三维地形匹配和场景匹配

摘要

三维地形匹配这个概念，在上个世纪70年代就开始有人提出，之后得到了学者的关注并深入研究，使得地形匹配发展迅速。从最初的理论逐渐到应用，甚至应用于国防，发展我国的国防建设。三维地形匹配的应用十分广泛，现代的作战系统中的辅助导航系统中地形匹配是必不可少的环节。
　　本文首先陈述了国内外三维地形匹配的大致研究现状，在此基础上，本文提出了一种利用地形纹理的三维地形匹配算法。本文算法首先对三维地形进行正射投影，得到三维地形的正射投影图像，然后对投影图与投影图之间进行投影匹配，获取投影变换参数，将参数对应到三维地形中，再对三维地形进行匹配。实验结果已经证明，本文算法是非常有效的，且适应性较强。
　　现实应用中，我们经常得到的图像是来自于不同传感器的，它们之间本身的结构和成像原理都不相同，导致图像之间的灰度对比度相差较大，因此对算法的要求较高。虽然已经有很多学者在研究并且提出了很多异源图像匹配的算法，但是这些算法只能适用于特殊场合。如果可以很好地解决图像匹配，特别是异源图像的匹配问题，则可为我国的遥感、导航制导、医学诊断、计算机视觉等领域提供一种新的高可靠匹配理论和匹配方法，从而更好地应用这一技术。
　　针对异源异构图像中无法用基于特征点的方法进行图像匹配的问题，文中提出一种可以解决这一问题的图像匹配算法。首先检测出图像的边缘点并连接成曲线，然后，根据空间接近性和相对显著性，将边缘直线段进行分组，最后，根据线段的几何形状计算线段之间的相似性，从而判断两个直线标签之间是否相似。类似于局部特征，直线特征具有鲁棒性，适用于视角的变化。实验结果表明，本文的算法对图像尺度、图像旋转以及图像之间的光照差异都不敏感，该算法能有效的解决无法用点特征匹配算法的场景图像之间的匹配，本文算法在一定程度上是非常有效的。
　　针对需要实时定位场景的情形，本文提出了一种快速匹配的策略，利用图像检索的方法，提取大场景图像和目标图像的特征，在大幅场景图像中先大致确定和目标场景图像最相似的小区域，再利用小区域和目标图像进行匹配，从而找出大幅场景图像和目标图像之间的相对位置关系，从而完成目标场景的精确定位。实验证明，本文方法相对SURF算法具有明显的优越性，匹配时间远小于SURF算法，本文算法在一些场景图像中还是非常具有优势的。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2三维地形/场景匹配与快速匹配理论与方法的研究现状

1.3论文研究内容与主要结构

第二章 三维地形可视化及地形匹配

2.1三维地形DEM数据

2.2 DEM地形数据建模

2.3 DEM三维地形可视化

2.4地形纹理映射

2.5三维地形显示实验结果图

2.6地形匹配基本流程

2.7地形匹配实验

2.8本章小结

第三章 一种基于直线的匹配方法

3.1检测图像线特征

3.2线段组的相似性度量

3.3利用Codebook算法进行快速匹配

3.4高精度变换参数

3.5实验结果对比与分析

3.6本章小结

第四章 一种快速场景匹配方法

4.1子区域划分

4.2提取各子区域与目标图像特征

4.3特征相似性

4.4变换矩阵求解

4.5目标图像定位

4.6实验结果及分析

4.7本章小结

第五章 软件系统设计与实现

5.1三维地形匹配与配准处理软件的系统设计

5.2异源/快速匹配与配准处理软件

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

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