宽基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法组成比例

本发明专利技术提供了一种宽基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法，解决现有宽基线光学交会测量像点群匹配方法，存在计算量大、匹配效率低、误匹配率高的问题。该方法包括以下步骤：1)像点排序，两站像点按与坐标平面夹角大小排序匹配，省去大量重复计算；2)像点匹配，具体为求解像点与各自基站所形成的射线间的异面直线距离大小结合阈值判断出，两像点是否为同名像点，随着匹配的进行，匹配速度越来越快，可实现两站相机同名像点快速有序匹配，并发明专利技术简化的异面直线距离求解方法，有效减小直线间距离计算复杂度，有效提高宽基线光学交会测量像点群匹配速度和正确率。群匹配速度和正确率。群匹配速度和正确率。

【技术实现步骤摘要】
宽基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法


[0001]本专利技术属于空间点群目标三维坐标光学交会测量技术，具体涉及一种宽基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法，适用于两台光电经纬仪相机像点快速匹配。

技术介绍

[0002]在靶场光学交会测量和工业非接触式三维测量中，利用两台或两台以上宽基线布站分布式光电经纬仪相机组成的空间坐标测量系统，交会测量空间点群目标三维坐标，具有系统结构简单、成本低、精度高、可靠性高等优点，已成为空间点群三维立体测量的一种重要手段。一台测量站相机可测出目标的在像面上的投影坐标位置，只有通过两台或多台光电经纬仪相机(基站)之间的像面位置坐标交会计算才能得到目标的空间三维坐标。因此交会测量空间点群目标三维坐标，需解决不同测量站像点同名点匹配问题，即任给空间多目标群中任意一点，分别成像到两台光电经纬仪相机(两台光电经纬仪相机分别为光电经纬仪相机1和光电经纬仪相机2)，已知其在光电经纬仪相机1像面中像点位置，精确寻求其在光电经纬仪相机2像面的对应位置，实现交会得到空间坐标。
[0003]目前空间点群目标光学交会测量普遍采用“异面直线剔除误匹配点法”进行点群目标像点匹配，该方法具有形象、直观的优点。但该方法基于“两个测量站之间先两两穷举交会，再利用空间交会点异面直线之间的距离剔除误匹配点”的原理进行匹配，由于穷举交会，视场中目标增多时，计算量呈几何级数增加，该方法存在以下问题：
[0004]1)设两台光电经纬仪相机正确匹配点对为n，则运算量为n*n数量级，重复计算量巨大且匹配效率低下；<br/>[0005]2)由于穷举交会得到大量误匹配点，该方法会得到n*n个匹配点对，其中n*(n
‑
1)个为误匹配点，误匹配点太多，剔除误匹配点运算量巨大；
[0006]3)剔除误匹配点困难，使得正确匹配率低。

技术实现思路

[0007]为了解决现有宽基线光学交会测量像点群匹配方法，存在计算量大、匹配效率低、误匹配率高的技术问题，本专利技术提供了一种宽基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0009]一种宽基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0010]1)像点排序
[0011]将基站1的目标影像数据集S1中的像点，按像点和基站1光心连线与坐标系O1XY平面夹角由大到小排序，得到像点群S1′
＝{P
′
11
,P
′
12
,
…
,P
′
1n
}，像点P
′
11
,P
′
12
,
…
,P
′
1n
和基站1光心连线所得的直线记为l
a1
、l
a2
、
…
、l
an
；
[0012]将基站2的目标影像数据集S2中的像点，按像点和基站2光心连线与坐标系O2XY平
面夹角由大到小排序，得到像点群S2′
＝{P
′
21
,P
′
22
,
…
,P
′
2m
}，像点P
′
21
,P
′
22
,
…
,P
′
2m
和基站2光心连线所得的直线记为l
b1
、l
b2
、
…
、l
bm
；
[0013]其中，坐标系O1XY以基站1光心O1为坐标系原点，平行于基站1光心O1和基站2光心O2连线为X轴，垂直于X轴方向顺时针方向为Y轴；
[0014]坐标系O2XY以基站2光心O2为坐标系原点，平行于基站2光心O2和基站1光心O1连线为X轴，垂直于X轴方向顺时针方向为Y轴；
[0015]2)像点匹配
[0016]2.1)为像点群S1′
中第一个像点P
′
11
寻找匹配点
[0017]由像点群S1′
中第一个像点P
′
11
对应的直线l
a1
依次求解与像点群S2′
中像点P
′
21
,P
′
22
,
…
,P
′
2m
对应的直线l
b1
、l
b2
、
…
、l
bm
异面直线距离，直线l
a1
与直线l
bi
的距离记为d
a1bi
，i＝1,2，
…
，m，每得到一次异面直线距离d
a1bi
，判断是否小于等于阈值E，若d
a1bi
小于等于阈值E，则直线l
a1
对应的像点P
′
11
与直线l
bi
对应的像点P
′
2i
为正确匹配点对；若直线距离d
a1bi
大于阈值E，则寻求S2′
中下一像点进行异面直线距离计算；直至寻找出正确匹配点对或遍历完S2′
中所有像点为止；
[0018]2.2)为像点群S1′
中第二个像点P
′
12
寻找匹配点
[0019]若第一个像点P
′
11
找到正确匹配点P
′
2i
，则S1′
中下一个像点P
′
12
利用步骤2.1)的方法从该正确匹配点的下一个像点P
′
2(i+1)
开始进行像点匹配；
[0020]若第一个像点P
′
11
未找到正确匹配点，则取S1′
中下一个像点P
′
12
利用步骤2.1)的方法从像点群S2′
中的第一个像点P
′
21
开始进行像点匹配；
[0021]2.3)为像点群S1′
中其余像点寻找匹配点
[0022]利用步骤2.2)的方法，依次进行像点群S1′
中其余像点与像点群S2′
的像点匹配计算，直至遍历完像点群S1′
中所有像点，或者像点群S1′
中像点P
′
1s
与像点群S2′
中像点P
′
2m
为正确匹配点对；
[0023]其中，s＝1,2，
…
，n。
[0024]进一步地，步骤1)中，还包括对目标影像数据集S1中的像点进行修正，具体过程如下：
[0025]a)目标影像数据集S1中像点在图像物理坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：1)像点排序将基站1的目标影像数据集S1中的像点，按像点和基站1光心连线与坐标系O1XY平面夹角由大到小排序，得到像点群S
′1＝{P
′
11
，P
′
12
，
…
，P
′
1n
}，像点P
′
11
，P
′
12
，
…
，P
′
1n
和基站1光心连线所得的直线记为l
a1
、l
a2
、
…
、l
an
；将基站2的目标影像数据集S2中的像点，按像点和基站2光心连线与坐标系O2XY平面夹角由大到小排序，得到像点群S
′2＝{P
′
21
，P
′
22
，
…
，P
′
2m
}，像点P
′
21
，P
′
22
，
…
，P
′
2m
和基站2光心连线所得的直线记为l
b1
、l
b2
、
…
、l
bm
；其中，坐标系O1XY以基站1光心O1为坐标系原点，平行于基站1光心O1和基站2光心O2连线为X轴，垂直于X轴方向顺时针方向为Y轴；坐标系O2XY以基站2光心O2为坐标系原点，平行于基站2光心O2和基站1光心O1连线为X轴，垂直于X轴方向顺时针方向为Y轴；2)像点匹配2.1)为像点群S1′
中第一个像点P
′
11
寻找匹配点由像点群S
′1中第一个像点P
′
11
对应的直线l
a1
依次求解与像点群S
′2中像点P
′
21
，P
′
22
，
…
，P
′
2m
对应的直线l
b1
、l
b2
、
…
、l
bm
异面直线距离，直线l
a1
与直线l
bi
的距离记为d
a1bi
，i＝1，2，
…
，m，每得到一次异面直线距离d
a1bi
，判断是否小于等于阈值E，若d
a1bi
小于等于阈值E，则直线l
a1
对应的像点P
′
11
与直线l
bi
对应的像点P
′
2i
为正确匹配点对；若直线距离d
a1bi
大于阈值E，则寻求S
′2中下一像点进行异面直线距离计算；直至寻找出正确匹配点对或遍历完S
′2中所有像点为止；2.2)为像点群S1′
中第二个像点P
′
12
寻找匹配点若第一个像点P
′
11
找到正确匹配点P
′
2i
，则S
′1中下一个像点P
′
12
利用步骤2.1)的方法从该正确匹配点的下一个像点P
′
2(i+1)
开始进行像点匹配；若第一个像点P
′
11
未找到正确匹配点，则取S
′1中下一个像点P
′
12
利用步骤2.1)的方法从像点群S
′2中的第一个像点P
′
21
开始进行像点匹配；2.3)为像点群S1′
中其余像点寻找匹配点利用步骤2.2)的方法，依次进行像点群S1′
中其余像点与像点群S2′
的像点匹配计算，直至遍历完像点群S
′1中所有像点，或者像点群S
′1中像点P
′
1s
与像点群S
′2中像点P
′
2m
为正确匹配点对；其中，s＝1，2，
…
，n。2.根据权利要求1所述宽基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法，其特征在于，步骤1)中，还包括对目标影像数据集S1中的像点进行修正，具体过程如下：a)目标影像数据集S1中像点在图像物理坐标系下的坐标p(x，y)，利用径向畸变校正模型，得到畸变校正后的坐标P
′
(x
′
，y
′
)；其中，图像物理坐标系以图像左上角为原点，水平方向为X轴，垂直高度方向为Y轴；b)将基站1上的方位角A
10
和俯仰角E
10
与坐标P
′
(x
′
，y
′
)进行合成，得到合成后的方位角A1和合成后的俯仰角E1：
其中，x
′
为像点在x方向的坐标；y
′
为像点在y方向的坐标；pix为基站单个像元大小；f基站镜头焦距；A
10
为基站1像面中心像点在基站1的指向方位角；E
10
为基站1像面中心像点在基站1的指向俯仰角；c)目标影像数据集S1中修正后像点表示为(A1，E1)。3.根据权利要求2所述宽基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法，其特征在于，步骤a)中，所述径向畸变校正模型表达式如下：x＝x
′
(1+k1r2+k2r4)y＝y
′
(1+k1r2+k2r4)其中，r2＝x
′2+y
′2；k1和k2为的径向畸变系数。4.根据权利要求3所述宽基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法，其特征在于：步骤1)中，还包括对目标影像数据集S2中的像点进行修正，该修正过程与目标影像数据集S1中像点修正过程相同。5.根据权利要求4所述宽基线光学交会测量的像点快速高效匹配方法，其特征在于，步骤2)中异面直线距离计算方法为：定义，基站1的光心O1和像点群S1′
中任一像点M构成直线l1，基站2的光心O2和像点群S
′2中任一像点N构成直线l2，则异面直线l1和l2之间距离d计算如下：d＝|z1‑
z2|其中，其中，(x0，y0)为基站2在基站1XO1Y平面的投影点坐标；(A
1m
，E
1m
)为像点M修正后在基站1上的方位角和俯仰角；(A
2n
，E
2n
)为像点N修正后在基站2上的方位角和俯仰角。6.一种宽基线光学交会测量的像点快速高...

【专利技术属性】
技术研发人员：程志远，李希宇，张轩，李治国，井峰，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：