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空间数据是地理信息系统的重要组成部分,空间三维数据又是空间数据中非常重要的一种。利用地理信息系统来获取空间三维数据已成为一种常用的方法,在这种方法中影像的匹配技术与获取的空间三维数据的精度有着非常密切的关系,影像匹配效果的好坏直接决定了获取的空间三维数据所能达到的精度。本文针对现有的匹配方法进行了分类并进行介绍,分析各自的特点并比较其优缺点。在此基础上,重点对基于相位的影像匹配方法进行了研究,并对现有的基于相位的影像匹配方法进行了改进,有效地提高了匹配的效率,实现了匹配过程的全自动化。本文的具体研究内容如下：
⑴针对传统的互相关影像匹配方法存在着计算量大、算法效率低下等缺点,本文采用基于相位相关的影像匹配方法,该方法使用的是傅里叶变换中的平移定理。通过实验对比,证明了该方法的匹配精度可以达到与互相关匹配方法相同的像素级精度,且在匹配效率上要远高于互相关匹配方法。本文还针对相位相关的匹配方法进行了改进,利用金字塔影像技术,使得该方法在不降低匹配精度的基础上让匹配效率进一步得到了提高。
⑵由于互相关匹配方法和相位相关的匹配方法均无法对具有旋转现象和缩放现象的影像进行匹配,故本文采用一种基于对数极坐标的相位相关匹配方法,该方法将影像由空间笛卡尔坐标系转换到对数极坐标系中,从而解决存在旋转和缩放变换的影像的匹配问题。同时为了解决该方法无法兼顾匹配精度和匹配效率的问题,本文也引入了金字塔影像技术使得该问题得到了有效地解决。
⑶为了解决具有仿射变换的影像的匹配问题,本文采用基于Fourier—Mellin域的相位相关影像匹配方法,该方法是利用Fourier—Mellin变换的旋转与缩放的不变性以及Fourier变换的平移理论来获得影像的平移量、旋转角度和缩放倍数。通过采用金字塔影像技术和利用基于循环分块的逐点影像匹配方法对原始方法进行改进,改进后的方法不仅能够获得影像中逐像素的匹配结果,还能够有效的提高匹配效率。
⑷分别通过对比实验证明了改进的相位相关法、改进的基于对数极坐标的相位相关法、改进的基于Fourier—Mellin域的相位相关法在匹配效率上的提升。同时通过实验来证明本文提出的利用循环分块的影像匹配方法获取密集视差方法的有效性。