基于普通数码相机的核线相关方法

    在数字摄影测量中,匹配方法的选择与实现是关键性的问题。利用同名像点必然位于同名核线上的性质,可以将实际的二维相关转换为沿核线进行的一维相关,这样可以达到提高匹配速度及可靠性的目的。核线相关的基本过程有确定同名核线、建立目标区及搜索区、计算相似性测度等。普通数码相机用于摄影测量,具有成本低、数据采集简便、数据处理快等优点。但作为一种非专业的摄影测量设备,其获取的影像进行核线相关时,使用常规的迭代算法行不通。本文将介绍一种适用于普通数码相机的核线相关方法。

    1　确定同名核线

    实现核线相关的首要任务是同名核线的确定。同名核线的确定可以描述为:要确定出过待定点a(x1,y1)的核线l和右片同名核线l′,即是确定l上的另一像点b(x2,y2),及l′上的两个点a′(x′1,y′1)和b′(x′2,y′2),注意a,a′或b,b′并不要求是同名像点。因为同一核线上的点必位于同一核面内,根据共面条件式就可以找到同名核线上的点。而普通数码相机不能提供内方位元素,又是以任意方式摄影,不能采用常规的迭代解法。而要采用下述方法确定同名核线,其共面条件方程式为:

　　当不知道内方位元素时,应考虑到:

    式中,dx,dy,f,dx′,dy′,f′为未知的内方位元素,将它们代入式(1)并展开,得:

L9y′+L1+L2x+L3y+L4x′+L5xx′+L6xy′+L7yx′+L8yy′= 0 (2)

    令

L0i=Li/L9(i≠3),　L03= 1 +L3/L9,　q=y-y′

    则上式转化为:

q=L01+L02x+L03y+L04x′+L05xx′+L06xy′+L07yx′+L08yy′

　　解求相对定向角元素及内方位元素转换为解求8个线性变换系数L0i(i=1, 2,…, 8),观测适当分布多于8个同名点,视q为观测值,按间接平差解参数L0i(i=1,2,…,8)。(2)式是在共面条件下,同名核线上左、右片像点坐标的一种关系式。利用该式由左影像的像点坐标(x1,y1)可以确定右影像上的两点a′(x′1,y′1)和b′(x′2,y′2),公式如下:

y′1=[(1 -L03)y1-L01-L02x1- (L04+L05x1+L07y1)x′1]/[1 +L06x1+L08y1]

　　同理可得b′(x′2,y′2),其中x′1,x′2可以任意选定。由式(2)可知,左影像上另一像点坐标(x2,y2)不能由(x1,y1)直接得出,而只能由右影像上任一点,如a′(x′1,y′1)再反求:

y2=[y′1+L01+L04x′1+ (L02+L05x′1+L06y′1)x2]/(1 -L03-L07x′1-L08y′1)

    式中,x2可以任意选定。

    2　匹配窗口的选择

    理论上,沿核线进行相关计算,目标区和搜索区可以是一维窗口,但两影像窗口的相似性测度一般是统计量,为保证可靠性,应有较多的样本进行估计,因而目标窗口中的像素数量不应太少,即目标区应该较长,但此时灰度信号的重心就不能与几何重心重合,这就会产生相关误差。因此目标区与二维相关一样,取一个以待定点为中心的m×n个像素的二维窗口。此时搜索区为l×n(l>m)个像素的灰度阵列,搜索过程只在核线上进行。