第五章-影像匹配基础理论与算法(1).课件.ppt

1、回回顾顾（重点）（重点）内容安排内容安排（重点）（重点）在摄影测量与遥感中，匹配可以定义为在不在摄影测量与遥感中，匹配可以定义为在不同的数据集合之间建立一种对应关系。同的数据集合之间建立一种对应关系。Data Set 1对应对应correspondenceData Set 2 这些不同的数据集合可以是影像，也可这些不同的数据集合可以是影像，也可以是地图，或者目标模型和以是地图，或者目标模型和GIS数据。数据。 如果这些数据集合是影像，就称为影像匹配。如果这些数据集合是影像，就称为影像匹配。 影像匹配影像匹配是在两幅是在两幅(或多幅或多幅)影像之间识别同名元影像之间识别同名元素素(点点),它是计

2、算机视觉及数字摄影测量的核心问题它是计算机视觉及数字摄影测量的核心问题。Remote ImageTopographic Map 自动地在由数字立体像对中提取的元素之间自动地在由数字立体像对中提取的元素之间建立对应关系的过程，称为建立对应关系的过程，称为数字影像匹配数字影像匹配。Digital Image ADigital Image B 共轭实体是比共轭点更一般的概念，它是目共轭实体是比共轭点更一般的概念，它是目标空间特征的影像，包括点，线，面等。标空间特征的影像，包括点，线，面等。 是一种要素，通过比是一种要素，通过比较不同影像上的这些要素较不同影像上的这些要素来寻找共轭实体。这些要来寻找共

3、轭实体。这些要素包括影像的灰度值，从素包括影像的灰度值，从影像上提出的特征，以及影像上提出的特征，以及其他的符号描述。其他的符号描述。共轭实体共轭实体AB匹配实体匹配实体A=身高身高1、肤色、肤色1、五官、五官1、口音、口音1，B=身高身高2、肤色、肤色2、五官、五官2、口音、口音2， 是评价匹配实体之间相似性程度的一种定量指标。一般是评价匹配实体之间相似性程度的一种定量指标。一般来说，相似性程度由来说，相似性程度由代价函数代价函数（即目标函数，用于获取目（即目标函数，用于获取目标量而构造的函数，如可标量而构造的函数，如可由点的圆度、边缘的梯度、方向由点的圆度、边缘的梯度、方向、长度来表示、长

4、度来表示）来度量。）来度量。minjcjrijiggrcS11,),(差绝对值和差绝对值和 匹配方法一般按照匹配实体来命名，如基于匹配方法一般按照匹配实体来命名，如基于灰度的匹配，基于特征的匹配灰度的匹配，基于特征的匹配(以及关系匹配等。以及关系匹配等。 匹配方法 相似性测度 匹配实体基于灰度的匹配 相关系数等灰度值基于特征的匹配 代价函数边缘，区域关系匹配代价函数关系描述 匹配策略是指求解影像匹配问题的概念匹配策略是指求解影像匹配问题的概念或整体方案，它包括匹配环境分析，匹配方或整体方案，它包括匹配环境分析，匹配方法选择，以及匹配质量控制法选择，以及匹配质量控制。 最初的影像匹配是利用相关技

5、术实现的。 影像相关是利用两个信号的相关函数，评价它们的相似性以确定同名点。 由于原始像片中的灰度信息可转换为电子、光学或数字等不同形式的信号，因而可构成电子相关、光学相关或数字相关等不同的相关方式。影像相关分为电子相关、光学相关和数字相关三类。dttytxRxy)()()(n两个随机信号两个随机信号x(t)和和y(t)的互相关函数定义为的互相关函数定义为 dttytx)(Rxy)()(dttytxT)(RTTxy)()(10limdttytxT)(RTxy)()(10均值均值估计值估计值n当当x(t)=y(t)时时dttxtx)(Rxx)()(dttxtxT)(RTTxx)()(10limd

6、ttxtxT)(RTxx)()(10自相关函数自相关函数 均值均值估计值估计值自相关函数主要性质：自相关函数主要性质：n自相关函数是偶函数自相关函数是偶函数 )()( RRdttxtxT)R(TT)()(1lim0)()()()(10limdttxtxdttxtxTTTTTTTTTTTTTRdttxtxTtdtxtxtdtxtxTtdtxtxTdttxtxTRtt0000)()()(1lim)()()()(1lim)()(1lim)()(1lim)(,则令自相关函数主要性质：自相关函数主要性质：n自相关函数在自相关函数在=0=0处取得最大值处取得最大值 abba222)()(2)()()()(

7、txtxtxtxtxtxTTTTdttxtxTdttxtxT00)()(1lim)()(1limdtxxtxTTT)()(21lim0)()0(RR自相关函数主要性质：自相关函数主要性质： 电子相关就是采用电子线路构成的相关器来实电子相关就是采用电子线路构成的相关器来实现影像相关的功能。现影像相关的功能。乘法器乘法器AB理论基础：光的干涉和衍射理论基础：光的干涉和衍射傅立叶变换特性傅立叶变换特性 光学相关就是用光学系统解求影像相关的过程。光学相关就是用光学系统解求影像相关的过程。优点：优点：装置结构简单，可处理的数据量大。装置结构简单，可处理的数据量大。 数字相关数字相关是根据数字影像的灰度特

8、性，利用计算机对是根据数字影像的灰度特性，利用计算机对数字影像进行数值计算的方式完成影像的相关。数字影像进行数值计算的方式完成影像的相关。 1 1）二维相关）二维相关 目标区目标区 搜索区搜索区2 2）一维相关）一维相关 在核线影像上，只需要进行一维搜索在核线影像上，只需要进行一维搜索 目标区目标区 搜索区搜索区 1 1）影像功率谱）影像功率谱n两个随机信号两个随机信号x(t)和和y(t)的傅立叶变换为的傅立叶变换为X(f)与与Y(f)，则，则x(t)的自功率谱为的自功率谱为nx(t)与与y(t)的互功率谱为的互功率谱为 其中其中X*(f)为为X(f)的复共轭。的复共轭。 2 2）维纳）维纳-

9、 -辛钦辛钦（Wiener-Khintchine）定理定理随机信号的相关函数与其功率谱是一傅立叶变换对，即相关函数的傅立叶变换即功率谱，而功率谱的逆傅立叶变换即相关函数。)()(fSRxyxy3 3）影像功率谱的估计）影像功率谱的估计 对一些有代表性的航空影像进行功率谱对一些有代表性的航空影像进行功率谱估计，航空影像功率谱近似呈估计，航空影像功率谱近似呈指数曲线指数曲线状状。 标准化标准化功率谱的估计函数功率谱的估计函数4 4）相关函数的估计）相关函数的估计n 标准化功率谱估计为标准化功率谱估计为 n 影像的相关函数估计影像的相关函数估计 dfeeRfjfa2)(222422121aajaja

10、使R(0)=1,得 0a,e)f(S| f | a1/21/21 10 01/21/21 1a=1a=1S(f)S(f)2 2a=1/2a=1/2a=2a=2f f当a较小时，S(f)比较平缓，高频信息丰富。当a较大时，S(f)比较陡峭，低频信息占优势。1/21/21 10 01/21/21 1a=1a=1R(R() )2 2a=2a=2a=/12a=/1222411)(aR当a较小时， R(R() )比较陡峭，相关精度高，但拉入范围较小。当a较大时， R(R() )比较平缓，相关精度较差，但拉入范围较大。n当当a较小时，较小时，S（f）较平缓，较平缓，高频信息较丰富高频信息较丰富，此时相关函

11、数此时相关函数R（）较陡峭，较陡峭，相关精度高相关精度高，但由可能的近似位置到正确相关的点间距离但由可能的近似位置到正确相关的点间距离（称（称拉入范围）较小，拉入范围）较小，但相关结果但相关结果出错率高出错率高。这就要通过低通滤波获得较大的拉入范围这就要通过低通滤波获得较大的拉入范围。n当当a较大时，功率谱较大时，功率谱S（f）较陡峭，较陡峭，低频信息低频信息占优势占优势，因而相关函数，因而相关函数R（）较平缓，较平缓，相关精相关精度较差度较差，但，但拉入范围较大拉入范围较大，相关结果，相关结果出错的概出错的概率较小率较小。n从粗到精的相关策略。即先通过低通滤从粗到精的相关策略。即先通过低通滤

12、波，进行初相关，找到同名点的粗略位置，波，进行初相关，找到同名点的粗略位置，然后利用高频信息进行精确相关。然后利用高频信息进行精确相关。 n对于二维影像逐次进行低通滤波，并增对于二维影像逐次进行低通滤波，并增大采样间隔，得到一个像元素总数逐渐变大采样间隔，得到一个像元素总数逐渐变小的影像序列，将这些影像叠置起来颇像小的影像序列，将这些影像叠置起来颇像一座金字塔，因而称之为一座金字塔，因而称之为金字塔影像结构金字塔影像结构 .从粗到精的相关策略从粗到精的相关策略分频道相关（多级相关）分频道相关（多级相关） n分频道可采用两像元平均、三像元平均、分频道可采用两像元平均、三像元平均、四像元平均等等分

13、若干频道的方法四像元平均等等分若干频道的方法 123456789101112123456123123456789101112123412金字塔影像建立金字塔影像建立n每每2X22X24 4个像元平均为一个像元构成第二级影像，个像元平均为一个像元构成第二级影像，在第二级影像的基础上构成第三级影像在第二级影像的基础上构成第三级影像 四四像像元元平平均均 九九像像元元平平均均 本本讲讲小小结结自相关函数是偶函数、自相关函数是偶函数、=0=0处取得最大值处取得最大值 数字相关（二维相关、一维相关）数字相关（二维相关、一维相关）影像功率谱影像功率谱维纳维纳- -辛钦定理辛钦定理功率谱估计功率谱估计相关函数估计及谱分析结果相关函数估计及谱分析结果金字塔影像结构及其建立金字塔影像结构及其建立1.1.相关函数是怎样定义的？相关函数是怎样定义的？证明证明：自：自相关函数的两个性质。相关函数的两个性质。2.2.试述影像相关函数的谱分析结果。试述影像相关函数的谱分析结果。3.3.什么是金字塔影像结构？基于金字什么是金字塔影像结构？基于金字塔影像进行相关有什么好处？塔影像进行相关有什么好处？第五章第五章 影像匹配基础理论与算法（影像匹配基础理论与算法（2）作作 业业 题题预预习习