联合共线约束与匹配冗余的组直线匹配结果检核算法

针对“一对多”“多对一”“多对多”直线匹配结果难以检核的瓶颈问题,提出一种共线约束与匹配冗余的组直线匹配结果检核算法。该算法在已有组直线匹配结果基础上,首先将结果中的每对同名直线组分裂为两对同名单直线,分别建立直线组、单直线同名对应关系矩阵,矩阵的行、列号分别对应参考影像、搜索影像上直线组索引或单直线索引,矩阵元素值可用于记录其行、列号所表示对应关系出现的数目、特征相似性系数等多源信息;在此基础上,以同名直线关系矩阵为基础,提取局部关系矩阵,建立“一对多”“多对一”“多对多”匹配结果间的关联;然后基于局部关系矩阵,结合共线约束、匹配冗余、特征相似性系数对结果进行检核,剔除错误匹配,保留正确匹配;最后对结果中的“多”直线进行拟合得到“一对一”的同名直线。选取具有典型纹理特征的航空影像和近景影像进行组直线匹配结果检核试验,获得了可靠的同名直线,验证了本文算法的有效性。

一种仿射不变的直线描述子与直线匹配

从图像中提取的直线常出现不完整、端点位置不准确等问题,针对这些问题造成的直线匹配难点,本文提出了一种仿射不变的直线描述子.首先将待匹配直线离散为对应点的集合,将直线描述转化为点的描述,避免了直线不完整造成的支撑区域大小不一致的问题;然后结合直线的方向和长度,定义点描述子的主方向和尺度,通过统计离散点集的局部邻域的梯度信息使描述子具有仿射不变性.为了提高直线匹配速度,在进行直线描述之前,本文采用了极线约束精简了待匹配直线集合,再利用最近邻距离比准则对直线精确匹配.实验结果表明本文提出的直线描述子在仿射、亮度、视点、遮挡等变化条件下具有精确的匹配性能.

同名点及高程平面约束的航空影像直线匹配算法

针对直线匹配的难点问题及匹配约束的有效性,提出了同名点及高程平面约束的航空影像直线匹配算法。该算法在边缘点匹配结果和直线提取结果的基础上,首先利用直线邻域内的同名点确定候选直线及直线投影平面的高程值,再结合物方和像方相似性约束确定同名直线;然后根据直线索引对"一配多"的匹配结果进行整合,并对结果中的多直线进行合并,得到"一对一"的同名直线;最后利用"像方-物方-像方"的映射模式确定同名直线的同名端点。论文选取典型纹理特征的航空影像进行直线匹配试验,结果表明,本文算法能获得可靠的直线匹配结果。

重合度约束的近景影像直线匹配算法

针对目前近景影像中由于直线断裂或遮挡等干扰因素导致匹配的效果不理想,本文提出一种基于直线重合度相似性的近景影像直线匹配算法。该算法首先利用SIFT算子匹配同名点,并采用RANSAC算法对匹配结果进行优化,然后利用同名点计算仿射变换矩阵。通过仿射变换将左影像直线映射到右影像上,计算待匹配直线组线段的重合度,并对匹配结果进行优化,最终确定同名直线。实验证明,该算法原理简单,能够有效的避免繁琐计算,同时具有较好的鲁棒性,可以处理不同类型的近景影像数据。

基于单应矩阵的直线匹配

提出了在单应矩阵原理约束下进行直线匹配的算法。首先利用单应矩阵将从不同影像上提取出的直线集变换到同一影像坐标系下;然后结合直线自身的几何特性及其特性支持区域的灰度特性,初步确定同名直线;最后依据左右一致性准则,剔除错误匹配。当引入直线特性支持区域的灰度测度时,只考虑几何变形和灰度畸变较小的一侧,提高了匹配的可靠性。实验表明,该算法简单、易行,并有效解决了部分被遮挡直线以及断裂直线的匹配问题。

基于相关点与几何约束的直线匹配方法

由于直线本身缺乏显著特征,使用点与直线相关联的方法可提高直线特征的描述能力。针对特征点间及直线间均存在误匹配的问题,提出一种基于相关点与几何约束的直线匹配方法。首先,将直线邻域内满足条件的特征点定义为直线相关点,利用相关点与直线构造仿射不变量来描述直线,通过度量仿射不变量的相似性进行直线初匹配;然后计算仿射变换模型,通过直线角度和几何距离位置约束进行精匹配,去除误匹配直线,得到最终匹配结果。实验结果分析表明:本研究算法不仅适用于发生仿射变换的各种图像,得到更多的匹配直线对,匹配精度高,对发生仿射变换的图像、纹理复杂和纹理简单的图像,均能取得较好的直线匹配效果。

一种基于星表特征直线匹配的着陆器位姿估计算法

针对深空探测星际着陆过程中的自主导航问题,提出一种基于星表特征直线的着陆器位姿估计算法。该算法首先采用EDLine算法对着陆过程中所拍摄的图像进行特征直线提取;其次根据直线局部特征对特征直线进行匹配;之后利用至少3对已匹配的特征直线,建立关于着陆器位姿的几何约束方程;然后根据奇异值分解法得到着陆器位姿的候选解;最终通过最小二乘法从候选解中选取着陆器位置、姿态的唯一解。仿真结果表明:该算法可以快速估计着陆器位姿,且在高度为2 000 m时位置误差小于2 m、姿态误差小于0.10°。

基于几何不变量的直线匹配方法

针对目前直线匹配算法大多基于直线段支持区域的几何特性、灰度特性,但这些特性又极易受外界因素干扰造成匹配失败的情况,提出了基于直线几何不变量的匹配方法,该方法在无任何已知条件的情况下,运用叉积符号、点的线束交比不变量进行直线匹配。对于各个视点图像,采用Hough变换提取直线间交点集,再采用Graham扫描法构造一个最小的凸包,并通过匹配凸包顶点的交比序列来建立点与点的对应关系,选取其中一个对应关系完成直线的匹配。实验结果表明,该方法鲁棒性较好,具有广泛的应用性。

面向组特征的航空影像直线匹配方法

针对直线匹配结果存在"一对多""多对一""多对多"的问题,提出一种基于组特征的航空影像直线匹配方法。该方法在直线提取结果的基础上,首先通过区域和角度双重约束对左、右影像上提取的直线分别进行编组,然后采用核线约束、单应矩阵约束、相似性约束对组直线特征进行匹配及分裂,最终确定同名直线。采用某城区的数字航空影像进行直线匹配实验,取得可靠的匹配结果,验证该方法的有效性及可行性。

三角网约束的航空影像直线匹配方法

针对航空影像直线匹配缺乏有效约束的难点问题,提出了一种三角网约束的立体影像直线匹配方法。该方法在SIFT匹配获取同名点和LSD直线提取结果的基础上,首先利用同名点构建的左右影像上同名三角网约束直线匹配的搜索范围;再利用核线约束确定待匹配直线和候选直线的重叠部分,以此建立左右影像上直线支持区;然后根据斜率约束和支持区内灰度的相似性测度确定同名直线;最后利用双向一致性检核剔除错误匹配。利用该算法对典型区域数字航空影像进行直线匹配实验,并与现有方法进行对比分析。结果表明,该方法能获取可靠的直线匹配结果。

基于梯度的红外与可见光图像直线匹配算法

研究红外与可见光图像优化匹配的问题,为了解决灰度差异对图像匹配的影响,增强描述子的鲁棒性,提出了一种利用直线的红外与可见光图像匹配算法。对提高红外与可见光图像匹配精度具有重要意义。算法首先通过Canny算法进行直线提取;然后采用高斯卷积核构造尺度空间;在不同的尺度空间中统计互不重叠的子区域的梯度方向的均值和方差以构造描述符,并将描述符归一化;最后采用最近邻算法实现直线匹配。实验结果证明该算法能够实现红外与可见光图像直线匹配的旋转不变性、尺度不变性且对遮挡具有鲁棒性。表明改进算法能实现红外与可见光图像准确匹配。

基于采样点的直线匹配视觉惯性SLAM算法

针对在快速运动和弱纹理场景中,提取到的点特征数量不足从而影响系统效果的问题,设计了一种融合点线特征的视觉惯性里程计算法。采用LSD算法通过设置动态的长度阈值过滤掉短线特征,然后利用逆向光流对点特征进行二次跟踪,并且提出一种基于采样点的直线匹配方法,将帧到帧和帧到平面的两种匹配方式结合,从而提高直线匹配的准确性。在公开数据集EuRoc上对此算法精度进行评估,实验表明,在复杂的场景中,与VINS-Mono相比,此算法表现出更高的精度和更强的鲁棒性。

基于多视立体视觉与Leiden图聚类的多视图直线匹配

直线特征的精确匹配对三维模型的重建与优化具有重要意义。但是传统的双视图直线匹配由于视图数量较少导致直线匹配结果鲁棒性较差,且对于存在断裂的直线提取结果,同一直线在不同影像上提取直线的数目不等,导致直线匹配结果完整性较差。针对上述问题,本文提出多视图立体视觉(Multiple View Stereo,MVS)与Leiden图聚类相结合的多视图直线匹配算法。该算法首先使用直线提取算法和MVS三维重建算法对输入的多视影像分别进行直线信息提取和多视图三维信息提取,得到各视图上的直线与覆盖多视图场景的稠密三维点及其相关信息,并以此构建直线描述符;接着通过三维直线投影角度约束、点-线位置关系约束及同名点约束对匹配候选进行筛选,并根据各视图上直线间的相似性关系以各视图上的直线为节点,直线间的相似性得分为边权重构建无向图,同时剔除无向图中由单个节点构成的连通分量,得到连通分量集合,即初始匹配结果;最后对各个连通分量的节点基于同视图共线约束进行重构,得到子无向图,并对子无向图节点使用Leiden算法进行聚类。最终在多视影像上得到精确的直线匹配结果。本文选取大疆无人机拍摄的2组影像以及网上公开的1组影像进行实验。实验结果表明,采用本文算法获得的直线匹配结果较对比算法在直线匹配数目以及匹配正确率上均有所提升。

结合线对几何特征及单线描述符约束的直线匹配算法

针对单直线几何属性的弱稳定性及“非一对一”匹配结果难以检核问题,提出一种结合线对几何特征及单线描述符约束的直线匹配算法。所提算法将邻域内满足一定几何条件约束的两直线构建线对,作为一个整体进行匹配。匹配过程中首先利用线对中两直线交点的核线约束匹配候选范围,然后逐一采用线对内角度、线段间距离比、线对邻域辐射信息三种属性特征对匹配候选进行筛选,最后根据三角形区域灰度相似性确定最终匹配对。检核过程中首先根据直线与核线夹角及直线斜率建立同名线对中单直线的对应关系,然后每组同名线对分裂得到两组同名直线,在此基础上对应地建立两直线梯度描述符并计算两直线描述符间的相似性,最后结合共线几何和描述符相似性对匹配结果进行检核,剔除错误匹配,并对结果中的共线直线进行合并,得到一对一的同名直线。选取典型纹理特征的航空影像和不同变换类型的近景影像进行参数分析及直线匹配实验,实验结果表明,所提算法匹配正确率较高,在纹理相似、视角变化、旋转变化、尺度变化、光照变化的复杂场景下匹配正确率均高于95%,具有较好的鲁棒性,且可有效解决因直线断裂等原因造成的复杂匹配关系难以检核问题。

一种直线段匹配的新方法

直线特征在人造目标和环境中普遍存在,直线段的匹配是三维重建等应用领域的首要解决问题。一般单直线的匹配方法难以解决被部分遮挡直线的匹配问题,提出了一种基于极线约束和RANSAC算法的匹配方法。对直线段上的点运用基于极线约束的匹配方法在另一幅图像中进行点的同名匹配,采用RANSAC算法建立直线模型,剔除野值,得到匹配直线段。本方法能有效地解决图像中被部分遮挡直线段的匹配问题,仿真实验和实际图像实验证实了本算法的正确性和高精度。

面向街景立面三维重建的近景影像直线匹配方法研究

提出了一种新的基于直线自动分组、核线约束、灭点方向引导和影像金字塔模型的直线匹配算法。该算法利用核线约束缩小搜索范围但不完全依赖于核线,利用灭点方向引导匹配但不完全依赖于灭点,并且符合空间物体整体分布不连续但局部连续的客观规律,再加上大范围的搜索,不仅克服了一般直线匹配算法中核线约束退化或基于单应性映射失效的缺陷,而且能匹配出直线段端点。同时,还提出了基于随机抽样一致性的单片剔除误匹配直线的算法。实验验证了此算法的实时性、准确性和实用性。

基于直线特征匹配的序列图像自动配准

提出了一种运用相应直线段特征作为控制基础的序列图像自动配准方法。根据相应直线段"共线"原理建立了图像配准模型,该模型的优点是不必精确定位相应直线段的端点,突破了相应特征必须严格"同名"的限制。同时,根据图像配准对控制直线段的要求,分别设计了序列图像中直线段特征的自动提取和自动匹配算法,从而实现了概略对准条件下的序列图像的全自动配准。

结合局部描述和拓扑约束的直线段匹配算法

针对弱纹理目标匹配问题,提出了一种基于直线局部邻域梯度信息和全局结构信息的直线匹配算法:对均值标准差直线描述符进行改进用于初始匹配;利用直线间的全局拓扑结构滤除误匹配;利用迭代拓扑滤波寻找更多的匹配,同时引入全局角度约束提高算法效率并进一步滤除错误匹配。实验表明,在光照变化、图像旋转、图像模糊、尺度变换、视点变化等条件下,该方法都具有很强的鲁棒性,并在匹配效率和准确度上优于现有的两种比较流行的方法。

均值-标准差描述子与直线匹配

提出一种通过直线描述子来进行自动直线匹配的思想.直线描述子的建立分为以下3个主要步骤:首先为直线定义平行邻域并将该邻域分解为一系列平行线,其次通过选择图像特征建立直线描述矩阵,最后通过计算描述矩阵列向量的均值和标准差获得直线描述子.基于不同的图像特征(灰度、梯度和梯度幅值),提出3个具有平移、旋转和线性光照不变性的直线描述子.实验结果表明本文提出的直线描述子具有较好的匹配性能.

几何特性二元关系的直线匹配

目的针对直线编组匹配方法数据处理量大、耗时长,且易受阈值选择变化影响,提出一种几何特性二元关系的直线匹配算法。方法利用线段二元关系计算出参考线段对与待匹配线段对的局部相似度,并用阈值对局部相似度进行初步过滤,然后采用分步笛卡儿积运算、逐步过滤递推得到候选线段集,最后在计算出所有候选线段集的全局相似度的基础上,综合考虑局部相似度和全局相似度得到最终的匹配结果。结果该算法具有良好的旋转、缩放和平移不变性,对直线的端点和长度变化不敏感,且阈值选择对匹配结果影响小,具有较好的鲁棒性,同时充分考虑直线方向问题,提高了匹配的准确率。结论通过算法分析和实验结果分析,证明了该算法的合理性、高效性和可靠性。