一種基于線特征的弱連接影像拼接方法技術(shù)

一種基于線特征的弱連接影像拼接方法，首先在左右兩幅影像同名區(qū)域內(nèi)量測分布均勻的N對同名點對的影像坐標，并在左右兩幅影像中找到同名的相交直線對或平行直線；根據(jù)量測像點的影像坐標計算直線的方程，并計算得到直線交點的影像坐標；將對應(yīng)的直線交點視作同名點，其影像坐標代入到影像上下視差的方程中，與普通同名點一起求解影像間的相對定向參數(shù)；依據(jù)求解得到的相對定向參數(shù)，對右影像進行幾何變換，并得到新的影像重疊區(qū)域，以重疊區(qū)域的中線為拼接線，將兩幅影像拼接起來。本發(fā)明專利技術(shù)充分不僅構(gòu)造了更多的同名點觀測值，并能夠使點位分布更加理想，從而提高弱連接影像的拼接精度，可適用于各種弱連接條件影像的拼接處理。

A weakly connected image stitching method based on line features

A weakly connected image mosaic method based on linear feature, first in the two picture images of the same area measuring uniform distribution of N on the same point on the image coordinates, and find the intersection line of parallel lines or with the same name in the two image; according to the measurement of image coordinates calculation of linear equation, and calculates the image coordinates of the intersection line; line intersection will correspond to the same point as the image into the image coordinate, y-parallax equation, and the common points between images together to solve the relative orientation parameters; according to the relative orientation parameters are obtained. The geometric transformation of the right image, and get the overlapping area the new image, with overlapping line as the stitching line, the two images together. The invention not only constructs the same point more observations, and can make the point distribution is more ideal, so as to improve the accuracy of image mosaic of weak connection, can be used in various conditions of weak connection mosaic image.

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種基于線特征的弱連接影像拼接方法
本專利技術(shù)涉及求解影像間相對位置關(guān)系的方法，特別是針對弱連接影像的相對位置關(guān)系確定及拼接方法，屬于測繪及計算機視覺領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
在利用航空影像進行地形圖測繪，或者通過場景拍攝的影像構(gòu)建全景影像時，需要將影像拼接構(gòu)建整個拍攝區(qū)的全幅影像，為保證影像的拼接精度，核心步驟就是確定各影像間的相對位置關(guān)系。目前大多通過影像匹配獲取兩幅影像間N對(N>5)同名點對的影像坐標，通過影像相對定向來求解影像相對位置關(guān)系。一般來說，要獲得較高的相對定向精度，影像間的重疊度應(yīng)不低于60％，且量測得到的同名點應(yīng)均勻分布在影像間的重疊區(qū)域內(nèi)。但在某些特殊情況下，影像間的連接條件很弱，重疊度甚至不超過10％，采用傳統(tǒng)同名點對應(yīng)關(guān)系的相對定向方法很難得到較高精度的相對定向結(jié)果。因此，有必要研究一種能夠提高弱連接條件影像相對定向及拼接精度的方法。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有方法的缺陷，提供了一種利用影像線特征的相對定向方法，通過影像直線特征的成像關(guān)系，計算出影像成像范圍以外像點的影像坐標，以增加相對定向求解的多余觀測量，并能夠擴展同名點的分布范圍，有效提高弱連接影像的相對定向精度。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是：一種基于線特征的弱連接影像拼接方法，步驟如下：(1)在左右兩幅影像的重疊區(qū)域上量測N對同名點的影像坐標，N對同名點應(yīng)均勻分布在影像重疊區(qū)域，將重疊區(qū)域從上到下等分為3部分，分別為重疊區(qū)域上方、中部和下方，重疊區(qū)域上方、中部和下方應(yīng)至少各量測2對同名點；(2)在左右兩幅影像中找到同名的相交直線對或平行直線對(是指兩幅圖像的成像物方相交或平行，而不是僅在影像中相交或平行而實際不相交或平行)，每條直線上各量測兩個點的影像坐標(可以不必是同名點)，所選的直線對必須在兩幅影像上都出現(xiàn)；(3)利用步驟(2)獲得在左影像上的某一直線上量測的兩個點的影像坐標，計算該直線在影像上的方程，同理計算與其相交或平行直線的方程，并計算其對應(yīng)的同名直線對在右影像上的方程；(4)根據(jù)步驟(3)計算的相交直線對或平行直線對的方程，求解相交直線對的交點或平行直線對的滅點在左影像上的影像坐標，并對應(yīng)地計算右影像上同名直線對的同名交點或同名滅點；(5)把步驟(4)計算得到的同名交點或同名滅點的影像坐標與步驟(1)量測的N對同名點的影像坐標作為測量值，進行影像相對定向元素的解算；(6)通過影像相對定向解算得到兩幅影像間的相對定向元素，并基于該參數(shù)以左影像為基準校正右影像；(7)計算校正后左右影像的重疊區(qū)域，以重疊區(qū)中心線為拼接線，將左影像和校正后的右影像拼接起來，實現(xiàn)影像拼接。所述步驟(3)中計算直線方程，根據(jù)步驟(2)中量測得到的兩個像點的影像坐標，計算其直線方程的具體步驟為：假設(shè)所量測的直線上兩個點的坐標分別是(x1,y1)和(x2,y2)，則直線的方程式形如：Ax+By+C＝0其中A＝y(tǒng)2-y1，B＝x2-x1，所述步驟(4)中利用兩條相交或平行直線方程求解交點，其具體步驟為：假設(shè)兩條直線的方程分別為：A1x+B1y+C1＝0A2x+B2y+C2＝0其交點或滅點的影像坐標(xi,yi)為：所述步驟(5)的影像相對定向元素的解算步驟為：(5-1)利用上下視差的為0的共面條件關(guān)系求解相對定向元素by,bz,ω,κ，其中BX,BY,BZ為右影像投影中心在左影像的像空間輔助坐標系下的坐標分量，ω,κ為右影像相對于左影像的三個相互正交的旋轉(zhuǎn)角，能夠唯一確定左影像到右影像的旋轉(zhuǎn)矩陣R，R具體為：(5-2)構(gòu)建影像上下視差Q的表達式，表示為：Q＝NY-N′Y′-BY式中，N、N′分別為左右影像上同名像點的點投影系數(shù)，(X,Y,Z)和(X′,Y′,Z′)分別為同名點在左右影像的像空間輔助坐標，計算方法為：其中(x,y)為左影像上同名點的影像坐標，f為左影像的主距，(x′,y′)為該同名點在又影像上的影像坐標，f′為右影像上的主距；R為如(5-1)所述的旋轉(zhuǎn)矩陣。(5-3)相對定向計算后，影像上下視差為0，據(jù)此列出影像上下視差的誤差方程，表示為：v＝Ax-l式中，l＝-Q。式中，v表示誤差方程的殘差；x為由相對定向元素的改正數(shù)組成的向量；l為經(jīng)計算得到的誤差方程觀測值；(5-4)步驟(5-3)列出的誤差方程系數(shù)A矩陣中的各項偏導(dǎo)數(shù)為其中TYX＝Y(jié)X′-XY′，TZY＝ZY′-YZ′，TXZ＝XZ′-ZX′。(5-5)當測量了N對同名像點時，N>5，將同名像點的影像坐標視為等精度不相關(guān)觀測值，給定相對定向元素的初始值，采用最小二乘平差方法求解相對定向元素的改正數(shù)；x＝(ATA)-1ATl并通過迭代更新相對定向元素，最終得到相對定向元素的精確值。步驟(6)所述的右影像校正步驟為：(6-1)對每一個校正前影像坐標為(x,y)的像點，其校正后的影像坐標(xc,yc)為：式中ai,bi,ci為(5-1)中旋轉(zhuǎn)矩陣R的元素。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：(1)現(xiàn)有方法難以解決小重疊度影像相對定向過程中，由于同名點分布不均勻引起參數(shù)求解精度降低，而本方法充分利用了影像的線特征，不僅構(gòu)造了更多的同名點觀測值，并能夠使點位分布更加理想，從而提高弱連接影像的拼接精度。(2)本方法在處理擁有直線特征的影像拼接時，能有效提升影像拼接精度，能夠廣泛應(yīng)用于城市航攝影像或室內(nèi)近景影像等。(3)本方法能很好應(yīng)用于多探測器拼接式相機的整體檢校，通過對三維檢校場成像，利用檢校場影像中豐富的直線特征，有效提高各探測器間相對位置關(guān)系的求解精度，從而提高影像的拼接精度。(4)采用本方法進行拼接，對影像重疊度的要求降低，從而能夠有效減少拼接影像的數(shù)量，在適用條件下使作業(yè)效率提高。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的流程圖。圖2為本專利技術(shù)影像重疊區(qū)域上部、中部、下部的劃分的恩范圍示意圖；圖3為本專利技術(shù)左影像和校正后影像示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)的具體實施方式進行進一步的詳細描述。本專利技術(shù)一種基于線特征的弱連接影像拼接方法，首先在左右兩幅影像同名區(qū)域內(nèi)量測分布均勻的N對同名點對的影像坐標(N>5)，并在左右兩幅影像中找到同名的相交直線對或平行直線，每條直線上各量測兩個像點的影像坐標；根據(jù)量測像點的影像坐標計算直線的方程，并計算得到直線交點的影像坐標；將對應(yīng)的直線交點視作同名點，其影像坐標代入到影像上下視差的方程中，與普通同名點一起求解影像間的相對定向參數(shù)；依據(jù)求解得到的相對定向參數(shù)，對右影像進行幾何變換，并得到新的影像重疊區(qū)域，以重疊區(qū)域的中線為拼接線，將兩幅影像拼接起來。本專利技術(shù)中的方法充分利用了影像的線特征，不僅構(gòu)造了更多的同名點觀測值，并能夠使點位分布更加理想，從而提高弱連接影像的拼接精度，可適用于各種弱連接條件影像的拼接處理。本專利技術(shù)技術(shù)方案可采用計算機軟件技術(shù)實現(xiàn)自動運行流程，以下結(jié)合附圖和實施例詳細說明本專利技術(shù)技術(shù)方案。如圖1所示為本專利技術(shù)的流程圖，從圖1可知，本專利技術(shù)提出的一種基于線特征的弱連接影像拼接方法，具體步驟如下：(1)在左右兩幅影像的重疊區(qū)域上量測N對同名點的影像坐標，N對同名點應(yīng)均勻分布在影像重疊區(qū)域，將重疊區(qū)域從上到下等分為3部分，分別為重疊區(qū)域上方、中部和下方，重疊區(qū)域上方、中部和下方應(yīng)至少各量測2對同名點，且不同的像點間應(yīng)保證足本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種基于線特征的弱連接影像拼接方法，其特征在于步驟如下：(1)在左右兩幅影像的重疊區(qū)域上量測N對同名點的影像坐標，N對同名點應(yīng)均勻分布在影像重疊區(qū)域，將重疊區(qū)域從上到下分為3部分，分別為重疊區(qū)域上方、中部和下方，重疊區(qū)域上方、中部和下方應(yīng)至少各量測2對同名點；(2)在左右兩幅影像中找到同名的相交直線對或平行直線對，每條直線上各量測兩個點的影像坐標，所選的直線對必須在兩幅影像上都出現(xiàn)；(3)利用步驟(2)獲得在左影像上的某一直線上量測的兩個點的影像坐標，計算該直線在影像上的方程，同理計算與其相交或平行直線的方程，并計算其對應(yīng)的同名直線對在右影像上的方程；(4)根據(jù)步驟(3)計算的相交直線對或平行直線對的方程，求解相交直線對的交點或平行直線對的滅點在左影像上的影像坐標，并對應(yīng)地計算右影像上同名直線對的同名交點或同名滅點；(5)把步驟(4)計算得到的同名交點或同名滅點的影像坐標與步驟(1)量測的N對同名點的影像坐標作為測量值，進行影像相對定向元素的解算；(6)通過影像相對定向解算得到兩幅影像間的相對定向元素，并基于該參數(shù)以左影像為基準校正右影像；(7)計算校正后左右影像的重疊區(qū)域，以重疊區(qū)中心線為拼接線，將左影像和校正后的右影像拼接起來，實現(xiàn)影像拼接。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于線特征的弱連接影像拼接方法，其特征在于步驟如下：(1)在左右兩幅影像的重疊區(qū)域上量測N對同名點的影像坐標，N對同名點應(yīng)均勻分布在影像重疊區(qū)域，將重疊區(qū)域從上到下分為3部分，分別為重疊區(qū)域上方、中部和下方，重疊區(qū)域上方、中部和下方應(yīng)至少各量測2對同名點；(2)在左右兩幅影像中找到同名的相交直線對或平行直線對，每條直線上各量測兩個點的影像坐標，所選的直線對必須在兩幅影像上都出現(xiàn)；(3)利用步驟(2)獲得在左影像上的某一直線上量測的兩個點的影像坐標，計算該直線在影像上的方程，同理計算與其相交或平行直線的方程，并計算其對應(yīng)的同名直線對在右影像上的方程；(4)根據(jù)步驟(3)計算的相交直線對或平行直線對的方程，求解相交直線對的交點或平行直線對的滅點在左影像上的影像坐標，并對應(yīng)地計算右影像上同名直線對的同名交點或同名滅點；(5)把步驟(4)計算得到的同名交點或同名滅點的影像坐標與步驟(1)量測的N對同名點的影像坐標作為測量值，進行影像相對定向元素的解算；(6)通過影像相對定向解算得到兩幅影像間的相對定向元素，并基于該參數(shù)以左影像為基準校正右影像；(7)計算校正后左右影像的重疊區(qū)域，以重疊區(qū)中心線為拼接線，將左影像和校正后的右影像拼接起來，實現(xiàn)影像拼接。2.如權(quán)利要求1所述的一種基于線特征的弱連接影像拼接方法，其特征在于：所述步驟(3)中計算直線方程，根據(jù)步驟(2)中量測得到的兩個像點的影像坐標，計算其直線方程的具體步驟為：假設(shè)所量測的直線上兩個點的坐標分別是(x1,y1)和(x2,y2)，則直線的方程式形如：Ax+By+C＝0其中A＝y(tǒng)2-y1，B＝x2-x1，3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于線特征的弱連接影像拼接方法，其特征在于：所述步驟(4)中利用兩條相交或平行直線方程求解交點，其具體步驟為：假設(shè)兩條直線的方程分別為：A1x+B1y+C1＝0A2x+B2y+C2＝0其交點或滅點的影像坐標(xi,yi)為：4...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：鐘燦，文高進，姚娜，尚志鳴，張春曉，王洪民，李辰，
申請(專利權(quán))人：北京空間機電研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11