结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法及系统，方法包括步骤：S100提取待匹配图像对的特征点与特征直线，对特征点进行初步匹配；S200对待匹配图像对划分网格，将特征点和特征直线归属到各网格；S300从特征点初始匹配集中筛选同名点对，同名点对分别所在的网格构成同名匹配区域，分别记为第一网格和第二网格；S400求解同名点对所在同名匹配区域的单应性矩阵；S500利用单应性矩阵将第一网格中特征直线l

【技术实现步骤摘要】
结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法与系统
本专利技术属于计算机视觉图像处理
，具体涉及结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法与系统。
技术介绍
特征匹配是计算机视觉领域最基础、最活跃的研究领域之一，它已被广泛应用于许多视觉应用中，如三维重建，目标检索等。现有的匹配方法多依靠特征点和特征直线，对于影像纹理信息匮乏的情况，直线特征匹配相较于点特征匹配具有更加丰富的属性信息，如方向、位置、直线之间的距离等，因此将直线特征作为匹配基元具有更高的可靠性。许多专家学者对于匹配的研究也逐渐转入了对直线的研究，因此提出了一系列较为成熟的方法，如SIFT、SURF、ORB、GMS等其他变形方法。但研究重心主要包括以下三类。第一类是基于直线自身的几何属性(如长度、梯度、邻域信息等)，该类方法通常需依靠同名点约束，核线约束，三角网约束，单应矩阵约束等约束条件完成直线匹配；如结合区域约束以及核线、单应性矩阵等多重约束实现的特征直线匹配。第二类是构建特征直线描述子，依靠相似性度量来实现特征直线的匹配。第三类是利用几何信息对特征直线对进行整体匹配，如依靠特征直线对交点与相邻同名特征点之间的几何关系来实现的特征直线匹配。目前已有公开方法在处理视差变化较大的影像以及存在几何变形的影像时表现略有不足，主要表现为：1)由于弱纹理、尺度变化等多重影响，易出现直线断裂、直线变形等问题；2)未兼顾邻域直线间的相关性和点线特征的空间相关性，使得匹配结果不够理想；3)方法多依赖深度学习，对于数据集的要求以及硬件设备要求较高。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术兼顾邻域直线间的相关性和点线特征的空间相关性，提供了结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法与系统，该方法不仅可以大幅提高直线特征匹配的准确率，而且还具有良好的鲁棒性和普适性。本专利技术提供的结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法，包括：S100提取存在重叠区域的待匹配图像对的特征点与特征直线，对特征点进行初步匹配，获得特征点的初始匹配集；S200对待匹配图像对分别划分网格，基于位置信息将特征点和特征直线归属到各网格；S300从特征点初始匹配集中筛选同名点对，同名点对分别所在的网格构成同名匹配区域，分别记为第一网格和第二网格；其中，筛选同名点对具体为：依次读取初始匹配集中各匹配点对，判断匹配点对的邻域匹配点对数是否大于预设阈值，大于预设阈值的匹配点对即同名点对；匹配点对的邻域匹配点包括：匹配点对所在网格内的其他匹配点，以及匹配点对邻域网格内的匹配点对；S400基于同名点对求解同名点对所在同名匹配区域的单应性矩阵；S500利用单应性矩阵将第一网格中特征直线l1变换到第二网格，得到同名直线；S600从第二网格特征直线中筛选与同名直线满足几何约束的特征直线，若存在满足几何约束的特征直线l2，即l2与l1构成匹配直线对。作为优选，在执行步骤S100前，先对待匹配图像对进行灰度化处理。进一步的，步骤S200中，基于位置信息将特征点归属到各网格，具体为：将特征点的坐标与网格的坐标范围对比，当特征点坐标位于网格坐标范围内，则将特征点归属到该网格。进一步的，步骤S200中，基于位置信息将特征直线归属到各网格，具体为：首先，在特征直线上预选一点，记为预选点；接着，将预选点的坐标与网格的坐标范围对比，当预选点坐标位于网格坐标范围内，则将预选点所在的特征直线归属到该网格。进一步的，步骤S300中，设定大小为n网格*n网格的窗口，逐窗口统计窗口内各匹配点对的邻域匹配点对数。进一步的，步骤S600中几何约束包括直线是否存在重叠、直线间距约束、直线长度比例约束中的一种或多种。本专利技术提供的结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配系统，包括：第一模块，用来提取存在重叠区域的待匹配图像对的特征点与特征直线，对特征点进行初步匹配，获得特征点的初始匹配集；第二模块，用来对待匹配图像对分别划分网格，基于位置信息将特征点和特征直线归属到各网格；第三模块，用来从特征点初始匹配集中筛选同名点对，同名点对分别所在的网格构成同名匹配区域，分别记为第一网格和第二网格；其中，筛选同名点对具体为：依次读取初始匹配集中各匹配点对，判断匹配点对的邻域匹配点对数是否大于预设阈值，大于预设阈值的匹配点对即同名点对；匹配点对的邻域匹配点包括：匹配点对所在网格内的其他匹配点，以及匹配点对邻域网格内的匹配点对；第四模块，用来基于同名点对求解同名点对所在同名匹配区域的单应性矩阵；第五模块，用来利用单应性矩阵将第一网格中特征直线l1变换到第二网格，得到同名直线；第六模块，用来从第二网格特征直线中筛选与同名直线满足几何约束的特征直线，若存在满足几何约束的特征直线l2，即l2与l1构成匹配直线对。作为优选，还包括第七模块，用来对待匹配图像对进行灰度化处理，灰度化处理后的待匹配图像输入第一模块。和现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：本专利技术结合了局部网格约束以及几何约束实现了图像中直线段快速匹配，该方法兼顾了邻域直线间的相关性和点线特征的空间相关性，不仅提高了直线匹配的效率，而且获取了高精度的同名直线对，具有较强的应用价值。经实验验证，利用本专利技术方法完成两幅影像的直线段匹配，耗时不到3秒，对于视角变化、光照、旋转等复杂条件的影像，也达到99％以上的匹配正确率，极大地提高了特征直线匹配的效率和精度，具有良好的鲁棒性与普适性。附图说明图1是本专利技术方法的具体流程示意图；图2是实施例中同名匹配区域示意图，该区域中网格一一对应；图3是同名匹配区域内特征直线的单应性矩阵变换示意图；图4是实施例中第一组待匹配图像对，两图像分别见图(a)和图(b)，皆来自网络公开数据集；图5是实施例中第二组待匹配图像对，两图像分别见图(a)和图(b)，皆来自网络公开数据集；图6是图4的特征直线匹配结果，其中图(a)和(b)分别为图(4)中图(a)和(b)中图像的特征直线匹配结果；图7是图5的特征直线匹配结果，其中图(a)和(b)分别为图(5)中图(a)和(b)中图像的特征直线匹配结果；图8是实施例中几何约束示意图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术技术方案，下面将对照附图提供本专利技术实施例及其所产生的技术效果。显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施方式。本实施例利用C++开发语言编写相应的计算机程序来自动执行本专利技术，即利用所编写的计算机程序自动对图像组进行直线段快速匹配。下面将结合图1对本实施例直线段的快速匹配流程进行详细描述。在进行匹配操作之前，须确保输入的两幅待匹配图像存在重叠区域，如无重叠区域，就无法通过匹配的特征点来获取图像的变换矩阵，也就无法实现特征直线的快速匹配本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法，其特征是，包括：/nS100 提取存在重叠区域的待匹配图像对的特征点与特征直线，对特征点进行初步匹配，获得特征点的初始匹配集；/nS200 对待匹配图像对分别划分网格，基于位置信息将特征点和特征直线归属到各网格；/nS300从特征点初始匹配集中筛选同名点对，同名点对分别所在的网格构成同名匹配区域，分别记为第一网格和第二网格；/n其中，筛选同名点对具体为：依次读取初始匹配集中各匹配点对，判断匹配点对的邻域匹配点对数是否大于预设阈值，大于预设阈值的匹配点对即同名点对；匹配点对的邻域匹配点包括：匹配点对所在网格内的其他匹配点，以及匹配点对邻域网格内的匹配点对；/nS400 基于同名点对求解同名点对所在同名匹配区域的单应性矩阵；/nS500 利用单应性矩阵将第一网格中特征直线

【技术特征摘要】
1.结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法，其特征是，包括：
S100提取存在重叠区域的待匹配图像对的特征点与特征直线，对特征点进行初步匹配，获得特征点的初始匹配集；
S200对待匹配图像对分别划分网格，基于位置信息将特征点和特征直线归属到各网格；
S300从特征点初始匹配集中筛选同名点对，同名点对分别所在的网格构成同名匹配区域，分别记为第一网格和第二网格；
其中，筛选同名点对具体为：依次读取初始匹配集中各匹配点对，判断匹配点对的邻域匹配点对数是否大于预设阈值，大于预设阈值的匹配点对即同名点对；匹配点对的邻域匹配点包括：匹配点对所在网格内的其他匹配点，以及匹配点对邻域网格内的匹配点对；
S400基于同名点对求解同名点对所在同名匹配区域的单应性矩阵；
S500利用单应性矩阵将第一网格中特征直线l1变换到第二网格，得到同名直线；
S600从第二网格特征直线中筛选与同名直线满足几何约束的特征直线，若存在满足几何约束的特征直线l2，即l2与l1构成匹配直线对。


2.如权利要求1所述的结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法，其特征是：
在执行步骤S100前，先对待匹配图像对进行灰度化处理。


3.如权利要求1所述的结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法，其特征是：
步骤S200中，基于位置信息将特征点归属到各网格，具体为：
将特征点的坐标与网格的坐标范围对比，当特征点坐标位于网格坐标范围内，则将特征点归属到该网格。


4.如权利要求1所述的结合局部网格约束和几何约束的直线段匹配方法，其特征是：
步骤S200中，基于位置信息将特征直线归属到各网格，具体为：
首先，在特征直线上预选一点，记为预选点；
接着，将预选点的坐标与网格的坐标范围对比，当预选点坐标位...

【专利技术属性】
技术研发人员：张谦，杨洋，郭佳金，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42