一种图像匹配方法、装置、定位方法及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种图像匹配方法、装置、定位方法及系统，匹配方法包括计算第一图像中各像素点的张量方向，得到所述第一图像的第一张量方向图；计算基准图像中各像素点的张量方向，并将所述基准图像划分为多个与所述第一图像大小相等的子图，确定各所述子图的第二张量方向图；逐一计算所述第一张量方向图与所述子图的第二张量方向图的匹配值，并根据所述匹配值确定匹配度最高的子图作为匹配结果。匹配方法及装置具有可广泛适用于多种不同的异源图像之间的匹配，匹配正确率高，匹配速度快等优点。定位方法及系统具有可实现高精度，低成本，受环境影响小，对外部信号依赖度低等优点。

An Image Matching Method, Device, Location Method and System

The invention discloses an image matching method, device, positioning method and system. The matching method includes calculating the tensor direction of each pixel in the first image, obtaining the first tensor direction of the first image, calculating the tensor direction of each pixel in the reference image, dividing the reference image into several sub-graphs with the same size of the first image, and determining each of the said sub-graphs. The second tensor pattern of the subgraph; the matching values of the first tensor pattern and the second tensor pattern of the subgraph are calculated one by one, and the subgraph with the highest matching degree is determined as the matching result according to the matching value. The matching method and device have the advantages of high matching accuracy and fast matching speed, which can be widely applied to the matching of various heterogeneous images. The positioning method and system have the advantages of high precision, low cost, little environmental impact and low dependence on external signals.

【技术实现步骤摘要】
一种图像匹配方法、装置、定位方法及系统
本专利技术涉及图像匹配定位
，尤其涉及一种图像匹配方法、装置、定位方法及系统。
技术介绍
当前无人航空器产业发展迅猛，基于无人机、无人探孔器平台的目标侦测被广泛用于军事、工业、农业、抢险救援等各个领域，不仅能拍摄、获取目标的清楚图像、视频，还能对目标进行智能分析和自动定位。航拍地面目标定位技术一直是各类研究人员和工程人员关注的热门技术，该技术主要基于GPS、惯导、激光雷达测距、和摄影测量技术，通常是综合使用这些技术完成最终的目标定位。现阶段相关技术主要有基于GPS/惯导/激光雷达测距的组合定位技术和基于GPS/惯导/摄影测量的组合定位技术。后者又可以继续细分为基于GPS/惯导/交会测量的组合定位技术和基于GPS/惯导/反向投影测量的组合定位技术。(1)基于GPS/惯导/激光雷达测距的组合定位技术，利用GPS提供机载平台的位置，利用惯导提供平台的姿态和航向，利用激光雷达测量目标与机载平台之间的距离，然后根据机载平台位置、姿态、航向、激光雷达指向、目标与机载平台之间的距离计算目标的位置。现有技术中对该技术的研究成果包括：夏靖，蒋理兴，范孝忠：机载激光雷达对地定位误差分析[J].测绘科学技术学报，2011，28(5):365-368；以及王建军，徐立军，李小路：姿态角随机测量误差对机载激光雷达点云定位精度和三维成像精度的影响[C]，全国激光雷达对地观测高级学术研讨会，2010。基于GPS/惯导/激光雷达测距的组合定位技术具有较高的定位精度，能实现亚米级定位，但仍具有以下不足：激光雷达需要光电吊舱能够精确控制指向并计算目标指向与飞行平台之间的夹角，此外还需要惯导部件能够精确测量飞行平台的航向和姿态，否则在远距离测量条件下，小的角度偏差可能导致很大的位置偏差。因此该技术需要高成本、高精度的光电吊舱和惯导部件，加之激光雷达本身硬件成本高，所以系统整体成本较高，不利于在无人机等一些低成本平台使用。另外激光雷达测距主要是对点目标测量，使用不如基于航拍图像测量的方法方便，基于航拍图像测量的方法可以对一张航拍的图像上任意位置的目标进行测量。(2)基于GPS/惯导/交会测量的组合定位技术，利用GPS提供机载平台的位置，利用惯导提供平台的姿态和航向，利用相机从多个角度对目标进行拍摄交会测量目标与飞机的相对位置，然后根据机载平台位置、姿态、航向、目标与机载平台之间相对位置计算目标的绝对位置。现有技术中对该技术的研究成果包括：易方，肖志明，李于雄：自动分检测量数据的多目标交会定位方法[J].电视技术，2014，38(11):219-223；孙辉，李志强，张建华：机载光电平台目标交会定位[J].中国光学，2015，8(6):988-996；于起峰，尚洋：摄像测量学原理与应用研究[M].科学出版社，2009.。该技术仍然存在如下不足：由于交会测量需要多角度拍摄目标，因此对飞行轨迹产生限制，有些时候往往无法获得较大的交会角，从而影响测量精度。此外，远距离摄影测量容易受到大气折射干扰，这也会严重减低交会测量的定位精度。通常对数千米外的目标定位误差约数十米。(3)基于GPS/惯导/反向投影测量的组合定位技术，利用GPS提供机载平台的位置，利用惯导提供平台的姿态和航向，利用光电吊舱上的相机拍摄测量目标与飞机的方向夹角，然后根据机载平台位置、姿态、航向、飞行高度和目标与飞机的方向夹角计算目标的绝对位置。现有技术中对该技术的研究成果包括：MerinoL，CaballeroF，Martínez‐deDiosJR，etal.AcooperativeperceptionsystemformultipleUAVs:Applicationtoautomaticdetectionofforestfires[J].JournalofFieldRobotics，2006，23(3‐4)：165-184；MerinoL，CaballeroF，Martinez-deDiosJR，etal.Cooperativefiredetectionusingunmannedaerialvehicles[C]//RoboticsandAutomation，2005.ICRA2005.Proceedingsofthe2005IEEEInternationalConferenceon.IEEE，2005:1884-1889。该技术仍然存在如下不足：该技术利用测量数据：姿态、相机指向、飞行高度对目标位置进行直接解算，因此，姿态误差、指向误差、高度误差会对目标定位结果有很大影响。通常对数千米外的目标定位误差可达百米以上。在现有技术中，进行图像匹配(特别是异源图像匹配)的方法主要包括PQ-HOG、HOPC、MI、MTM、NCC、GO、ImpGO等等，但这些匹配方法在不同异味源图像的适应性、匹配正确率上仍然存在提高的空间，特别是应用于基于图像匹配的定位领域，匹配正确率的高低直接关系到定位精度的高低，为了提高定位精度，改进并提高图像匹配的正确率也有着十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种广泛适用于多种不同的异源图像之间的匹配，匹配正确率高，匹配速度快的图像匹配方法、装置，并且，在图像匹配方法的基础上，实现高精度，低成本，受环境影响小，对外部信号依赖度低的定位方法及系统。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为：一种图像匹配方法，计算第一图像中各像素点的张量方向，得到所述第一图像的第一张量方向图；计算基准图像中各像素点的张量方向，并将所述基准图像划分为多个与所述第一图像大小相等的子图，确定各所述子图的第二张量方向图；逐一计算所述第一张量方向图与所述子图的第二张量方向图的匹配值，并根据所述匹配值确定匹配度最高的子图作为匹配结果。进一步地，所述张量方向根据式(1)所示公式计算确定：式(1)中，θ为计算得到的像素点的张量方向值，t11、t12、t22均为该像素点的张量值。进一步地，所述张量值根据式(2)所示公式计算确定：式(2)中t11、t12、t22均为该像素点的张量值，Gσ为预设的标准差为σ的高斯滤波器参数，Ix为包含该像素点的预设局部图像区域在X方向上的偏导，Iy为包含该像素点的预设局部图像区域在Y方向上的偏导。进一步地，根据式(3)所示公式计算匹配值：式(3)中，S(O(t),O(w))为第一张量方向图O(t)与第二张量方向图O(w)的匹配值，θi为第一张量方向图中像素点i的张量方向，θ'i为第二张量方向图中像素点i的张量方向，n和m分别为第一张量方向图中X方向和Y方向的像素点个数。一种图像匹配装置，包括处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器上存储的程序，所述存储器上存储有被执行时可实现如上任一项所述方法的程序。一种图像匹配的定位方法，包括：获取第一图像，所述第一图像为对包含待定位目标在内的待定位区域进行拍照获得的图像；将所述第一图像与预先确定好的带坐标的基准图像按照如权利要求1至4任一项所述的匹配方法进行匹配，确定所述第一图像在所述基准图像中的匹配结果；根据所述匹配结果确定所述第一图像的坐标，并确定第一图像中待定位目标的坐标。进一步地，还包括对所述拍照获得的图像进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像匹配方法，其特征在于：计算第一图像中各像素点的张量方向，得到所述第一图像的第一张量方向图；计算基准图像中各像素点的张量方向，并将所述基准图像划分为多个与所述第一图像大小相等的子图，确定各所述子图的第二张量方向图；逐一计算所述第一张量方向图与所述子图的第二张量方向图的匹配值，并根据所述匹配值确定匹配度最高的子图作为匹配结果。

【技术特征摘要】
1.一种图像匹配方法，其特征在于：计算第一图像中各像素点的张量方向，得到所述第一图像的第一张量方向图；计算基准图像中各像素点的张量方向，并将所述基准图像划分为多个与所述第一图像大小相等的子图，确定各所述子图的第二张量方向图；逐一计算所述第一张量方向图与所述子图的第二张量方向图的匹配值，并根据所述匹配值确定匹配度最高的子图作为匹配结果。2.根据权利要求1所述的图像匹配方法，其特征在于：所述张量方向根据式(1)所示公式计算确定：式(1)中，θ为计算得到的像素点的张量方向值，t11、t12、t22均为该像素点的张量值。3.根据权利要求2所述的图像匹配方法，其特征在于：所述张量值根据式(2)所示公式计算确定：式(2)中t11、t12、t22均为该像素点的张量值，Gσ为预设的标准差为σ的高斯滤波器参数，Ix为包含该像素点的预设局部图像区域在X方向上的偏导，Iy为包含该像素点的预设局部图像区域在Y方向上的偏导。4.根据权利要求3所述的图像匹配方法，其特征在于：根据式(3)所示公式计算匹配值：式(3)中，S(O(t),O(w))为第一张量方向图O(t)与第二张量方向图O(w)的匹配值，θi为第一张量方向图中像素点i的张量方向，θ′i为第二张量方向图中像素点i的张量方向，n和m分别为第一张量方向图中X方向和Y方向的像素点个数。5.一种图像匹配装置，其特征在于：包括处理器和存储器，所述处理器用于执行所述存储器上存储的程序，所述存储器上存储有被执行时可实现如权利要求1至4任一项所述方法的程序。6.一种图像匹配的定位方法，其特征在于：获取第一图像，所述第一图像为对包含待定位目标在内的待...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗世彬，
申请(专利权)人：湖南云顶智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43