 個影像區(qū)域；
[0008] S3.將當前影像區(qū)域按256像素X 256像素的大小劃分為若干個影像單元；
[0009] S4.如果當前影像區(qū)域中的所有影像單元均已處理，則標記該影像區(qū)域已完成處 理，并轉(zhuǎn)入步驟S2 ;否則，開始處理下一個影像單元；
[0010] S5:根據(jù)當前待匹配影像單元的范圍和初始成像模型計算網(wǎng)絡影像地圖中參考影 像塊的大致范圍，然后通過網(wǎng)絡下載對應的參考影像塊并將其重采樣為與待匹配影像單元 相近的分辨率；
[0011] S6 :利用SIFT匹配算子對待匹配影像單元和參考影像塊進行匹配，并剔除粗差 點，如果該步驟得到4個以上的匹配點，則進行步驟S7,否則轉(zhuǎn)入步驟S4 ;
[0012] S7.從步驟S6得到的匹配點中挑選最佳匹配點對并對其進行最小二乘匹配，修正 SIFT特征點的點位坐標，將該對匹配點添加到匹配結果中。
[0013] 其中，步驟S5進一步包括：
[0014] S5. 1根據(jù)待匹配影像單元的分辨率計算網(wǎng)絡影像地圖的最臨近縮放級別；
[0015] S5. 2計算對應參考影像塊的寬度和高度；
[0016] S5. 3計算對應參考影像塊的中心點的經(jīng)煒度坐標；
[0017] S5. 4發(fā)送靜態(tài)地圖服務請求并下載對應參考影像塊；
[0018] S5. 5將下載的參考影像塊重采樣為與待匹配影像單元相近的分辨率。
[0019] 其中，步驟S6進一步包括：
[0020] S6. 1對待匹配影像單元和參考影像塊進行SIFT匹配；
[0021] S6. 2通過尺度約束剔除粗差點；
[0022] S6. 3利用旋轉(zhuǎn)角度約束剔除粗差；
[0023] S6. 4利用RANSAC估計相似變換約束剔除粗差；
[0024] S6. 5利用仿射變換約束剔除粗差點。
【附圖說明】
[0025] 圖1為依照本發(fā)明一種實施方式的在線自動匹配方法流程圖；
[0026] 圖2為本發(fā)明方法中影像區(qū)域和影像單元示意圖；
[0027] 圖3為依照本發(fā)明一種實施方式的在線自動匹配方法中獲取網(wǎng)絡影像地圖參考 影像塊流程圖；
[0028] 圖4為依照本發(fā)明一種實施方式的在線自動匹配方法中對待匹配影像單元和參 考影像塊匹配流程圖；
【具體實施方式】
[0029] 本發(fā)明提出的在線自動匹配方法，結合附圖詳細說明如下。
[0030] 如圖1所示，依照本發(fā)明一種實施方式的自動匹配方法包括步驟：
[0031] SI.根據(jù)需要采集的控制點的個數(shù)將待匹配遙感影像均勻劃分為若干個區(qū)域，并 將各影像區(qū)域標記為未處理狀態(tài)，影像區(qū)域示意圖見圖2 ;
[0032] S2.如果所有影像區(qū)域均已處理，則完成并結束整個影像匹配過程；否則，開始處 理下一個影像區(qū)域；
[0033] S3.將當前影像區(qū)域按256像素X256像素的大小劃分為若干個影像單元，并將各 影像單元記為未處理狀態(tài)，影像單元示意圖見圖2 ;
[0034] S4.如果當前影像區(qū)域中的所有影像單元均已處理，則標記該影像區(qū)域已完成處 理，并轉(zhuǎn)入步驟S2 ;否則，開始處理下一個影像單元；
[0035] S5.根據(jù)當前待匹配影像單元的范圍和初始成像模型計算網(wǎng)絡影像地圖（目前可 用的網(wǎng)絡影像地圖包括Google衛(wèi)星影像圖、Bing航空影像地圖、MapQuest衛(wèi)星影像地圖和 Mapbox衛(wèi)星影像地圖）中參考影像塊的大致范圍，然后通過網(wǎng)絡下載對應的參考影像塊并 將其重采樣為與待匹配影像單元相近的分辨率；
[0036] S6.利用SIFT匹配算子對待匹配影像單元和參考影像塊進行匹配，并剔除粗差 點，如果該步驟得到4個以上的匹配點，則進行步驟S7,否則轉(zhuǎn)入步驟S4 ;
[0037] S7.從步驟S6得到的匹配點中，選取局部對比度最大的一對，并將SIFT匹配得到 的局部幾何變換模型作為初值對該對匹配點進行最小二乘匹配，精化SIFT特征點的點位 坐標，最后將該對匹配點添加到匹配結果中，最小二乘匹配對某一點的條件方程用式（1) 表不，
[0038] kjs(xs, ys)+k2-Ir(xr, yr) = 0 (I)
[0039] 其中xs，ysS待匹配影像單元像素坐標，x y ι為參考影像塊像素坐標，
[0040] xr= a o+a^.+a^, yr= b o+biX.+b^,
[0041] a。，B1, a2, b。，bp b2為6個幾何變換參數(shù)，k p 1^2為2個輻射變換參數(shù)，
[0042] Is (xs，ys)和Ir (xr，yr)分別為待匹配影像單元和參考影像塊的灰度值，
[0043] 對待匹配點周圍11像素Xll像素的區(qū)域中各點依式（1)建立誤差方程，然后用 Levenberg-Marquardt算法進行最優(yōu)化求解，得到最優(yōu)幾何變換參數(shù)，從而確定精化后的匹 配點坐標。
[0044] 將待匹配影像劃分為影像單元后，需要根據(jù)當前待匹配影像單元的范圍和初始成 像模型計算網(wǎng)絡影像地圖中參考影像塊的大致范圍。具體地，如圖3所示，步驟S5進一步 包括：
[0045] S5. 1根據(jù)待匹配影像單元的分辨率計算網(wǎng)絡影像地圖的最臨近縮放級別，縮放級 別根據(jù)待匹配影像單元所在處的經(jīng)煒度坐標和分辨率利用式（2)計算，影像單元所在處的 經(jīng)度λ和煒度φ通過待匹配影像的初始成像模型計算得到，
(2)
[0047] 式中R^th米為地球半徑，其近似值為6378137米，
[0048] GSD為影像單元所在處的分辨率，
[0049] η為縮放級別，
[0050] [·]表示取最鄰近整數(shù)的運算；
[0051] S5. 2計算對應參考影像塊的寬度width和高度height :給定縮放級別η，網(wǎng)絡影 像地圖影像坐標X，y與經(jīng)度λ、煒度φ的換算方法如式（3)和式（4)所示，
[0054] 分別利用待匹配影像單元4個頂點的經(jīng)煒度坐標通過式（3)計算相應的4個圖像 點坐標，然后再求這4個點的最小外接矩形，該矩形的寬度和高度即為參考影像塊的寬度 width 和高度 height ;
[0055] S5. 3計算對應參考影像塊的中心點的經(jīng)煒度坐標λ rc，φ ，根據(jù)S5. 2中得到的 最小外接矩形計算其中心點圖像坐標，然后代入式（4)計算對應的經(jīng)煒度坐標λκ，（K。；
[0056] S5. 4發(fā)送靜態(tài)地圖服務請求并下載對應參考影像塊，靜態(tài)地圖服務請求以統(tǒng)一資 源定位符（URL)的方式發(fā)出，常用網(wǎng)絡影像地圖的靜態(tài)地圖服務請求格式如下：
[0057] (