基于半方差函数的影像匹配方法研究

论文摘要

影像匹配是数字摄影测量实现自动化量测的核心技术。影像匹配应用的广泛性,使得其在数字采样和重采样、影像配准、三维量测、立体建模和多源影像融合等研究中扮演着越来越重要的角色。随着信息获取技术的发展,新的应用和新的要求也逐步产生,同时也对匹配算法提出了更高的要求。本文在分析以往影像匹配方法的基础上,将地统计学中的半方差函数引入到影像匹配中来,提出了基于半方差函数的影像匹配思想,研究了半方差函数影像匹配方法的匹配基元,构建了半方差函数影像匹配相似性测度,设计并实现了半方差函数影像匹配的四种算法。为了将理论和实践结合起来,本文通过一系列数据试验,分析并确定了半方差函数影像匹配模板的适宜像元长度,检验了半方差函数影像匹配四种算法的可行性,并通过与基于灰度的相关系数匹配的对比试验,对其匹配精度、匹配速度和匹配概率等性能进行了分析。试验结果显示,半方差邻域匹配算法的效果较好,可以在保持与相关系数匹配同等匹配精度的基础上,大大的缩短匹配时间。而其他的三种半方差影像匹配算法,可以在优化算法和改进策略的基础上达到较好的匹配效果。本文较好的解决了提高匹配精度和降低匹配时间这样一对矛盾,为影像匹配提供了一种全新的思路和方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 国内外研究现状
• 1.1.3 研究的背景和意义
• 1.2 研究的创新点
• 1.3 研究内容与目的
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究目的
• 1.4 论文的组织
• 第二章 影像匹配的基本理论与方法综述
• 2.1 影像匹配的概念、原理和应用
• 2.1.1 影像匹配的概念
• 2.1.2 影像匹配的数学描述
• 2.1.3 影像匹配的原理
• 2.1.4 影像匹配技术的应用
• 2.2 影像匹配技术构成的关键要素
• 2.2.1 特征空间
• 2.2.2 相似性测度
• 2.2.3 搜索空间
• 2.2.4 搜索策略
• 2.3 影像匹配技术的发展与分类
• 2.3.1 影像匹配技术的发展
• 2.3.2 影像匹配技术的分类
• 第三章 半方差函数影像匹配思想
• 3.1 地统计学与半方差函数
• 3.1.1 影像分析与地统计学
• 3.1.2 空间自相关性
• 3.1.3 半方差函数及其数值计算
• 3.1.4 半方差理论模型与经验半方差图
• 3.2 半方差函数影像匹配思想的引入
• 3.2.1 半方差函数的特性
• 3.2.2 基于半方差函数的影像匹配
• 3.3 半方差函数影像匹配相似性测度的确立
• 3.3.1 半方差函数影像匹配基元
• 3.3.2 半方差模型及其拟合
• 3.3.3 半方差函数匹配相似性测度的建立
• 3.4 半方差函数影像匹配方法及思路
• 3.4.1 半方差函数影像匹配的关键要素
• 3.4.2 匹配模板向量及其像元长度的选取
• 3.4.3 半方差函数影像匹配基本思路
• 第四章 半方差函数影像匹配算法设计
• 4.1 半方差函数影像匹配算法构建
• 4.2 一维核线影像半方差匹配算法
• 4.2.1 核线影像获取
• 4.2.2 一维核线影像半方差匹配基本思想
• 4.2.3 一维核线影像半方差匹配算法设计
• 4.3 二维窗口半方差匹配算法
• 4.3.1 二维窗口半方差匹配基本思想
• 4.3.2 二维窗口半方差匹配算法设计
• 4.4 邻域半方差匹配算法
• 4.4.1 邻域半方差匹配思想
• 4.4.2 邻域半方差匹配算法设计
• 4.5 环形半方差匹配算法
• 4.5.1 环形半方差匹配思想
• 4.5.2 环形半方差匹配算法设计
• 第五章 半方差函数影像匹配算法实现与结果分析
• 5.1 试验条件及准备
• 5.1.1 试验设计
• 5.1.2 试验条件
• 5.1.3 试验数据
• 5.2 试验关键技术及代码
• 5.2.1 影像数据（BMP格式）的读取和显示
• 5.2.2 半方差函数和相似性测度的计算
• 5.2.3 匹配点的定位显示
• 5.2.4 环带影像灰度值的提取
• 5.2.5 试验程序界面及结果显示
• 5.3 匹配模板长度的选取试验
• 5.3.1 匹配模板长度的选取试验设计
• 5.3.2 匹配模板长度的选取试验结果
• 5.4 半方差函数影像匹配算法试验结果
• 5.4.1 一维核线半方差匹配试验结果
• 5.4.2 二维窗口半方差匹配试验结果
• 5.4.3 邻域半方差影像匹配试验结果
• 5.4.4 环形半方差影像匹配试验结果
• 5.5 相关系数匹配对比试验
• 5.5.1 相关系数匹配试验设计
• 5.5.2 相关系数匹配算法流程
• 5.5.3 相关系数匹配试验结果
• 5.6 半方差影像匹配算法的误差影响因素
• 5.7 半方差影像匹配算法的性能分析
• 5.7.1 匹配速度
• 5.7.2 匹配精度
• 5.7.3 匹配概率
• 5.8 试验总结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 附录
• 附表A 半方差函数影像匹配模板长度选取试验同名点A匹配结果表
• 附表B 半方差函数影像匹配模板长度选取试验同名点B匹配结果表
• 附表C 半方差函数影像匹配模板长度选取试验同名点C匹配结果表
• 附表D 一维核线半方差函数影像匹配试验结果数据表
• 附表E 二维窗口半方差函数影像匹配试脸结果数据表
• 附表F 邻域半方差函数影像匹配试验结果数据表
• 附表G 环形半方差函数影像匹配试验结果数据表
• 附表H 基于灰度的相关系数影像匹配试验结果数据表
• 致谢