一種基于水平直線方位一致性的全景圖與遙感圖配準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像分析處理和場(chǎng)景三維重建領(lǐng)域，具體涉及一種基于水平直線方位 一致性的全景圖像與遙感圖像配準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于圖像的三維重建具有廣泛的應(yīng)用前景。公開(kāi)發(fā)表的文獻(xiàn)中已提出了許多三維 重建的模型和方法。其中，有些基于遙感技術(shù)，如高空立體成像或是機(jī)載激光雷達(dá)；有些基 于地面成像技術(shù)，如使用圖像、視頻或激光掃描圖進(jìn)行三維重建。基于遙感成像與基于地面 成像的重建各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際上，遙感圖像與地面圖像是兩種重要的互補(bǔ)源數(shù)據(jù)，將二者結(jié) 合起來(lái)進(jìn)行重建，有望獲得大范圍、高逼真的重建效果。而要將二者結(jié)合起來(lái)使用，配準(zhǔn)是 一個(gè)關(guān)鍵步驟。折反射全景圖像和遙感圖像的配準(zhǔn)是指在遙感圖中定位拍攝全景圖像時(shí)成 像裝置所在的位置和方位。由于遙感圖像是正射圖像，成像裝置在遙感圖像中可表示為一 個(gè)像素點(diǎn)（稱(chēng)為配準(zhǔn)點(diǎn)），因此，配準(zhǔn)的目的就是在遙感圖像中定位配準(zhǔn)點(diǎn)。
[0003] 關(guān)于遙感圖像和地面拍攝圖像的配準(zhǔn)，現(xiàn)在已有一些研宄成果。如將地面圖像與 利用高空立體成像得到的三維模型進(jìn)行配準(zhǔn)、將航拍圖與地面激光掃描圖進(jìn)行了配準(zhǔn)等。 但這些方法數(shù)據(jù)采集設(shè)備價(jià)格昂貴，采集過(guò)程復(fù)雜，投資比較大。還有文獻(xiàn)將在相同觀察點(diǎn) 拍攝的若干地面圖像縫合成360度全景圖，然后將此全景圖與網(wǎng)上下載的正射航拍圖像進(jìn) 行了配準(zhǔn)，其配準(zhǔn)需要估計(jì)相機(jī)姿態(tài)，約束條件也較多。總的來(lái)說(shuō)，遙感圖像和地面拍攝圖 像配準(zhǔn)屬于異構(gòu)傳感器圖像配準(zhǔn)問(wèn)題，目前快速有效的解決方法比較少。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明在獲取城市街區(qū)拍攝的折反射全景圖和覆蓋該 區(qū)域的衛(wèi)星遙感圖的基礎(chǔ)上，提出了一種快速配準(zhǔn)算法，具體技術(shù)方案如下：
[0005] 一種基于水平直線方位一致性的折反射圖像與遙感圖像配準(zhǔn)方法，包括下列步 驟：
[0006] (SI)圖像獲?。号臄z折反射全景圖像，記錄拍攝點(diǎn)的經(jīng)煒度，并獲取覆蓋該全景 圖像區(qū)域的遙感圖像；
[0007] (S2)劃定拍攝點(diǎn)的初始范圍：根據(jù)拍攝點(diǎn)的經(jīng)煒度，在遙感圖像上，以經(jīng)煒度坐 標(biāo)點(diǎn)為圓心，r個(gè)像素大小為半徑，畫(huà)出一個(gè)圓形區(qū)域；
[0008] (S3)在遙感圖像上劃定拍攝點(diǎn)的初始范圍內(nèi)，手動(dòng)標(biāo)記建筑物頂部邊緣直線在遙 感圖像上的像；
[0009] (S4)提取建筑物頂部的邊緣直線在折反射全景圖中的像；
[0010] (S5)提取所有的可能配準(zhǔn)點(diǎn)；
[0011] (S6)根據(jù)折反射全景圖像和遙感圖像中水平直線方位一致性評(píng)估，確定最終配準(zhǔn) 點(diǎn)。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟（S4)具體過(guò)程為：
[0013] (S41)對(duì)折反射全景圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)處理；
[0014] (S42)將邊緣檢測(cè)處理后的全景圖像中的所有像素點(diǎn)進(jìn)行全向Hough變換，映射 到全向Hough空間；
[0015] (S43)在全向Hough空間中尋找極值點(diǎn)，提取所有極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的折反射全景圖中 的曲線，即為獲得空間水平直線在折反射全景圖中的像；
[0016] (S44)逐一判斷所述步驟（S43)中所有極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的折反射全景圖中的曲線，若 在該曲線遠(yuǎn)離折反射全景圖中心方向存在另一條曲線，則剔除該曲線；剩余的曲線為建筑 物頂部的邊緣直線在折反射全景圖中的像。
[0017] 進(jìn)一步地，所述步驟（S5)具體過(guò)程為：
[0018] (S51)根據(jù)所述步驟4的提取結(jié)果，在折反射全景圖像中，確定在提取的結(jié)果曲線 中的主像點(diǎn)，具體為：
[0019] 設(shè)折反射全景圖像中提取的建筑物頂部邊緣所成像e上任意一 點(diǎn)P'，像素坐標(biāo)為（Xp,，y p,)，則P'到0' (XQ,，yQ,)的距離公式計(jì)算為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于水平直線方位一致性的折反射圖像與遙感圖像配準(zhǔn)方法，其特征在于，包 括下列步驟： (51) 圖像獲?。慌臄z折反射全景圖像，記錄拍攝點(diǎn)的經(jīng)紳度，并獲取覆蓋該全景圖像 區(qū)域的遙感圖像； (52) 劃定拍攝點(diǎn)的初始范圍；根據(jù)拍攝點(diǎn)的經(jīng)紳度，在遙感圖像上，W經(jīng)紳度坐標(biāo)點(diǎn) 為圓屯、，r個(gè)像素大小為半徑，畫(huà)出一個(gè)圓形區(qū)域； (53) 在遙感圖像上劃定拍攝點(diǎn)的初始范圍內(nèi)，手動(dòng)標(biāo)記建筑物頂部邊緣直線在遙感圖 像上的像； (54) 提取建筑物頂部的邊緣直線在折反射全景圖中的像； (55) 提取所有的可能配準(zhǔn)點(diǎn)； (56) 根據(jù)折反射全景圖像和遙感圖像中水平直線方位一致性評(píng)估，確定最終配準(zhǔn)點(diǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于水平直線方位一致性的折反射圖像與遙感圖像配準(zhǔn) 方法，其特征在于，所述步驟（S4)具體過(guò)程為： (541) 對(duì)折反射全景圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)處理； (542) 將邊緣檢測(cè)處理后的全景圖像中的所有像素點(diǎn)進(jìn)行全向Hou曲變換，映射到全 向化U曲空間； (543) 在全向化U曲空間中尋找極值點(diǎn)，提取所有極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的折反射全景圖中的曲 線，即為獲得空間水平直線在折反射全景圖中的像； (544) 逐一判斷所述步驟（S43)中所有極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的折反射全景圖中的曲線，若在該 曲線遠(yuǎn)離圓屯、方向存在另一條曲線，則剔除該曲線；剩余的曲線為建筑物頂部的邊緣直線 在折反射全景圖中的像； (S44)逐一判斷所述步驟（S43)中所有極值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的折反射全景圖中的曲線，若在該 曲線遠(yuǎn)離圓屯、方向存在另一條曲線，則剔除該曲線；剩余的曲線為建筑物頂部的邊緣直線 在折反射全景圖中的像。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于水平直線方位一致性的折反射圖像與遙感圖像配準(zhǔn) 方法，其特征在于，所述步驟（S5)具體過(guò)程為： (551) 根據(jù)所述步驟4的提取結(jié)果，在折反射全景圖像中，確定在提取的結(jié)果曲線中的 主像點(diǎn)，具體為： 設(shè)折反射全景圖像中提取的建筑物頂部邊緣所成像e上任意一點(diǎn)P'，像素坐標(biāo)為 (V，yp'），則P'到〇' (V，y。'）的距離公式計(jì)算為：
其中，ki表示全景圖像中每個(gè)像素單位換算成長(zhǎng)度單位的比例系數(shù)，如果按 照順時(shí)針順序，e上的點(diǎn)P '所對(duì)應(yīng)的Rp,存在拐點(diǎn)，則在邊界e上檢測(cè)出滿(mǎn)足
的像素點(diǎn)，設(shè)為H '，其像素坐標(biāo)記為 (%，yr )，則稱(chēng)該邊界e即為主像，其對(duì)應(yīng)的H'為主像點(diǎn)； (552) 設(shè)折反射全景圖像中的主像e與遙感圖中建筑物邊界直線E對(duì)應(yīng)于實(shí)際空間同 一水平直線，且在折反射全景圖像上，像平面中屯、為〇'，e的端點(diǎn)為A'，B';在遙感圖像
上，E的端點(diǎn)為A, B ;則根據(jù)角度方位一致性，有：
此時(shí)，在遙感圖中從點(diǎn)A和點(diǎn)B根據(jù)上述角度分別引射線，相交于點(diǎn)唯一一點(diǎn)0,點(diǎn)0即 為可能配準(zhǔn)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種基于水平直線方位一致性的折反射圖像與遙感圖像配準(zhǔn) 方法，其特征在于，所述步驟（S6)的具體過(guò)程為： (561) 設(shè)建筑物頂部的邊緣直線在折反射全景圖中的像的集合為L(zhǎng)q，遙感圖像中，人 工標(biāo)注的建筑物頂部邊緣像的集合為化，Lq和Lq均按順時(shí)針?lè)较蚺判颍? (562) 對(duì)所有的可能配準(zhǔn)點(diǎn)〇i進(jìn)行如下處理，i = 1…n，n為可能配準(zhǔn)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)； ① 利用等角原理計(jì)算其對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角集合a，具體過(guò)程為；設(shè)折反射全景圖像中屯、為 〇'，遙感圖中可能配準(zhǔn)點(diǎn)為〇1，若折反射全景圖像中的主像e(eGLq，端點(diǎn)為A'，B') 與遙感圖中建筑物邊界直線E巧G化，端點(diǎn)為A，B)對(duì)應(yīng)于實(shí)際空間同一水平直線，且射線 死與像平面的夾角為4,射線瓦i與像平面的夾角為0，則a = 4-0 ; ② 選出集合a中元素的最小值到最大值，wr為區(qū)間長(zhǎng)度，將最小值角度至最大值 角度之間的范圍等分成若干個(gè)區(qū)間； ⑨統(tǒng)計(jì)每個(gè)區(qū)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角個(gè)數(shù)，即每個(gè)區(qū)間的得票數(shù)，并選出個(gè)數(shù)最大值記為Nj.; ④若N式于閥值M，M = min (I Lq U化I X 70 % )，則將0加入候選集S ; 其中，|Lq|，I化I表示集合中元素的個(gè)數(shù)； 計(jì)算候選集S中的每個(gè)元素的最高投票區(qū)間內(nèi)所有旋轉(zhuǎn)角的方差，若該些方差中有唯 一的最小值，則選其對(duì)應(yīng)的位置為滿(mǎn)意解；若最小值有多個(gè)，則從該些方差最小值的對(duì)應(yīng)的 位置中選擇得票數(shù)最高的為滿(mǎn)意解；所述滿(mǎn)意解的位置即為折反射全景圖的拍攝位置在遙 感圖中的對(duì)應(yīng)點(diǎn)，滿(mǎn)意解所對(duì)應(yīng)的最高投票區(qū)間內(nèi)所有角度的均值即為旋轉(zhuǎn)角度； ⑥W步驟④求得的滿(mǎn)意解為折反射全景圖與遙感圖的配準(zhǔn)點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)角度為折反射全景 圖拍攝時(shí)的相機(jī)方位，完成配準(zhǔn)過(guò)程。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于圖像分析處理和場(chǎng)景三維重建領(lǐng)域，具體涉及一種基于水平直線方位一致性的全景圖像與遙感圖像配準(zhǔn)方法，包括下列步驟：(S1)圖像獲?。号臄z折反射全景圖像，記錄拍攝點(diǎn)的經(jīng)緯度，并獲取覆蓋該全景圖像區(qū)域的遙感圖像；(S2)劃定拍攝點(diǎn)的初始范圍：根據(jù)拍攝點(diǎn)的經(jīng)緯度，在遙感圖像上，以經(jīng)緯度坐標(biāo)點(diǎn)為圓心，r個(gè)像素大小為半徑，畫(huà)出一個(gè)圓形區(qū)域；(S3)在遙感圖像上劃定拍攝點(diǎn)的初始范圍內(nèi)，手動(dòng)標(biāo)記建筑物頂部邊緣直線在遙感圖像上的像；(S4)提取建筑物頂部的邊緣直線在折反射全景圖中的像；(S5)提取所有的可能配準(zhǔn)點(diǎn)；(S6)根據(jù)折反射全景圖像和遙感圖像中水平直線方位一致性評(píng)估，確定最終配準(zhǔn)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G06T7-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104599281
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510054604
【發(fā)明人】王煒, 陳旺, 賴(lài)世銘, 熊志輝, 徐瑋
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年2月3日