多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法

摘要

本发明公开了一种多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法，能够利用规则匹配窗口进行物方立体匹配，并通过MVLL匹配方法获取地表断裂特征点，然后利用断裂特征自适应窗口变化方法识别地表断裂特征区域，能够通过改变匹配窗口的位置与形状，提高匹配窗口的相似性程度，从而提高匹配的可靠性与准确性。

主权项

一种多基线立体匹配系统的断裂特征自适应窗口变化方法，其特征在于：包括以下步骤A：选定待匹配点，利用规则匹配窗口进行物方立体匹配，计算匹配测度，获取最佳匹配点位；步骤A包括以下步骤：a：通过线阵CCD成像系统获取的同一摄影条带上的前视、下视和后视三张影像；b:在确定定向参数的条件下，给定地面上一点P₀的平面坐标(X₀，Y₀)及近似高程Z₀，通常近似高程等于地区的平均地面高程；c:保持P₀的平面坐标(X₀，Y₀)不变，以设定大小的像素DZ为步长，逐步变化高程并向像方投影，寻找各影像上的像点位置；d：计算并比较各影像上像点之间的相关测度，将相关测度最大值所对应的像点选做最佳匹配点位，相关测度计算公式如下：${\rho }_{I_0{I}_1}=\frac{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}(g_{i,j}-\bar{g})(g_{i+r,j+c}^{\prime }-{\bar{g}}_{r,c}^{\prime })}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(g_{i,j}-\bar{g})}^2·\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{(g_{i+r,j+c}^{\prime }-{\bar{g}}_{r,c}^{\prime })}^2}$$\bar{g}=\frac{1}{m·n}\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{g}_{i,j},{\bar{g}}_{r,c}^{\prime }=\frac{1}{m·n}\underset{i=1}{\overset{m}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{n}{\Sigma }}{g}_{i+r,j+c}^{\prime }$其中：为影像I₀和I₁上像点之间的相关测度，g_i,j为影像I₀上像点(i，j)的灰度值，g′_i+r,j+c为影像I₁上像点(i+r，j+c)的灰度值，和为对应匹配窗口的灰度均值，r为影像I₁与影像I₀上同一像点的横坐标差值，c为影像I₁与影像I₀上同一像点的纵坐标差值，m和n分别为匹配窗口的长和宽；B：选择最佳匹配点为当前匹配点，利用规则匹配窗口进行多视铅垂线轨迹模型(MVLL)匹配，分析匹配测度结果，判断当前匹配点是否为地表断裂特征点，如果是，进入步骤C；如果否，则确定当前匹配点不是地表断裂特征点，并判断是否为最佳匹配点，如果是最佳匹配点则直接计算最终匹配高程，完成整个计算；如果不是最佳匹配点则舍弃当前匹配点，结束整个计算；步骤B还包括以下步骤：e:选择最佳匹配点为当前匹配点，利用规则窗口进行多视铅垂线轨迹模型(MVLL)匹配，计算相关系数最大值ρ_max、次局部最大值ρ′_max和比值ρ_1/2，其中ρ_1/2＝ρ_max/ρ′_max；f:设定相关系数阈值ξ₁＝0.4，比值阈值ξ₂＝1.2，判断相关系数最大值ρ_max、次局部最大值ρ′_max和比值ρ_1/2是否同时满足下述条件1$\left\{\begin{array}{c}{\xi }_1<{\rho }_{\max }<0.9\\ {\xi }_1<{\rho }_{\max }^{\prime }<0.9\end{array}\right.\cup \left\{\begin{array}{c}{\rho }_{\max }>0.9\\ {\rho }_{1/2}<{\xi }_2\end{array}\right.\cup \left\{\begin{array}{c}{\rho }_{\max }>{\xi }_1\\ {\rho }_{\max }^{\prime }<{\xi }_1\\ {\rho }_{1/2}<{\xi }_2+{\rho }_{\max }\end{array}\right.,$如果满足，则认为当前匹配点是地表断裂特征点，进入步骤C；如果不满足，则确定当前匹配点不是地表断裂特征点，并判断相关系数最大值ρ_max、次局部最大值ρ′_max和比值ρ_1/2是否满足下述条件2，$\left\{\begin{array}{c}{\rho }_{\max }>0.9\\ {\rho }_{\max }^{,}<0.8\\ {\rho }_{1/2}>{\xi }_2\end{array}\right.$如果满足，则确定当前匹配点为最佳匹配点，直接计算最终匹配高程，完成整个计算过程；如果不满足，则舍弃当前匹配点，结束整个计算过程；C:进行自适应窗口变化，按照方向划分多个扩展窗口，选定其中一个扩展窗口，逐步增大匹配窗口，并计算匹配阈值，然后进入步骤D；步骤C包括以下步骤：g:按照方向划分多个扩展窗口，扩展窗口可按照方向划分为上、下、左、右四个扩展窗口或上、下、左、右、左上、左下、右上、右下八个扩展窗口；h：首先选定一个扩展窗口，计算该扩展窗口内的相关系数最大值ρ_max、次局部最大值ρ′_max和比值ρ_1/2，然后按照设定的大小扩大窗口大小，并计算该扩展窗口内的相关系数最大值ρ_max、次局部最大值ρ′_max和比值ρ_1/2，如果相关系数最大值ρ_max和比值ρ_1/2均增大，则在窗口大小不大于原始窗口1.5倍的前提下，继续扩大窗口大小，直至相关系数最大值ρ_max和比值ρ_1/2均减小为止，记录此时相关系数最大值ρ_max、次局部最大值ρ′_max和比值ρ_1/2，然后进入步骤D；D：分析计算出的匹配阈值，并根据计算出的匹配阈值计算匹配点的匹配高程；步骤D还包括以下步骤：i：根据步骤h中记录的相关系数最大值ρ_max、次局部最大值ρ′_max和比值ρ_1/2进行判断，如果ρ_max<ξ₁，则进入步骤j；如果ρ_max>ξ₁，且相关系数最大值ρ_max、次局部最大值ρ′_max和比值ρ_1/2不满足条件1时，则进入步骤k；如果相关系数最大值ρ_max、次局部最大值ρ′_max和比值ρ_1/2不符合上述两种情况，则进入步骤l；j：将该匹配点标记为误匹配点，然后返回步骤h，选定下一个扩展窗口进行计算；k：将该匹配点标记为正确匹配点，计算匹配点的最终匹配高程，完成整个计算过程；l：根据步骤h中记录的相关系数最大值ρ_max、次局部最大值ρ′_max和比值ρ_1/2，计算此扩展窗口下匹配点的匹配高程，并将计算出的匹配点的匹配高程添加在点集{Z_d}，然后进入步骤m；m：返回步骤h，选定下一个扩展窗口，直至所有扩展窗口计算完毕，进入步骤n；n：分析点集{Z_d}，如果max{Z_d}>0，则max{Z_d}为匹配点的断裂特征经过自适应窗口变化后的最终匹配高程。