数字近景摄影测量中人工标志点快速自动匹配

1、第25卷第1期2008年02月测绘科学技术学报JournalofGeomaticsScienceandTechnologyVol.25No.1Feb.2008文章编号:167326338(2008)0120032203数字近景摄影测量中人工标志点快速自动匹配冯其强,阎晓东,安海峰2(1.信息工程大学测绘学院,河南郑州450052;2.72946部队,山东淄博255020)摘要:针对数字近景摄影测量中的人工标志点快速自动匹配问题,提出了一种基于双片空间前方交会的匹配算法。首先,通过计算投影线间的最短距离确定一组初始匹配点;然后通过双片空间前方交会计算相应物方点坐标;最后反求该物方点坐标在其他像片

2、上的像点坐标,通过比较该像点与初始匹配点的坐标差确定同名像点。两组实验均证明,该算法计算速度快,具有高匹配率和低误匹配率。关键词:数字近景摄影测量;匹配;双片空间前方交会中图分类号:P234文献标识码:AFastAutomaticMatchingoffaliinDigitalCFEi,ANHai2feng2.72946Troops,Zibo255020,China)matchingmethodbasedontwo2imagespaceintersectionwasdeveloped,aimingtothefastautomaticmatchingofartificialtargetpoints

3、indigitalcloserangephotogrammetry.Firstly,aninitialmatchedpointsgroupwasfoundbycalibratingtheshortestdistancebetweentwoprojectingbeams.Secondly,thecoordinateofcorrespondingobjectpointwascalculatedthroughtwo2imagespaceintersection.Finally,wegotimagepointcoordinatesoftheobjectpointintheotherimages,and

4、fixedonthehomologouspointsbycomparingthecoordinatedifferencesbetweenthecalculatedimagepointandinitialpoints.Bothexperiencesprovedtheadvantageofthematchingmethod,whichwasathighspeed,withhighmatchingquotietyandlowmissmatchingquotiety.Keywords:digitalcloserangephotogrammetry;matching;two2imagespaceinte

5、rsection2(1.InstituteofEngineeringUniversity,Zhengzhou450052,China;同名像点自动匹配历来都是实现数字摄影测量自动化的难点之一。而人工标志点在数字近景摄影测量中的应用使得同名点自动匹配成为可1能。目前,人工标志点自动匹配算法主要是基2,3于核线约束条件实现的。该算法能实现高的匹配率,但存在匹配速度慢的缺陷。文中提出一种新的、基于双片空间前方交会的匹配方法,不仅能实现高匹配率和低误匹配率,而且极大地提高了匹配速度。1匹配原理在匹配以前,已知第i张像片的内方位元素概略值为(x0,y0,f),摄站参数概略值为(XSi,YSi,ZSi,i

6、,i,设物方点P在物方坐标系中的坐i)。标为(X,Y,Z),该点在两张像片(I1、I2)上成像(见图1)。其中,S1、S2为摄站镜头光学中心,O1、O2为像主点,像点p1、p2在各自像空间坐标系中的(x2,y2,-f)。坐标为(x1,y1,-f)、根据空间前方交会原理可知4,如果两像点图1双片空间前方交会示意图为同名像点,则其投影线必相交于空间一点,即其对应的物方点。依据这一思想,研究了人工标志点的自动匹配方法。1.1双片空间前方交会收稿日期:2007206212;修回日期:2007209223。双片空间前方交会就是通过两张像片上的同名像点确定相应物方点在物方坐标系中的坐标。作者简介:冯其强(

7、1981-),男,山东日照人,博士生,主要从事测绘多技术集成应用的理论与技术研究。第25卷第1期冯其强,等:数字近景摄影测量中人工标志点快速自动匹配33一般情况下,由于摄站参数误差、像点坐标提取误差以及镜头畸变等因素的影响,同名点投影线S1p1与S2p2不会严格相交。此时,由两张像片的共线条件方程5X-XS1q1X-XS2q2=Y-YS1r1Y-YS2r2=Z-ZS1t1Z-ZS2t2X-XZ-ZSY-YSZ-ZS=ax+ay-afc1x+c2y-c3fb1x+b2y-b3fc1x+c2y-c3f=m=n根据异面直线间最短距离计算公式,可得S1p1与S2p2间的距离XS2-XS1q1d=q2q

8、1r1q2r2YS2-YS1r1r2+r1t1r2t2ZS2-ZS1t1t2+q1t1q2t2(2)可得10101-m1-n1-m2-n=XS1-m1ZSYS1-n1ZS1XS2-m2ZSYS2-n2ZST0101.3将上式记为A(X,Y,Z)=L-1,点,其基本思路是(L)T则有(X,Y,Z)T=(A)T)点,再通过各种条件约束最终确定出正确的同名像点,具体过程如下所述。1)给定阈值1,对第1张像片上第1个待匹配点p0,按式(2)逐一计算该像点与其余像片上所有像点的投影线间最短距离d1。若d1<1,则将该像点记录为初始匹配,确定出初始匹配像点组G(p)=p1,p2,pm。2)对G(p)

9、中的第1像点p1,按式(1)计算p01.21S2,S1p1与S2p2,d,如图2所示。与p1对应物方点P的坐标。给定阈值2,对G(p)中其它像点pk(k=2,3,m),反求物方点P在pk所在像片上的像点p。计算pk与p间距离d2。图2同名点投影线间的距离示意图若d2<2,则将pk添加到匹配像点组G1(q),同时将p1、pk从G(p)中删除。3)对G(p)中的其余像点pi重复步骤2),寻以下推导d的计算公式。设像片I1、I2的旋转矩阵分别为M1、M2,则像点p1、p2在物方坐标系中的坐标分别为X1Y1X2Y2q1=X1-XS1x1=M1y1-x=M2y-XS1+YS1ZXS2+YS2Zq2

10、=X2-XS26,7找匹配像点组Gi(q)。判断最终寻找出的匹配像点组个数n,若n1,则该待匹配点匹配失败,转至步骤4);否则,将该匹配像点组记为一组同名像点,并将其从待匹配点中删除。4)对下一待匹配点重复步骤1)3),直至所有待匹配点匹配完成。5)重复步骤1)4)直至无法匹配出新的同名像点。2实验r1=Y1-YS1r2=Y2-YS2t1=Z1-ZS1t2=Z2-ZS2利用两组真实数据分别进行了实验。第1组为实验室控制架数据,第2组为某直径2.8m卫星天线的摄影测量数据。表1为匹配结果统计,则投影线S1p1和S1p1的方程分别为34测绘科学技术学报2008年02月图3为控制架实验的部分匹配结果

11、示意图。表1匹配实验结果实验类别控制架天线匹配前匹配结果匹配前匹配结果像片数991919目标点数3030673673像点数27027069576908剩余像点数049耗时/s0.1013.84迭代次数23误匹配点数00(a)摄站1(b)c)摄站3图33结论81285.2王保丰.计算机视觉中基于多照片的同名点自动匹配J.,因而自动匹用多种约束条件逐步排除非同名像点的干扰,最终匹配出正确的同名像点。通过实验可以看出:1)两组实验均达到了同名像点的100%匹配,且没有误匹配点出现,证明该算法具有高的匹配率和低的误匹配率;2)匹配速度快,能满足数字近景摄影测量数据现场处理的要求。参考文献:1冯文灏.近

12、景摄影测量M.武汉:武汉大学出版社,2002:测绘科学技术学报,2006,23(6):4512453.3黄桂平.数字近景摄影测量关键技术研究与应用D.天津:天津大学,2005:81287.4智长贵,范文义.空间前方交会中外方位元素误差对测量立木高度的影响J.东北林业大学学报,2007,35(6):86287,91.5刘静宇.航空摄影测量学M.北京:解放军出版社,1995:15220.6CHENJ,CLARKETA,ROBSONS.Analternativetotheepi2polarlinemethodforautomatictargetmatchinginmultipleima2gesfor

13、3DmeasurementJ.Optical3DMeasurementTech2niquesII,1994,2252:1972204.7数学手册编写组.数学手册M.北京:高等教育出版社,1979:3422345.责任编辑陶大欣(上接第31页)参考文献:1KERSTINGO,D;LLNERJ.InteractiveVisualizationofVec2torDatainGISCProceedingsofthe10thACMInternation2alSymposiumonAdvancesinGIS,2002:1072110.2SCHNEIDERM,GUTHEM,KLEINR.Real2timerenderingofcomplexvectordataon3dterrainmodelsCProceedingsofthe11thInternationalConferenceonVirtualSystemsandMultimedia,2005:5732582.3WARTELLZ,KANGE,WASILEWSKIT,etal.RenderingVectorDataoverGlobal,Multiresolution3DTerrainC