航空傾斜多視影像匹配方法研究

鐘昊鳴

摘要：隨著科技的迅速發(fā)展，攝影測(cè)量技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其中航空傾斜多視影像作為代表，相比于傳統(tǒng)的單面鏡頭影像有著明顯的技術(shù)上的提高，航空傾斜多視影像主要是從多方面的角度出發(fā)，從而獲取地面上建筑物的各個(gè)參數(shù)信息，它可以精確實(shí)現(xiàn)完整的城市三維建模。使得該技術(shù)在社會(huì)上得到了廣泛關(guān)注。其中影像匹配是航空傾斜多視影像技術(shù)的核心，它主要作用是對(duì)影像的相對(duì)位置進(jìn)行定位和對(duì)建筑的通過(guò)在空中進(jìn)行三角測(cè)量等。本文主要是通過(guò)對(duì)航空傾斜多視影像的特點(diǎn)進(jìn)行出發(fā)，對(duì)現(xiàn)階段影像匹配方法進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：航空傾斜多視影像;影像匹配方法

在我國(guó)大力發(fā)展城市的建設(shè)過(guò)程中，同時(shí)對(duì)于我國(guó)領(lǐng)土的地理信息的掌握也是在快速的發(fā)展，國(guó)家對(duì)地理信息的完整性、精確性以及實(shí)時(shí)性掌握要求也是越來(lái)越高。對(duì)于傳統(tǒng)的單鏡頭和垂直的攝影技術(shù)經(jīng)過(guò)了非常久的發(fā)展時(shí)間，無(wú)論是在理論方面還是技術(shù)方面都已經(jīng)非常的先進(jìn)了，但是這些技術(shù)拍攝的影像無(wú)法獲取一些高樓建筑的側(cè)面對(duì)相應(yīng)的各個(gè)參數(shù)信息，所以國(guó)家為了可以獲取建筑各個(gè)角度的側(cè)面參數(shù)信息，對(duì)于航空傾斜多視影像技術(shù)越來(lái)越重視了，希望可以將傳統(tǒng)的平面鏡頭攝影技術(shù)與傾斜多視影像技術(shù)相結(jié)合，將建筑物以三維的模型呈現(xiàn)出來(lái)。

隨著一些相關(guān)的技術(shù)的不斷突破，使得航空傾斜影像的拍攝質(zhì)量隨之增強(qiáng)，同時(shí)對(duì)于建筑的各個(gè)方面的定位精度也有著明顯的發(fā)展，但是另一方面航空傾斜多視影像的處理技術(shù)卻不是很突出，在一些企業(yè)對(duì)于傾斜多視影的處理技術(shù)方面有一定的發(fā)展，但是對(duì)于現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)還是存在的很多的問(wèn)題，所以對(duì)于傾斜多視影像的處理技術(shù)的研究迫在眉睫。對(duì)于航空傾斜多視影像的處理來(lái)說(shuō)影像匹配方法是其中的核心部分。所以對(duì)航空傾斜多視影像的匹配方法的研究很有理論價(jià)值和實(shí)際意義。對(duì)于影像的匹配算法主要有三種：灰度匹配法、特征匹配法以及關(guān)系匹配法。這些匹配方法都是對(duì)影像進(jìn)行處理達(dá)到對(duì)建筑的三維模型的呈現(xiàn)。但這些匹配方法是存在著差別，對(duì)于航空傾斜多視影像處理而言，因?yàn)檫@些影像有著非常復(fù)雜的變化，使用灰度匹配方法得到的效果非常的差，甚至于無(wú)法得到想要的結(jié)果，而特征匹配法就可以利用角度的不變性得到相對(duì)應(yīng)的三維影像，正是因?yàn)樗哂锌箮缀巫冃蔚奶卣鞑趴梢宰龅?。關(guān)系匹配法是通過(guò)對(duì)多張航空傾斜多視影像進(jìn)行信息間的補(bǔ)足來(lái)達(dá)到對(duì)建筑三維影像的實(shí)現(xiàn)。

一、航空傾斜多視影像特點(diǎn)及匹配難點(diǎn)

航空傾斜多視影像的拍攝過(guò)程是通過(guò)對(duì)地面上建筑進(jìn)行多角度的拍攝，現(xiàn)階段比較常見(jiàn)的航空傾斜多視影像拍攝鏡頭有兩種，一種是由一個(gè)垂直向下的鏡頭和四個(gè)不用方向傾斜的鏡頭組成，另外一種是一個(gè)垂直向下的鏡頭和兩個(gè)對(duì)立方向傾斜的鏡頭組成。不管是五個(gè)鏡頭的攝像機(jī)還是三個(gè)鏡頭的攝像機(jī)，他在分布條件上一定很完美的遵循著對(duì)立角度的關(guān)系。而且這些攝像機(jī)都有著全球定位系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行精確定位。但是由于現(xiàn)階段鏡頭的發(fā)展越來(lái)越完善，它的影像存儲(chǔ)容量也有了迅速的發(fā)展，使得攝像機(jī)的價(jià)格不斷的降低，所以對(duì)于五個(gè)鏡頭的攝像機(jī)還是三個(gè)攝像機(jī)都在價(jià)格上都沒(méi)有很大的區(qū)別。但是五個(gè)鏡頭的攝像機(jī)有著四個(gè)傾斜多角度鏡頭進(jìn)行對(duì)地面上的建筑拍攝，使得它相比三個(gè)鏡頭的攝像機(jī)更全面拍攝地面上的建筑，所以目前來(lái)說(shuō)國(guó)家對(duì)于五個(gè)鏡頭的攝像機(jī)更加重視。

五個(gè)鏡頭的航空傾斜多視影像攝影機(jī)在拍攝過(guò)程中有著以下的特點(diǎn)：一方面是對(duì)于地面的拍攝下來(lái)的影像的分辨率和各個(gè)鏡頭拍攝的比例尺度不一樣在四個(gè)傾斜鏡頭需要嚴(yán)格對(duì)地面上拍攝時(shí)，因?yàn)檫h(yuǎn)景與近景拍攝的距離不同，需要通過(guò)相關(guān)的公式來(lái)對(duì)這些不同比例的影像進(jìn)行計(jì)算來(lái)解決這一問(wèn)題;第二方面是在航空傾斜多視影像的拍攝中，因?yàn)閮A斜的四個(gè)鏡頭拍攝的影像有著很多的重疊部分，使得在處理影像上增加了不必要的數(shù)據(jù);第三方面是在航空傾斜多視影像的拍攝的角度出發(fā)，五個(gè)鏡頭都是在不同的角度進(jìn)行拍攝，使得拍攝下來(lái)的影像無(wú)論是亮度還是對(duì)比度都存在著很大的區(qū)別。這對(duì)這些影像的中需要提取的參數(shù)和特征匹配造成了很大的影響。

二、航空傾斜多視影像匹配方法

2.1 灰度匹配方法

在航空傾斜多視影像的匹配方法中，灰度匹配是對(duì)拍攝出來(lái)的影像之間灰度的變化和透明度的變化等特點(diǎn)都非常的敏感，直接對(duì)這些航空傾斜多視影像進(jìn)行灰度匹配的方法進(jìn)行處理就很難達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。而這些航空傾斜多視影像的主要特點(diǎn)是它的灰度變化非常的豐富，所產(chǎn)生的參數(shù)信息也是非常的多，以及它拍攝的建筑會(huì)產(chǎn)生很難控制的噪音進(jìn)行干擾，使得無(wú)法有效將拍攝的影像進(jìn)行匹配，還有很多特征都影響著灰度匹配方法。同時(shí)它相比于特征匹配方法來(lái)說(shuō)，也有著不夠穩(wěn)定和可靠等問(wèn)題，

2.2 特征匹配方法

在航空傾斜多視影像的特征匹配的方法主要模式是在左右兩邊和上下兩邊影像上提取去相同的特征點(diǎn)作為特征匹配的前提，在需要匹配的兩張對(duì)應(yīng)的航空傾斜影像上分別提取出上面的特征點(diǎn)，提取出的特征點(diǎn)越多，使用的算法重復(fù)性也是越來(lái)越好，這個(gè)算法的重復(fù)性體現(xiàn)出了特征點(diǎn)的穩(wěn)定性，使得局部的影像變化保持著相對(duì)不變，這些變化主要體現(xiàn)在幾何、大小、亮度的變化以及還有影像噪聲等。同時(shí)為了改善航空傾斜多視影像特征匹配效果，需要將左右互相對(duì)應(yīng)的影像進(jìn)行等效下的糾正，使得可以在兩個(gè)影視上的幾何變形進(jìn)行補(bǔ)償。同時(shí)在傾斜影像上用特征匹配后的特征點(diǎn)標(biāo)注在這些傾斜影像上。

航空傾斜多視影像特征匹配方法對(duì)于插值的精度要求也是非常的高，必須知道攝像機(jī)的一些基本參數(shù)。但是在實(shí)際的拍攝過(guò)程中，往往因?yàn)檫@些參數(shù)不是很可靠，從而會(huì)對(duì)特征匹配算法得出的結(jié)果不是很理想。在對(duì)任意兩張傾斜影像上都具有重疊的區(qū)域，同時(shí)傾斜影像的方位不能完全知曉的情況下，使用ASIFT可以直接解決這類的特征匹配問(wèn)題。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，航空傾斜多視影像的拍攝可以得到建筑側(cè)面的一些相關(guān)信息，從而將建筑的三維模型精確的展現(xiàn)出來(lái)。傾斜影像的匹配方法是航空傾斜多視影像的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，所以近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外在這方面的也是越來(lái)越重視。本文主要是對(duì)傾斜影像的特點(diǎn)進(jìn)行了分析和介紹了幾種傾斜影像的匹配方法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑的三維模型的呈現(xiàn)。

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