影像匹配基本算法ppt課件

1、影像匹配的根本算法影像匹配的根本算法 下第三下第三章章攝影丈量教研室攝影丈量教研室n基于像方的匹配算法基于像方的匹配算法 n基于物方的匹配算法基于物方的匹配算法n影像匹配的精度影像匹配的精度主要內(nèi)容主要內(nèi)容 數(shù)字影像匹配根本算法數(shù)字影像匹配根本算法影像匹配本質(zhì)上是在兩幅或多影像匹配本質(zhì)上是在兩幅或多幅影像之間識(shí)別同名點(diǎn)幅影像之間識(shí)別同名點(diǎn) 常見(jiàn)的五種根本匹配算法常見(jiàn)的五種根本匹配算法 同名點(diǎn)確實(shí)定是以匹配測(cè)度為根底同名點(diǎn)確實(shí)定是以匹配測(cè)度為根底 )(ijgG)(ijgG相關(guān)函數(shù)矢量數(shù)積相關(guān)函數(shù)矢量數(shù)積 DyxdxdyqypxgyxgqpR),(),(),(),( R p0, q0 Rp, q

2、pp0， qq0 n假設(shè)假設(shè) R R p0, q0 p0, q0 R Rp, qp, q p pp0p0， q qq0q0，那么，那么 p0, q0 p0, q0為為搜索區(qū)影像相對(duì)于目的區(qū)影像的位移參搜索區(qū)影像相對(duì)于目的區(qū)影像的位移參數(shù)。對(duì)于一維相關(guān)應(yīng)有數(shù)。對(duì)于一維相關(guān)應(yīng)有q q 0 0。cjriminjjiggrcR ,11,),(),(),(00rcRrcR),(00ccrr假假設(shè)設(shè)n那么那么c0, r0c0, r0為搜索區(qū)影像相對(duì)于目的為搜索區(qū)影像相對(duì)于目的區(qū)影像的位移行、列參數(shù)。對(duì)于一維相區(qū)影像的位移行、列參數(shù)。對(duì)于一維相關(guān)應(yīng)有關(guān)應(yīng)有r r 0 0。 離散灰度數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)函數(shù)的估計(jì)公式為

3、離散灰度數(shù)據(jù)對(duì)相關(guān)函數(shù)的估計(jì)公式為 NijiyxYXR1)(n相關(guān)函數(shù)的估計(jì)值即矢量相關(guān)函數(shù)的估計(jì)值即矢量X X與與Y Y的數(shù)積的數(shù)積 n在在N N維空間維空間 y1 y1，y2y2，,yN,yN中，中，R R是是y1y1，y2y2，,yN,yN的線(xiàn)性函數(shù)的線(xiàn)性函數(shù) max1NijiyxRn它是它是N N維空間的一個(gè)超平面。當(dāng)維空間的一個(gè)超平面。當(dāng)N=2N=2時(shí)時(shí) R x1yl x2y2 X YX Y |X| |Y|cos |X| |Y|cos max max |Y|cos max n相關(guān)函數(shù)最大相關(guān)函數(shù)最大即矢量即矢量X X與與Y Y的數(shù)積最大的數(shù)積最大等價(jià)于矢量等價(jià)于矢量Y Y在在X X上

4、的投影最大上的投影最大 協(xié)方差函數(shù)矢量投影協(xié)方差函數(shù)矢量投影DyxdxdyqypxgEqypxgyxgEyxgqpC),(),(),(),(),(),(DyxdxdyyxgDyxgE),(),(1).(DyxdxdyqypxgDqypxgE),(),(1),(假設(shè)假設(shè)C Cp0, q0p0, q0 C Cp, qp, q p pp0p0， q qq0q0，那么，那么 p0, p0, q0q0為搜索區(qū)影像相對(duì)于目的區(qū)影像為搜索區(qū)影像相對(duì)于目的區(qū)影像的位移參數(shù)。對(duì)于一維相關(guān)應(yīng)有的位移參數(shù)。對(duì)于一維相關(guān)應(yīng)有q q 0 0。 )()(),(,11,ggggrcCcjriminjjiminjcjrirc

5、gnmg11,1minjjignmg11,1 C Cc0, r0c0, r0 C Cc, rc, r c cc0c0， r rr0r0那么那么c0, r0c0, r0為搜索區(qū)影像相對(duì)于目的區(qū)為搜索區(qū)影像相對(duì)于目的區(qū)影像的位移行、列參數(shù)影像的位移行、列參數(shù) NiNijijiyxyyxxYXC11)()(n協(xié)方差函數(shù)的估計(jì)值即矢量的數(shù)積協(xié)方差函數(shù)的估計(jì)值即矢量的數(shù)積n C C是在的投影與的長(zhǎng)之積，因此協(xié)方差是在的投影與的長(zhǎng)之積，因此協(xié)方差測(cè)度等價(jià)于在上投影最大，測(cè)度等價(jià)于在上投影最大，maxCn在二維空間中是平行于或在二維空間中是平行于或E E的一條的一條直線(xiàn)直線(xiàn) n減去信號(hào)的均值等于去掉其直流分

6、量。因此當(dāng)兩影像的灰度強(qiáng)度平均相差一個(gè)常量時(shí)，運(yùn)用協(xié)方差測(cè)度可不受影響。相關(guān)系數(shù)矢量夾角相關(guān)系數(shù)矢量夾角 ),(),(),(qpCCqpCqpggggDyxggdxdyyxgEyxgC),(2),(),(DyxggdxdyqypxgEqypxgqpC),(2),(),(),( 假設(shè)p0, q0 p, q pp0， qq0，那么 p0, q0為搜索區(qū)影像相對(duì)于目的區(qū)影像的位移參數(shù)。對(duì)于一維相關(guān)應(yīng)有q 0。minjminjcrcjrijiminjcjrijiggggggggrc11112,2,11,)()()(),(minjcjrircgnmg11,1minjjignmg11,1相關(guān)系數(shù)的適用公式

7、為：相關(guān)系數(shù)的適用公式為：minjminjminjcjricjriminjjijiminjminjcjriminjjicjrijignmggnmgggnmggrc1111211,2211,21111,11,)(1)(1)( )(1)(),(coscos)( YXYXYXYXn 相關(guān)系數(shù)的估計(jì)值最大，等價(jià)于矢量相關(guān)系數(shù)的估計(jì)值最大，等價(jià)于矢量X與與y的夾角最小的夾角最小 1n取值范圍滿(mǎn)足取值范圍滿(mǎn)足 相關(guān)系數(shù)是灰度線(xiàn)性變換的不變量相關(guān)系數(shù)是灰度線(xiàn)性變換的不變量NiiiNiiiyyxxyyxx1221)()()(baYYNiNiiiNiiiyyxxyyxx11221)()()(即灰度矢量經(jīng)線(xiàn)性變換

8、后相關(guān)即灰度矢量經(jīng)線(xiàn)性變換后相關(guān)系數(shù)是不變的系數(shù)是不變的 NiNiiiNiiibyabayxxbyabayxx11221)()()()(差平方和差矢量模差平方和差矢量模 dxdyqypxgyxgqpSDyx2),(2 ),(),(),(2,11,2)(),(cjriminjjiggrcS 假設(shè)S2c0, r0 S2c, r，那么c0, r0為搜索區(qū)影像相對(duì)于目的區(qū)影像的位移行、列參數(shù)。對(duì)于一維相關(guān)應(yīng)有r 0。 NiiiNNyxyxyxyxYXS12222221122)()()()(n兩影像窗口灰度差的平方和即灰度向兩影像窗口灰度差的平方和即灰度向量量X X與與Y Y之差矢量之差矢量 故差平方和

9、最小等于故差平方和最小等于N N維空間點(diǎn)維空間點(diǎn)Y Y與點(diǎn)與點(diǎn)X X之間隔最小。當(dāng)之間隔最小。當(dāng)N N2 2時(shí)，時(shí)，min)()(2222112yxyxSn二維平面上以二維平面上以x1x1，y2y2為中心、邊長(zhǎng)為中心、邊長(zhǎng)為、對(duì)角線(xiàn)與坐標(biāo)軸平行的一個(gè)正方形為、對(duì)角線(xiàn)與坐標(biāo)軸平行的一個(gè)正方形 n二維平面上的一個(gè)圓二維平面上的一個(gè)圓 差絕對(duì)值和差矢量分量絕對(duì)值和差絕對(duì)值和差矢量分量絕對(duì)值和 dxdyqypxgyxgqpSDyx),(),(),(),( minjcjrijiggrcS11,),(離散灰度數(shù)據(jù)差絕對(duì)值和的計(jì)算公式為離散灰度數(shù)據(jù)差絕對(duì)值和的計(jì)算公式為 假設(shè)Sc0, r0 Sc, r cc

10、0， rr0，那么c0, r0為搜索區(qū)影像相對(duì)于目的區(qū)影像的位移行、列參數(shù)。對(duì)于一維相關(guān)應(yīng)有r 0。NiiiNNyxyxyxyxS12211n兩影像窗口灰度差絕對(duì)值和即灰度矢兩影像窗口灰度差絕對(duì)值和即灰度矢量量X X與與Y Y之差矢量之分量的絕對(duì)值之和之差矢量之分量的絕對(duì)值之和n當(dāng)當(dāng)N=2N=2時(shí)，時(shí)， min2211yxyxS基于物方的影像匹配基于物方的影像匹配VLL法法 n影像匹配的目的是提取物體的幾何 信息，確定其空間位置，n可以直接確定物體外表點(diǎn)空間三維坐標(biāo)的影像匹配方法得到了研討，這些方法也被稱(chēng)為“地面元影像匹配 n在物方有一條在物方有一條鉛垂線(xiàn)軌跡，鉛垂線(xiàn)軌跡，它在影像上的它在影像

11、上的投影是不斷線(xiàn)。投影是不斷線(xiàn)。就是說(shuō)就是說(shuō)VLLVLL與地與地面交點(diǎn)面交點(diǎn)A A在影像在影像上的構(gòu)像必定上的構(gòu)像必定位于相應(yīng)的位于相應(yīng)的“投影差上。投影差上。鉛垂線(xiàn)軌跡法鉛垂線(xiàn)軌跡法VLLVLLVertical Line Vertical Line Locus Locus 地地面面AVLLVLL法影像匹配表示圖法影像匹配表示圖A?在鉛垂在鉛垂線(xiàn)上線(xiàn)上地面地面An那一個(gè)點(diǎn)那一個(gè)點(diǎn)正確？正確？詳細(xì)步驟詳細(xì)步驟n給定地面點(diǎn)的平面坐標(biāo)X，Y 與近似最低高程Zmin。n ZiZminiZ 高程搜索步距Z可由所要求的高程精度確定)()()()()()()()()()()()()()()()()()()(

12、)()()()()(333222333111333222333111ssssssissssssissssssissssssiZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafxZZcYYbXXaZZcYYbXXafyZZcYYbXXaZZcYYbXXafx n計(jì)算左右像坐標(biāo)計(jì)算左右像坐標(biāo)nxi, yixi, yi與與xixi，yiyi： n分別以xi, yi與xi，yi為中心在左右影像上取影像窗口，計(jì)算其匹配測(cè)度，如相關(guān)系數(shù)pi。 n將i的值添加1，反復(fù)2，3兩步，得到0，1，2，n取其最大者k：n k max0，1，2，nn還可以利用k及其相鄰的幾個(gè)相關(guān)系數(shù)擬合一

13、拋物線(xiàn)，以其極值對(duì)應(yīng)的高程作為A點(diǎn)的高程，以進(jìn)一步提高精度，或以更小的高程步距在一小范圍內(nèi)反復(fù)以上過(guò)程。圖5-3-7 相關(guān)系數(shù)拋物線(xiàn)擬合 影像匹配相關(guān)即使在定位到整影像匹配相關(guān)即使在定位到整像素的情況下，其實(shí)際精度也可到達(dá)像素的情況下，其實(shí)際精度也可到達(dá)大約大約0.30.3像素的精度。像素的精度。影像匹配精度影像匹配精度 n影像相關(guān)是左影像為目的區(qū)與右影像上搜索區(qū)內(nèi)相對(duì)應(yīng)的一樣大小的一影像相比較，求得相關(guān)系數(shù)，代表各窗口中心像素的中央點(diǎn)處的匹配測(cè)度 整像素相關(guān)的精度整像素相關(guān)的精度 半個(gè)像素半個(gè)像素2222)(dxxxx02,/1)(xx29. 0 x整像素相關(guān)的精度整像素相關(guān)的精度 n誤差服從內(nèi)的均勻分布誤差服從內(nèi)的均勻分布為像素大為像素大小小 1222x用相關(guān)系數(shù)的拋物線(xiàn)擬合提高相關(guān)精度用相關(guān)系數(shù)的拋物線(xiàn)擬合提高相關(guān)