航空倾斜多视影像匹配方法研究

钟昊鸣

摘要：随着科技的迅速发展，摄影测量技术得到了飞速的发展，其中航空倾斜多视影像作为代表，相比于传统的单面镜头影像有着明显的技术上的提高，航空倾斜多视影像主要是从多方面的角度出发，从而获取地面上建筑物的各个参数信息，它可以精确实现完整的城市三维建模。使得该技术在社会上得到了广泛关注。其中影像匹配是航空倾斜多视影像技术的核心，它主要作用是对影像的相对位置进行定位和对建筑的通过在空中进行三角测量等。本文主要是通过对航空倾斜多视影像的特点进行出发，对现阶段影像匹配方法进行研究。

关键词：航空倾斜多视影像;影像匹配方法

在我国大力发展城市的建设过程中，同时对于我国领土的地理信息的掌握也是在快速的发展，国家对地理信息的完整性、精确性以及实时性掌握要求也是越来越高。对于传统的单镜头和垂直的摄影技术经过了非常久的发展时间，无论是在理论方面还是技术方面都已经非常的先进了，但是这些技术拍摄的影像无法获取一些高楼建筑的侧面对相应的各个参数信息，所以国家为了可以获取建筑各个角度的侧面参数信息，对于航空倾斜多视影像技术越来越重视了，希望可以将传统的平面镜头摄影技术与倾斜多视影像技术相结合，将建筑物以三维的模型呈现出来。

随着一些相关的技术的不断突破，使得航空倾斜影像的拍摄质量随之增强，同时对于建筑的各个方面的定位精度也有着明显的发展，但是另一方面航空倾斜多视影像的处理技术却不是很突出，在一些企业对于倾斜多视影的处理技术方面有一定的发展，但是对于现阶段来说还是存在的很多的问题，所以对于倾斜多视影像的处理技术的研究迫在眉睫。对于航空倾斜多视影像的处理来说影像匹配方法是其中的核心部分。所以对航空倾斜多视影像的匹配方法的研究很有理论价值和实际意义。对于影像的匹配算法主要有三种：灰度匹配法、特征匹配法以及关系匹配法。这些匹配方法都是对影像进行处理达到对建筑的三维模型的呈现。但这些匹配方法是存在着差别，对于航空倾斜多视影像处理而言，因为这些影像有着非常复杂的变化，使用灰度匹配方法得到的效果非常的差，甚至于无法得到想要的结果，而特征匹配法就可以利用角度的不变性得到相对应的三维影像，正是因为它具有抗几何变形的特征才可以做到。关系匹配法是通过对多张航空倾斜多视影像进行信息间的补足来达到对建筑三维影像的实现。

一、航空倾斜多视影像特点及匹配难点

航空倾斜多视影像的拍摄过程是通过对地面上建筑进行多角度的拍摄，现阶段比较常见的航空倾斜多视影像拍摄镜头有两种，一种是由一个垂直向下的镜头和四个不用方向倾斜的镜头组成，另外一种是一个垂直向下的镜头和两个对立方向倾斜的镜头组成。不管是五个镜头的摄像机还是三个镜头的摄像机，他在分布条件上一定很完美的遵循着对立角度的关系。而且这些摄像机都有着全球定位系统对其进行精确定位。但是由于现阶段镜头的发展越来越完善，它的影像存储容量也有了迅速的发展，使得摄像机的价格不断的降低，所以对于五个镜头的摄像机还是三个摄像机都在价格上都没有很大的区别。但是五个镜头的摄像机有着四个倾斜多角度镜头进行对地面上的建筑拍摄，使得它相比三个镜头的摄像机更全面拍摄地面上的建筑，所以目前来说国家对于五个镜头的摄像机更加重视。

五个镜头的航空倾斜多视影像摄影机在拍摄过程中有着以下的特点：一方面是对于地面的拍摄下来的影像的分辨率和各个镜头拍摄的比例尺度不一样在四个倾斜镜头需要严格对地面上拍摄时，因为远景与近景拍摄的距离不同，需要通过相关的公式来对这些不同比例的影像进行计算来解决这一问题;第二方面是在航空倾斜多视影像的拍摄中，因为倾斜的四个镜头拍摄的影像有着很多的重叠部分，使得在处理影像上增加了不必要的数据;第三方面是在航空倾斜多视影像的拍摄的角度出发，五个镜头都是在不同的角度进行拍摄，使得拍摄下来的影像无论是亮度还是对比度都存在着很大的区别。这对这些影像的中需要提取的参数和特征匹配造成了很大的影响。

二、航空倾斜多视影像匹配方法

2.1 灰度匹配方法

在航空倾斜多视影像的匹配方法中，灰度匹配是对拍摄出来的影像之间灰度的变化和透明度的变化等特点都非常的敏感，直接对这些航空倾斜多视影像进行灰度匹配的方法进行处理就很难达到预期的结果。而这些航空倾斜多视影像的主要特点是它的灰度变化非常的丰富，所产生的参数信息也是非常的多，以及它拍摄的建筑会产生很难控制的噪音进行干扰，使得无法有效将拍摄的影像进行匹配，还有很多特征都影响着灰度匹配方法。同时它相比于特征匹配方法来说，也有着不够稳定和可靠等问题，

2.2 特征匹配方法

在航空倾斜多视影像的特征匹配的方法主要模式是在左右两边和上下两边影像上提取去相同的特征点作为特征匹配的前提，在需要匹配的两张对应的航空倾斜影像上分别提取出上面的特征点，提取出的特征点越多，使用的算法重复性也是越来越好，这个算法的重复性体现出了特征点的稳定性，使得局部的影像变化保持着相对不变，这些变化主要体现在几何、大小、亮度的变化以及还有影像噪声等。同时为了改善航空倾斜多视影像特征匹配效果，需要将左右互相对应的影像进行等效下的纠正，使得可以在两个影视上的几何变形进行补偿。同时在倾斜影像上用特征匹配后的特征点标注在这些倾斜影像上。

航空倾斜多视影像特征匹配方法对于插值的精度要求也是非常的高，必须知道摄像机的一些基本参数。但是在实际的拍摄过程中，往往因为这些参数不是很可靠，从而会对特征匹配算法得出的结果不是很理想。在对任意两张倾斜影像上都具有重叠的区域，同时倾斜影像的方位不能完全知晓的情况下，使用ASIFT可以直接解决这类的特征匹配问题。

五、結束语

综上所述，航空倾斜多视影像的拍摄可以得到建筑侧面的一些相关信息，从而将建筑的三维模型精确的展现出来。倾斜影像的匹配方法是航空倾斜多视影像的一项重要环节，所以近几年来国内外在这方面的也是越来越重视。本文主要是对倾斜影像的特点进行了分析和介绍了几种倾斜影像的匹配方法，来实现对建筑的三维模型的呈现。

参考文献：

[1] 魏小峰. 基于 Pictometry 倾斜影像的三维城市模型纹理映射[J]. 测绘工程， 2013， 22（1）：70-74.

[2] 吴子敬 基于平面透视投影的倾斜航空影像匹配方法[J] 测绘地理信息 2018，43（2）：28-47