第五章影像匹配基础理论与算法课件.ppt

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1、华北水利水电学院,数字摄影测量,Digital Photogrammetry,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,一 数字影像的内定向,内定向的数学模型及参数解算,二 核线几何关系解析与核线排列,确定同名核线有哪两种方法？,（重点）,分别简述确定同名核线的两种方法。,第四章 数字影像解析基础,The Analytical Foundation of Digital Image,二影像相关原理,三影像相关的谱分析,（重点）,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,一影像匹配的基本概念,第

2、五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,一影像匹配的基本概念,1.匹配的定义,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。,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GIS数据。,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,一影像匹配的基本概念,2.影像匹配的定义,如果这些数据集合是影像，就称为影像匹配。,影像匹配是在两幅(或多幅)影像之间识别

3、同名元素(点),它是计算机视觉及数字摄影测量的核心问题。,Remote Image,Topographic Map,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,一影像匹配的基本概念,3.数字影像匹配的定义,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，称为数字影像匹配。,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。,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Mat

4、ching,一影像匹配的基本概念,4.共轭实体,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,一影像匹配的基本概念,5.匹配实体,是一种要素，通过比较不同影像上的这些要素来寻找共轭实体。这些要素包括影像的灰度值，从影像上提出的特征，以及其他的符号描述。,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,一影像匹配的基本概念,6.相似性测度,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

5、性程度由代价函数（即目标函数，用于获取目标量而构造的函数，如可由点的圆度、边缘的梯度、方向、长度来表示）来度量。,差绝对值和,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,一影像匹配的基本概念,7.匹配方法,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(以及关系匹配等。,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,一影像匹配的基本概念,8.匹配策略,匹配策略是指求解影像匹

6、配问题的概念或整体方案，它包括匹配环境分析，匹配方法选择，以及匹配质量控制。,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,二影像相关原理,最初的影像匹配是利用相关技术实现的。 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。,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory

7、and Algorithm of Image Matching,二影像相关原理,1.相关函数,两个随机信号x(t)和y(t)的互相关函数定义为,均值,估计值,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,二影像相关原理,1.相关函数,当x(t)=y(t)时,自相关函数,均值,估计值,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,二影像相关原理,1.相关函数,自相关函数主要性质：,自相关函数是偶

8、函数,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,二影像相关原理,1.相关函数,自相关函数主要性质：,自相关函数在=0处取得最大值,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,二影像相关原理,1.相关函数,自相关函数主要性质：,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,二影像相关原理,

9、2.电子相关,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。,乘法器,AB,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,二影像相关原理,3.光学相关,理论基础：光的干涉和衍射傅立叶变换特性 光学相关就是用光学系统解求影像相关的过程。优点：装置结构简单，可处理的数据量大。,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,二影像相关原理,4.数字相关,数字相关是根据数字影像的灰度特性，

10、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。,1）二维相关,目标区,搜索区,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,二影像相关原理,4.数字相关,2）一维相关,在核线影像上，只需要进行一维搜索,目标区,搜索区,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,三影像相关的谱分析,1.相关函数的谱分析,1）影像功率谱,两个随机信号x(t)和y(t)的傅立叶变换为X(f)与Y(f)，则

11、x(t)的自功率谱为,x(t)与y(t)的互功率谱为,其中X*(f)为X(f)的复共轭。,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,三影像相关的谱分析,1.相关函数的谱分析,2）维纳-辛钦（Wiener-Khintchine）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。,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,

12、三影像相关的谱分析,1.相关函数的谱分析,3）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估计，航空影像功率谱近似呈指数曲线状。,标准化,功率谱的估计函数,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,三影像相关的谱分析,1.相关函数的谱分析,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,三影像相关的谱分析,1.相关函数的谱分析,4）相关函数的估计,标准化功率谱估计为,影像的相关函数估

13、计,使R(0)=1,得,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,三影像相关的谱分析,1.相关函数的谱分析,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。,三影像相关的谱分析,1.相关函数的谱分析,当a较小时， R()比较陡峭，相关精度高，但拉入范围较小。当a较大时， R()比较平缓，相关精度较差，但拉入范围较大。,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image M

14、atching,当a较小时，S（f）较平缓，高频信息较丰富，此时相关函数R（）较陡峭，相关精度高，但由可能的近似位置到正确相关的点间距离（称拉入范围）较小，但相关结果出错率高。这就要通过低通滤波获得较大的拉入范围。,当a较大时，功率谱S（f）较陡峭，低频信息占优势，因而相关函数R（）较平缓，相关精度较差，但拉入范围较大，相关结果出错的概率较小。,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,三影像相关的谱分析,1.相关函数的谱分析,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamen

15、tal Theory and Algorithm of Image Matching,三影像相关的谱分析,2.金字塔影像相关（多频道相关）,从粗到精的相关策略。即先通过低通滤波，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。,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，因而称之为金字塔影像结构 .,从粗到精的相关策略,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,三影像相关的谱分析,2.金字塔影像相关（

16、多频道相关）,分频道相关（多级相关）,分频道可采用两像元平均、三像元平均、四像元平均等等分若干频道的方法,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,三影像相关的谱分析,2.金字塔影像相关（多频道相关）,金字塔影像建立,每2X24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,四像元平均,九像元平均,一 影像匹配的基本概念,匹配、影像匹配、数字影像匹配,二 影像相关原理,影像相关（电子、光学、数字）,相关函数定义,共轭实体、匹配实体、相似性测度、匹配方法、策略,第五章

17、 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,三 影像相关的谱分析（重点）,自相关函数是偶函数、=0处取得最大值,数字相关（二维相关、一维相关）,影像功率谱,维纳-辛钦定理,功率谱估计,相关函数估计及谱分析结果,金字塔影像结构及其建立,1.相关函数是怎样定义的？证明：自相关函数的两个性质。2.试述影像相关函数的谱分析结果。3.什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？,第五章 影像匹配基础理论与算法（2）,作 业 题,预习,第五章 影像匹配基础理论与算法（1）,The Fundamental Theory and Algorithm of Image Matching,