CN101846514A - 工业数字摄影测量用像点匹配方法 - Google Patents

工业数字摄影测量用像点匹配方法 Download PDF

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CN101846514A CN 201010201989 CN201010201989A CN101846514A CN 101846514 A CN101846514 A CN 101846514A CN 201010201989 CN201010201989 CN 201010201989 CN 201010201989 A CN201010201989 A CN 201010201989A CN 101846514 A CN101846514 A CN 101846514A
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Abstract

本发明涉及工业数字摄影测量用像点匹配方法，该方法利用待匹配像点到相应核面距离作为约束条件，并按照已知点对像片进行分组，该方法首先按是否含有相同已知物方点划分为若干组，然后对每一组像片计算几何质量较好的部分组合进行匹配，最后利用物方点反算在其它像片上的同名像点，该方法能够提高匹配速度及匹配准确性，而且通过试验验证，该方法与基于核线约束的像点匹配方法相比计算量小、误差小。

Description

工业数字摄影测量用像点匹配方法
技术领域
本发明涉及工业数字摄影测量用像点匹配方法。
背景技术
像点匹配即确定物方点在不同像片上对应的同名像点，是实现摄影测量自动化的关键技术之一。当采用回光反射标志作为测量点时，各标志的图像具有基本一致的灰度分布规律，故采用基于灰度相关的匹配算法难以实现其自动匹配。因此，在工业数字摄影测量中，像点自动匹配只能利用同名像点间的空间几何关系完成。
核线约束是解决摄影测量同名像点匹配的重要约束条件。图1所示为一个立体像对，物方点在像片
Figure 945819DEST_PATH_IMAGE002
和上分别成像为
Figure 312395DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 5545DEST_PATH_IMAGE005
，即同名像点；物方点
Figure 332621DEST_PATH_IMAGE006
、投影中心和
Figure 634692DEST_PATH_IMAGE008
三点共面，该平面即为物方点
Figure 397112DEST_PATH_IMAGE001
对应的核面；核面与各像平面的交线（
Figure 47536DEST_PATH_IMAGE009
、
Figure 502788DEST_PATH_IMAGE010
）称为核线。显然，同名像点
Figure 996087DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 562197DEST_PATH_IMAGE005
一定在其相应核线
Figure 67128DEST_PATH_IMAGE009
和
Figure 693281DEST_PATH_IMAGE010
上。受相机畸变及其它误差的影响，实际像点可能不会严格位于核线上，而与其有一微小距离
Figure 673876DEST_PATH_IMAGE012
。
利用核线约束实施像点匹配，首先要计算出给定像点的同名像点对应核线，其前提是相机参数、像片外方位元素和像点坐标均已知。
图1中，记像点
Figure 778098DEST_PATH_IMAGE004
在
Figure 403114DEST_PATH_IMAGE013
像空间坐标系中的坐标为
Figure 200169DEST_PATH_IMAGE014
，在
Figure 402480DEST_PATH_IMAGE008
像空间坐标系中的坐标为
Figure 575973DEST_PATH_IMAGE015
，则有：
Figure 55495DEST_PATH_IMAGE016
   （1）
上式中，
Figure 23451DEST_PATH_IMAGE017
为像片投影中心在物方空间坐标系中的坐标，
Figure 119583DEST_PATH_IMAGE018
和为像空间坐标系相对于物方空间坐标系的旋转矩阵。在
Figure 289851DEST_PATH_IMAGE013
像空间坐标系中，
Figure 897550DEST_PATH_IMAGE007
和
Figure 480978DEST_PATH_IMAGE004
的坐标已知，分别为
Figure 324169DEST_PATH_IMAGE020
和
Figure 778284DEST_PATH_IMAGE021
。根据上式，可得
Figure 88042DEST_PATH_IMAGE022
和
Figure 752242DEST_PATH_IMAGE023
在像空间坐标系中的坐标，分别记为
Figure 114270DEST_PATH_IMAGE025
和
Figure 594930DEST_PATH_IMAGE026
。
由
Figure 480846DEST_PATH_IMAGE022
、
Figure 806786DEST_PATH_IMAGE023
和三点共面（核面），可得核面在
Figure 746109DEST_PATH_IMAGE027
像空间坐标系中的方程为：   
      
Figure 791425DEST_PATH_IMAGE028
                       （2）
在
Figure 655476DEST_PATH_IMAGE029
像空间坐标系下，像平面
Figure 204269DEST_PATH_IMAGE030
的平面方程为：
      
Figure 885786DEST_PATH_IMAGE031
                  （3）
将式（3）代入式（2），即可得像点在像平面
Figure 554982DEST_PATH_IMAGE032
上的核线方程：
      
Figure 817336DEST_PATH_IMAGE033
 （4）
基于核线约束的像点匹配一般以3张像片为一组，分两步进行匹配：首先经初始匹配确定初始匹配像点，然后精确匹配确定唯一的同名像点。
以图2基于3张像片的核线匹配过程为例，物方点
Figure 76279DEST_PATH_IMAGE006
在像片
Figure 33871DEST_PATH_IMAGE034
上的像点为目标像点，
Figure 153322DEST_PATH_IMAGE005
、为其分别在待匹配像片
Figure 28054DEST_PATH_IMAGE036
、
Figure 568757DEST_PATH_IMAGE030
上的同名像点，
Figure 540124DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 140870DEST_PATH_IMAGE038
为相应核线。核线匹配的过程大致如下：
(1)初始匹配。如前所述，由于各种误差的影响，同名像点通常偏离相应核线一定的距离。因此，在初始匹配过程中，给定距离阈值
Figure 73054DEST_PATH_IMAGE039
，在待匹配像片
Figure 417447DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 508900DEST_PATH_IMAGE032
上分别搜索所有到核线
Figure 14968DEST_PATH_IMAGE037
、
Figure 700027DEST_PATH_IMAGE038
距离小于
Figure 582532DEST_PATH_IMAGE039
的像点，分别记为初始匹配像点集合
Figure 528492DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 205461DEST_PATH_IMAGE041
。如图3所示，
Figure 112237DEST_PATH_IMAGE042
，
Figure 391908DEST_PATH_IMAGE043
。
(2)精确匹配。对
Figure 598899DEST_PATH_IMAGE040
中的所有初始匹配像点，按上述方法分别计算其在像片
Figure 181190DEST_PATH_IMAGE044
上的相应核线
Figure 106421DEST_PATH_IMAGE045
、、
Figure 251280DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure 4472DEST_PATH_IMAGE048
，与
Figure 744895DEST_PATH_IMAGE049
的交点记为
Figure 772894DEST_PATH_IMAGE050
，如图4所示。找出
Figure 423318DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure 878570DEST_PATH_IMAGE052
两组像点之间距离最小的两点，则其分别在像片
Figure 371869DEST_PATH_IMAGE032
和上的对应像点就是像片上
Figure 69063DEST_PATH_IMAGE011
点的同名像点。图4中，最近的两点为
Figure 784078DEST_PATH_IMAGE054
和
Figure 153880DEST_PATH_IMAGE055
，在像片
Figure 778896DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure 575951DEST_PATH_IMAGE056
上的对应像点分别为
Figure 778262DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 686175DEST_PATH_IMAGE055
，即
Figure 165698DEST_PATH_IMAGE004
的同名像点为、。
核线约束是将核面条件转化到像平面上，即将二维约束简化为一维约束，其本质是同名像点及其所在像片的投影中心（以及对应物方点）共面。候选像点到核线的距离在一定程度上反映了同名像点与相应像片投影中心的共面程度，但并非其准确表述。能够准确描述其共面程度的是候选像点到相应核面（而非核线）的距离。
如图5所示，候选像点
Figure 3707DEST_PATH_IMAGE005
到核线的距离记为
Figure 866807DEST_PATH_IMAGE058
，到核面
Figure 184656DEST_PATH_IMAGE059
的距离记为
Figure 168792DEST_PATH_IMAGE060
，显然，只有当核面
Figure 747541DEST_PATH_IMAGE061
与像平面
Figure 57300DEST_PATH_IMAGE003
垂直时，
Figure 331286DEST_PATH_IMAGE062
，否则
Figure 384693DEST_PATH_IMAGE063
，且两平面夹角越小，
Figure 817948DEST_PATH_IMAGE058
与
Figure 298608DEST_PATH_IMAGE060
的差值越大。亦即，核面与像平面的夹角越小，则核线约束的误差越大，而这种误差将增大阈值
Figure 325470DEST_PATH_IMAGE039
的选择难度；另一方面，要得到核线方程，除了计算核面方程外，还要计算像平面
Figure 916988DEST_PATH_IMAGE032
的方程及二者的交线方程，这无疑增加了计算量。因此，从匹配准确性和速度两方面考虑，选择核面约束作为像点匹配的约束条件更为合适，即凡是到相应核面的距离小于给定阈值的所有像点均作为候选相应像点。
在近景摄影测量中，一次测量拍摄的像片少则十几张，多则数百张，将像片按3张一组进行组合，得到的组合数量极大，难以对每一种组合都进行匹配。另外，当被测目标尺寸较大时，多采用部分覆盖摄影，即有些像片之间没有重叠区域，因此对这些像片组合进行匹配非但没有意义，反而容易造成误匹配，因此需要一种能够实现像点快速、准确匹配的方法。
发明内容
本发明的目的是提供能够实现像点快速、准确匹配的工业数字摄影测量用像点匹配方法，以解决现有匹配方法计算量大、误差大的问题。
 本发明的一种基于核面约束的像点匹配方法的步骤如下：
(1)将三张像片上的所有像点坐标转换到物方空间坐标系内；
(2)选取一张像片
Figure 470329DEST_PATH_IMAGE036
上的各未匹配像点为目标像点，计算其在另两张像片
Figure 590732DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 370469DEST_PATH_IMAGE044
上的对应核面
Figure 827996DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 235843DEST_PATH_IMAGE065
；
(3)设定距离阈值，分别计算像片
Figure 325339DEST_PATH_IMAGE032
、上各候选像点到相应核面
Figure 661959DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 248798DEST_PATH_IMAGE065
的距离
Figure 3128DEST_PATH_IMAGE012
，若
Figure 474560DEST_PATH_IMAGE066
，则将对应的候选像点标记为初始匹配像点，将两像片
Figure 591421DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 755686DEST_PATH_IMAGE053
上的初始匹配像点集合分别记为初始集合
Figure 466153DEST_PATH_IMAGE040
、；
(4)若初始集合
Figure 384748DEST_PATH_IMAGE040
、至少有一个为空，则该目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配，否则，计算初始集合中各像点在像片上的对应核面及初始集合
Figure 453067DEST_PATH_IMAGE052
中各像点到核面
Figure 872547DEST_PATH_IMAGE067
的距离
Figure 755052DEST_PATH_IMAGE068
，若
Figure 712730DEST_PATH_IMAGE069
，则将其标记为最终匹配像点，将两像片
Figure 655278DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 562054DEST_PATH_IMAGE053
上的最终匹配像点集合分别记为最终集合
Figure 248251DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 48716DEST_PATH_IMAGE071
；
(5)若最终集合
Figure 631008DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 556238DEST_PATH_IMAGE072
中均只有一个像点，则即为目标像点的同名像点，该目标像点匹配成功；否则，目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配。
本发明的一种基于已知点和核面约束的像点匹配方法，一次测量共拍摄
Figure 374022DEST_PATH_IMAGE073
张像片
Figure 701098DEST_PATH_IMAGE074
（m>3），有
Figure 188711DEST_PATH_IMAGE075
个已知点
Figure 601238DEST_PATH_IMAGE076
，则具体匹配过程如下：
(1)对于每一个已知点
Figure 222712DEST_PATH_IMAGE077
，在像片
Figure 404294DEST_PATH_IMAGE078
中搜索其所有成像的像片，其集合记为成像集合
Figure 328388DEST_PATH_IMAGE079
（其中）；
(2)对成像集合
Figure 122218DEST_PATH_IMAGE079
中的像片，按三张一组进行组合，计算所有组合的像片组几何质量；选择几何质量最好的前
Figure 423886DEST_PATH_IMAGE081
个组合，记为最佳像片组集合
Figure 518881DEST_PATH_IMAGE082
；
(3)对最佳像片组集合
Figure 640421DEST_PATH_IMAGE082
中的每一种组合，按三张像片基于核面约束的像点匹配过程进行匹配，首先由像点到对相应核面的距离进行初始匹配以确定初始匹配像点，然后精确匹配确定唯一的同名像点，匹配出的所有同名像点对应物方点集合记为匹配物方点集合
Figure 603698DEST_PATH_IMAGE083
，并通过前方交会计算匹配物方点集合中所有物方点的三维坐标；
(4)反算匹配物方点集合
Figure 25769DEST_PATH_IMAGE083
中的物方点在其它张像片上的对应像点坐标，根据距离阈值
Figure 135993DEST_PATH_IMAGE039
寻找同名像点，直到完成所有已知点的同名像点的匹配。
进一步的，步骤（2）中进行像片组几何质量的定量检验，计算公式为：，其中
Figure 583472DEST_PATH_IMAGE086
表示像片
Figure 273079DEST_PATH_IMAGE087
所组成像片组的几何质量，且
Figure 984683DEST_PATH_IMAGE088
，分别为像片
Figure 457570DEST_PATH_IMAGE087
的投影中心，
Figure 634473DEST_PATH_IMAGE090
为的最大内角。
进一步的，步骤（3）中三张像片匹配过程如下：
(1)将三张像片上的所有像点坐标转换到物方空间坐标系内；
(2)选取一张像片
Figure 338304DEST_PATH_IMAGE036
上的各未匹配像点为目标像点，计算其在另两张像片
Figure 241538DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 312262DEST_PATH_IMAGE044
上的对应核面
Figure 834511DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 674291DEST_PATH_IMAGE065
；
(3)设定距离阈值
Figure 748426DEST_PATH_IMAGE039
，分别计算像片
Figure 306446DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 366806DEST_PATH_IMAGE053
上各候选像点到相应核面
Figure 61093DEST_PATH_IMAGE064
、的距离
Figure 351445DEST_PATH_IMAGE012
，若，则将对应的候选像点标记为初始匹配像点，将两像片
Figure 29869DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 445806DEST_PATH_IMAGE053
上的初始匹配像点集合分别记为初始集合
Figure 712840DEST_PATH_IMAGE040
、；
(4)若初始集合
Figure 49460DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 636299DEST_PATH_IMAGE041
至少有一个为空，则该目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配，否则，计算初始集合
Figure 390629DEST_PATH_IMAGE040
中各像点在像片
Figure 596482DEST_PATH_IMAGE056
上的对应核面
Figure 713343DEST_PATH_IMAGE067
及初始集合
Figure 143187DEST_PATH_IMAGE052
中各像点到核面
Figure 853654DEST_PATH_IMAGE067
的距离
Figure 128778DEST_PATH_IMAGE068
，若
Figure 365724DEST_PATH_IMAGE069
，则将其标记为最终匹配像点，将两像片
Figure 700890DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 898653DEST_PATH_IMAGE053
上的最终匹配像点集合分别记为最终集合
Figure 977468DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 68921DEST_PATH_IMAGE071
；
(5)若最终集合
Figure 840567DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 260047DEST_PATH_IMAGE072
中均只有一个像点，则即为目标像点的同名像点，该目标像点匹配成功；否则，目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配。
本发明的基于核面约束的像点匹配方法，利用待匹配像点到相应核面距离作为约束条件来进行像点的匹配，首先经过初始匹配确定初始匹配像点，然后精确匹配确定唯一的同名像点，该方法能够快速、准确的完成像点的匹配，而且通过试验验证，该方法与基于核线约束的像点匹配方法相比计算量小、误差小。
本发明的基于已知点和核面约束的像点匹配方法，利用待匹配像点到相应核面距离作为约束条件，并按照已知点对像片进行分组，该方法首先按是否含有相同已知物方点划分为若干组，然后对每一组像片计算几何质量较好的部分组合进行匹配，最后利用物方点反算在其它像片上的同名像点，该方法能够提高匹配速度及匹配准确性，而且通过试验验证，该方法与基于核线约束的像点匹配方法相比计算量小、误差小。
附图说明
图1是核线示意图；
图2是核线匹配示意图；
图3是基于核线约束的像点匹配方法的初始匹配结果示意图；
图4是基于核线约束的像点匹配方法的精确匹配结果示意图；
图5是核线约束与核面约束区别的示意图；
图6实施例一中三像片像点匹配方法示意图；
图7是实施例二的像片几何质量示意图；
图8是实施例二的几何质量函数图。
具体实施方式
实施例一：
三张像片的基于核面约束的像点匹配方法，该方法的流程图如图5所示，具体步骤如下：
(1)将三张像片上的所有像点坐标转换到物方空间坐标系内；
(2)选取一张像片
Figure 736028DEST_PATH_IMAGE036
上的各未匹配像点为目标像点，计算其在另两张像片
Figure 88512DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 499902DEST_PATH_IMAGE044
上的对应核面
Figure 937836DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 951929DEST_PATH_IMAGE065
；
(3)设定距离阈值，分别计算像片
Figure 6790DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 932020DEST_PATH_IMAGE053
上各候选像点到相应核面
Figure 749804DEST_PATH_IMAGE064
、的距离
Figure 564493DEST_PATH_IMAGE012
，若，则将对应的候选像点标记为初始匹配像点，将两像片
Figure 598494DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 780076DEST_PATH_IMAGE053
上的初始匹配像点集合分别记为初始集合
Figure 438591DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 338414DEST_PATH_IMAGE052
；
(4)若初始集合
Figure 498000DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 268510DEST_PATH_IMAGE041
至少有一个为空，则该目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配，否则，计算初始集合中各像点在像片
Figure 609678DEST_PATH_IMAGE056
上的对应核面
Figure 979480DEST_PATH_IMAGE067
及初始集合
Figure 338917DEST_PATH_IMAGE052
中各像点到核面
Figure 135971DEST_PATH_IMAGE067
的距离，若
Figure 511775DEST_PATH_IMAGE069
，则将其标记为最终匹配像点，将两像片
Figure 991298DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 552729DEST_PATH_IMAGE053
上的最终匹配像点集合分别记为最终集合
Figure 648861DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 829307DEST_PATH_IMAGE071
；
(5)若最终集合
Figure 694495DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 426827DEST_PATH_IMAGE072
中均只有一个像点，则即为目标像点的同名像点，该目标像点匹配成功；否则，目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配。
以图6为例，为计算候选像点到核面的距离，首先要将所有像点坐标统一到物方空间坐标系中，并计算核面方程，设相机主距为
Figure 10255DEST_PATH_IMAGE092
，像主点在像平面内的坐标为，像点
Figure 714086DEST_PATH_IMAGE011
坐标为
Figure 617320DEST_PATH_IMAGE094
，所在像片
Figure 156886DEST_PATH_IMAGE034
摄站坐标为
Figure 210293DEST_PATH_IMAGE095
，旋转矩阵为：
            
 则像点
Figure 124208DEST_PATH_IMAGE023
在物方空间坐标系中的坐标为：
 
候选像点
Figure 742588DEST_PATH_IMAGE023
与像片、
Figure 681911DEST_PATH_IMAGE030
投影中心构成的核面方程
Figure 196069DEST_PATH_IMAGE098
为：
      
Figure 591278DEST_PATH_IMAGE099
  
写成一般式为：
      
Figure 733547DEST_PATH_IMAGE100
    
候选像点
Figure 290430DEST_PATH_IMAGE005
到核面
Figure 557463DEST_PATH_IMAGE101
的距离即为：
     
 上式中，
Figure 221980DEST_PATH_IMAGE103
为像点
Figure 480923DEST_PATH_IMAGE005
在物方空间坐标系中的坐标，设定距离阈值，若是候选像点到核面的距离d<
Figure 987810DEST_PATH_IMAGE039
，且是所有候选像点中到核面的距离最短的，则候选像点
Figure 569051DEST_PATH_IMAGE005
即为
Figure 109754DEST_PATH_IMAGE011
的同名像点，匹配成功，否则匹配失败，继续下一目标像点的匹配。
 实施例二：
从前述匹配过程可以看出，理论上只要利用2张像片就可进行匹配，但由于误差的干扰，需利用第3张像片消除由误差引起的误匹配。而如何选择这3张像片，即如何对所有像片实施分组，则要考虑像片间的几何关系。
如图7所示，第3张像片
Figure 222066DEST_PATH_IMAGE056
之所以能消除误匹配，是因为核面
Figure 150708DEST_PATH_IMAGE105
与
Figure 879629DEST_PATH_IMAGE106
相交，反映在像片
Figure 427285DEST_PATH_IMAGE044
上即为核线
Figure 925263DEST_PATH_IMAGE107
与
Figure 24806DEST_PATH_IMAGE108
相交于同名像点
Figure 241024DEST_PATH_IMAGE055
。若在核面上存在干扰像点
Figure 538330DEST_PATH_IMAGE109
时，其在像片
Figure 480878DEST_PATH_IMAGE044
上的同名像点
Figure 387654DEST_PATH_IMAGE110
不在核面内，因此，不会出现误匹配。但若
Figure 874316DEST_PATH_IMAGE006
、
Figure 722186DEST_PATH_IMAGE112
、
Figure 116259DEST_PATH_IMAGE027
、四点共面，则核面
Figure 261118DEST_PATH_IMAGE059
与
Figure 545469DEST_PATH_IMAGE114
重合，像点将处在核面
Figure 189257DEST_PATH_IMAGE111
内，从而使
Figure 964315DEST_PATH_IMAGE115
、都有可能是同名像点，导致无法正确匹配。亦即，如果核面
Figure 788231DEST_PATH_IMAGE111
与
Figure 947817DEST_PATH_IMAGE106
重合，则第3张像片
Figure 983906DEST_PATH_IMAGE053
不能提供更多的约束，此时，相当于只利用像片
Figure 78901DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 466020DEST_PATH_IMAGE003
进行匹配。
为避免这一问题，应使选择的3张像片、、
Figure 585789DEST_PATH_IMAGE053
以及物方点不共面，而在实际匹配中，物方点
Figure 961593DEST_PATH_IMAGE117
的坐标是未知的。考虑到在像片拍摄过程中，各像片的摄影距离基本一致，即
Figure 441116DEST_PATH_IMAGE001
点一般不会位于平面
Figure 409072DEST_PATH_IMAGE118
内，为满足上述不共面条件，可令
Figure 98679DEST_PATH_IMAGE112
、、
Figure 144312DEST_PATH_IMAGE113
尽可能不共线，一般便可保证
Figure 283170DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 460073DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 709789DEST_PATH_IMAGE044
、
Figure 163904DEST_PATH_IMAGE001
不共面。
为此，选择
Figure 473662DEST_PATH_IMAGE119
的最大内角作为对像片
Figure 191269DEST_PATH_IMAGE034
、
Figure 499890DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 980550DEST_PATH_IMAGE053
的几何质量
Figure 866467DEST_PATH_IMAGE120
进行定量检验的依据，具体公式为：
      
Figure 192406DEST_PATH_IMAGE121
    (30)
该函数图形如图8所示。当
Figure 886692DEST_PATH_IMAGE122
（
Figure 131729DEST_PATH_IMAGE119
为等边三角形）时，几何质量最好，
Figure 177045DEST_PATH_IMAGE123
；当（
Figure 589889DEST_PATH_IMAGE125
、
Figure 271406DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 7281DEST_PATH_IMAGE126
共线）时，几何质量最差，
Figure 940602DEST_PATH_IMAGE127
。根据经验，当几何质量
Figure 202956DEST_PATH_IMAGE128
，即
Figure 461899DEST_PATH_IMAGE129
时，匹配效果较好，基本不会产生误匹配。
在近景摄影测量中，一次测量拍摄的像片少则十几张，多则数百张，将像片按3张一组进行组合，得到的组合数量极大，难以对每一种组合都进行匹配。另外，当被测目标尺寸较大时，多采用部分覆盖摄影，即有些像片之间没有重叠区域，因此对这些像片组合进行匹配非但没有意义，反而容易造成误匹配。
综上考虑，为提高匹配速度及匹配准确性，采用基于已知物方点的像片分组方法，将像片按是否含有相同已知物方点划分为若干组，然后对每一组像片计算几何质量较好的部分组合进行匹配，最后利用物方点反算在其它像片上的同名像点。此处采用的已知物方点为定向靶点和编码标志点，由于同一组像片中都含有相同的已知点，可以保证其一定有重叠区域。
假定一次测量共拍摄
Figure 419491DEST_PATH_IMAGE130
张像片
Figure 422082DEST_PATH_IMAGE078
，有
Figure 538942DEST_PATH_IMAGE075
个已知点
Figure 172049DEST_PATH_IMAGE076
，则具体匹配过程如下：
(1)对于每一个已知点
Figure 413674DEST_PATH_IMAGE077
，在像片
Figure 547853DEST_PATH_IMAGE078
中搜索其所有成像的像片，其集合记为成像集合
Figure 925744DEST_PATH_IMAGE079
（其中
Figure 995331DEST_PATH_IMAGE080
）；
(2)对成像集合
Figure 458674DEST_PATH_IMAGE079
中的像片，按三张一组进行组合，计算所有组合的像片组几何质量；选择几何质量最好的前
Figure 396543DEST_PATH_IMAGE081
个组合，记为最佳像片组成像集合；
(3)对最佳像片组成像集合
Figure 869429DEST_PATH_IMAGE082
中的每一种组合，按三张像片基于核面约束的像点匹配过程进行匹配，首先由像点到对相应核面的距离进行初始匹配以确定初始匹配像点，然后精确匹配确定唯一的同名像点，匹配出的所有同名像点对应物方点集合记为匹配物方点集合
Figure 85647DEST_PATH_IMAGE083
，并通过前方交会计算匹配物方点集合
Figure 561628DEST_PATH_IMAGE083
中所有物方点的三维坐标；
(4)反算匹配物方点集合中的物方点在其它
Figure 59922DEST_PATH_IMAGE084
张像片上的对应像点坐标，根据距离阈值
Figure 497857DEST_PATH_IMAGE039
寻找同名像点，直到完成所有已知点的同名像点的匹配。
上述方法的步骤（3）中基于核面约束的像点匹配过程具体步骤如下：
(1)将三张像片上的所有像点坐标转换到物方空间坐标系内；
(2)选取一张像片
Figure 777529DEST_PATH_IMAGE036
上的各未匹配像点为目标像点，计算其在另两张像片
Figure 453360DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 566810DEST_PATH_IMAGE044
上的对应核面
Figure 85516DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 309824DEST_PATH_IMAGE065
；
(3)设定距离阈值
Figure 105742DEST_PATH_IMAGE039
，分别计算像片
Figure 390092DEST_PATH_IMAGE032
、
Figure 130515DEST_PATH_IMAGE053
上各候选像点到相应核面
Figure 158514DEST_PATH_IMAGE064
、的距离
Figure 857666DEST_PATH_IMAGE012
，若，则将对应的候选像点标记为初始匹配像点，将两像片
Figure 792441DEST_PATH_IMAGE032
、上的初始匹配像点集合分别记为初始集合
Figure 48159DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 169699DEST_PATH_IMAGE052
；
(4)若初始集合
Figure 8342DEST_PATH_IMAGE040
、
Figure 164516DEST_PATH_IMAGE041
至少有一个为空，则该目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配，否则，计算初始集合
Figure 555046DEST_PATH_IMAGE040
中各像点在像片
Figure 632724DEST_PATH_IMAGE056
上的对应核面
Figure 540637DEST_PATH_IMAGE067
及初始集合
Figure 144794DEST_PATH_IMAGE052
中各像点到核面
Figure 112750DEST_PATH_IMAGE067
的距离
Figure 677723DEST_PATH_IMAGE068
，若
Figure 389327DEST_PATH_IMAGE069
，则将其标记为最终匹配像点，将两像片、
Figure 252427DEST_PATH_IMAGE053
上的最终匹配像点集合分别记为最终集合
Figure 39117DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 554412DEST_PATH_IMAGE071
；
(5)若最终集合
Figure 133161DEST_PATH_IMAGE070
、
Figure 442920DEST_PATH_IMAGE072
中均只有一个像点，则即为目标像点的同名像点，该目标像点匹配成功；否则，目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配。

Claims (4)

1.一种基于核面约束的像点匹配方法，其特征在于，该方法的步骤如下：
(1)将三张像片上的所有像点坐标转换到物方空间坐标系内；
(2)选取一张像片
Figure 2010102019894100001DEST_PATH_IMAGE002AA
上的各未匹配像点为目标像点，计算其在另两张像片、
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAA
上的对应核面、
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAA
；
(3)设定距离阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAA
，分别计算像片
Figure 2010102019894100001DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAA
上各候选像点到相应核面
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAA
的距离，若
Figure DEST_PATH_IMAGE016AA
，则将对应的候选像点标记为初始匹配像点，将两像片
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAAA
上的初始匹配像点集合分别记为初始集合
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAA
；
(4)若初始集合
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAA
至少有一个为空，则该目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配，否则，计算初始集合
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAA
中各像点在像片
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAAAA
上的对应核面
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAAA
及初始集合
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAA
中各像点到核面
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAAAA
的距离，若
Figure DEST_PATH_IMAGE026AA
，则将其标记为最终匹配像点，将两像片
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAAAAA
上的最终匹配像点集合分别记为最终集合
Figure DEST_PATH_IMAGE028AAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE030AAAA
；
(5)若最终集合
Figure DEST_PATH_IMAGE028AAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE030AAAAA
中均只有一个像点，则即为目标像点的同名像点，该目标像点匹配成功；否则，目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配。
2.一种基于已知点和核面约束的像点匹配方法，其特征在于，一次测量共拍摄
Figure DEST_PATH_IMAGE032A
张像片
Figure DEST_PATH_IMAGE034AA
（m>3），有
Figure DEST_PATH_IMAGE036A
个已知点
Figure DEST_PATH_IMAGE038A
，则具体匹配过程如下：
(1)对于每一个已知点
Figure DEST_PATH_IMAGE040A
，在像片中搜索其所有成像的像片，其集合记为成像集合（其中
Figure DEST_PATH_IMAGE044A
）；
(2)对成像集合
Figure DEST_PATH_IMAGE042AAA
中的像片，按三张一组进行组合，计算所有组合的像片组几何质量；选择几何质量最好的前
Figure DEST_PATH_IMAGE047A
个组合，记为最佳像片组集合
Figure DEST_PATH_IMAGE049AA
；
(3)对最佳像片组集合
Figure DEST_PATH_IMAGE049AAA
中的每一种组合，按三张像片基于核面约束的像点匹配过程进行匹配，首先由像点到对相应核面的距离进行初始匹配以确定初始匹配像点，然后精确匹配确定唯一的同名像点，匹配出的所有同名像点对应物方点集合记为匹配物方点集合
Figure DEST_PATH_IMAGE051AAA
，并通过前方交会计算匹配物方点集合
Figure DEST_PATH_IMAGE051AAAA
中所有物方点的三维坐标；
(4)反算匹配物方点集合
Figure DEST_PATH_IMAGE051AAAAA
中的物方点在其它
Figure DEST_PATH_IMAGE053A
张像片上的对应像点坐标，根据距离阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAA
寻找同名像点，直到完成所有已知点的同名像点的匹配。
3.根据权利要求2所述的基于已知点和核面约束的像点匹配方法，其特征在于，步骤（2）中进行像片组几何质量的定量检验，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE056A
，其中表示像片
Figure DEST_PATH_IMAGE060AA
所组成像片组的几何质量，且，
Figure DEST_PATH_IMAGE064A
分别为像片
Figure DEST_PATH_IMAGE060AAA
的投影中心，
Figure DEST_PATH_IMAGE066A
为
Figure DEST_PATH_IMAGE068A
的最大内角。
4.根据权利要求2或3所述的基于已知点和核面约束的像点匹配方法，其特征在于，步骤（3）中三张像片匹配过程如下：
(1)将三张像片上的所有像点坐标转换到物方空间坐标系内；
(2)选取一张像片
Figure 2010102019894100001DEST_PATH_IMAGE002AAA
上的各未匹配像点为目标像点，计算其在另两张像片
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAAAAAA
上的对应核面、
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAA
；
(3)设定距离阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE012AAAAA
，分别计算像片
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAAAAAAA
上各候选像点到相应核面
Figure DEST_PATH_IMAGE008AAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE010AAAAAAA
的距离，若
Figure DEST_PATH_IMAGE016AAA
，则将对应的候选像点标记为初始匹配像点，将两像片
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAAAAAAAA
上的初始匹配像点集合分别记为初始集合
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAA
；
(4)若初始集合
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAA
至少有一个为空，则该目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配，否则，计算初始集合
Figure DEST_PATH_IMAGE018AAAAAAAAAAA
中各像点在像片
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAAAAAAAAA
上的对应核面
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAAAAA
及初始集合
Figure DEST_PATH_IMAGE020AAAAAAAAAAA
中各像点到核面
Figure DEST_PATH_IMAGE022AAAAAAA
的距离
Figure DEST_PATH_IMAGE024AAA
，若
Figure DEST_PATH_IMAGE026AAA
，则将其标记为最终匹配像点，将两像片
Figure DEST_PATH_IMAGE004AAAAAAAAAAAAAAA
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006AAAAAAAAAAAAAAAAAAA
上的最终匹配像点集合分别记为最终集合、；
(5)若最终集合、
Figure DEST_PATH_IMAGE030AAAAAAA
中均只有一个像点，则即为目标像点的同名像点，该目标像点匹配成功；否则，目标像点匹配失败，继续下一目标像点的匹配。
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