一种轻量化控制点影像数据库的制作方法技术

本发明专利技术提供了一种轻量化控制点影像数据库的制作方法，属于摄影测量与遥感技术领域。首先获取目标区域的控制点信息、正射影像及数字高程产品，并筛选出一对正射影像作为立体影像对；再对立体影像对进行匹配处理，并提取特征点对作为轻量化映射函数的训练数据集；然后利用提取的特征点对训练轻量化映射函数，得到训练后的轻量化映射函数；最后将所有控制点信息输入到训练好的轻量化映射函数中，将所有轻量化后的控制点构成轻量化控制点影像数据库。本发明专利技术能够实现控制点特征描述符的轻量化，减少控制信息的内存占用，提高控制点影像数据库移植到移动端的可行性，加快卫星影像与控制点影像数据库的匹配速率，为智能化应用提供有力支撑。支撑。支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种轻量化控制点影像数据库的制作方法


[0001]本专利技术涉及一种轻量化控制点影像数据库的制作方法，属于摄影测量与遥感


技术介绍

[0002]控制点影像数据库是地理配准的基础，其制作方法是摄影测量与遥感测绘领域的一项重要技术。高精度的控制点影像数据库能够充分利用现有的地理信息数据资源，并为应急响应提供有力支撑。控制点影像数据库制作方法包括数据源选择与分析、数据采集质量控制及入库管理。
[0003]伴随国产卫星发展，卫星成像模式及种类日渐丰富且更新速度加快，能够获取大规模高质量的基础遥感数据。基于前期积累的控制信息及获取的卫星影像，可以针对目标区域构建控制点影像数据库。但由于传统的控制点影像数据库中各控制点的属性信息是采用128位的浮点型数据进行描述，这导致数据库中控制点的信息存储量过大，内存占用过高，极大约束了控制点影像数据库移植到有限内存的移动终端进行测绘生产的能力，限制了移动终端的实时处理的效率以及精度，阻碍了智能化应用的发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种轻量化控制点影像数据库的制作方法，以解决目前构建的影像数据库中控制点信息存储量大、内存占用高的问题。
[0005]本专利技术提供了一种轻量化控制点影像数据库的制作方法，该方法包括以下步骤：
[0006]1)获取目标区域的控制点数据、航天正射影像和数字高程产品；并筛选出一对定位精度最高且成像条件最好的航天正射影像，作为构造轻量化映射函数训练数据集的立体影像对；
[0007]2)对获取的立体影像对进行匹配处理，并提取立体影像对的特征点对，将提取的特征点对作为轻量化映射函数的训练数据集；其中特征点对包括正确匹配的特征点对和错误匹配的特征点对；
[0008]3)建立用于将控制点数据转换成二值型特征描述符的轻量化映射函数，利用训练数据集中的特征点对训练所述轻量化映射函数，得到训练后的轻量化映射函数；
[0009]4)将目标区域的各控制点数据输入到训练好的轻量化映射函数中，得到控制点对应的二值型特征描述符，以此制作轻量化控制点影像数据库。
[0010]本专利技术通过建立轻量化映射函数，利用轻量化映射函数将128位的浮点型控制点特征描述转换成二值型特征描述符数据，减少内存占用。该方法可以实现控制点特征描述符的轻量化处理，减少了控制点信息的内存占用，进而提高控制点影像数据库移植到移动端的可行性，并加快卫星影像与控制点影像数据库的匹配速率，为智能化应用提供有力支撑。
[0011]进一步地，为了保证数据库中控制点数据的全面性，所述轻量化控制点影像数据
库还包括对应各控制点的辅助影像，所述辅助影像为以该控制点为中心的设定像素大小的影像块。
[0012]进一步地，所述步骤3)中的轻量化映射函数为哈希函数，计算公式为：
[0013]g(u)＝f(Pu+T)
[0014]其中，P为使用LDA思想计算得到的投影矩阵，T为使用逐特征维度阈值迭代法及全局逼近方法计算得到的阈值限制，u为特征点的特征向量。
[0015]进一步地，为了得到最优投影矩阵保证哈希函数的准确性，所述投影矩阵P的训练过程为：
[0016]分别对立体影像对的正确匹配特征点对和错误匹配特征点对进行特征描述符差分计算，得到对应差分后的正对数据集和负对数据集；对所述正对数据集和负对数据集构建损失函数，输出使损失函数最小时的空间矩阵作为投影矩阵。
[0017]进一步地，为了得到最优阈值限制保证哈希函数的准确性，所述限制阈值T的计算过程为：
[0018]A使用生成的投影矩阵对特征点对中每个特征点的特征描述符进行初始映射，得到每个特征点特征描述符在汉明空间的初始映射值；
[0019]B引入累计分布函数CDF(t)，用来表示阈值限制为t时对应的映射值概率；求解能使正对数据集的同符号的占比最大、负对数据集的同符号的占比最小时的阈值t；其中，同符号是根据设定的同名点对判别准则判定特征点为相邻的情况；
[0020]C根据生成的投影矩阵和得到的阈值t构建映射函数，增加一个阈值t的全局改正量
△
t，先设全局改正量为0，代入构建好的映射函数中，依照已有的同名点对判别准则进行逐点对判断，计算正对数据集和负对数据集中的正确点对个数，并计算
△
t为0时的存优率；
[0021]D通过设置全局改正量的迭代步长和迭代范围，不断迭代更新
△
t并同时更新映射函数，计算不同迭代下的存优率，得到存优率最大时的最优全局改正量
△
t，得到最终阈值限制为T＝t+
△
t。
[0022]进一步地，为了得到最优的立体影像对，保证后续构建哈希函数的准确性，所述步骤1)中原始立体影像对的筛选过程为：根据正射影像中控制点的像点坐标，结合坐标转换参数计算控制点的地理坐标，并基于数字高程模型判断正射影像的定位精度，选出定位精度最好的两幅正射影像。
[0023]进一步地，为了快速、准确实现立体影像对的匹配和误匹配剔除，所述立体影像对的匹配方法为SIFT方法，误匹配提剔除方法为GMS与RANSAC组合法。
[0024]进一步地，为了避免参与计算的正确匹配点对数量和错误匹配点对数量差别过大而造成的误匹配结果，所述错误匹配特征点对需保留的数量为正确匹配特征点对数量的百分之一。
[0025]进一步地，所述轻量化控制点影像数据库中每个控制点包括控制点必要属性信息、二值型特征描述符和辅助影像，其中控制点的必要属性信息、辅助影像采用二进制形式。
附图说明
[0026]图1是本专利技术轻量化控制点影像数据库的制作流程图；
[0027]图2是本专利技术基于特征点对描述符的哈希函数训练流程图；
[0028]图3是本专利技术轻量化控制点影像数据库基于星载平台嵌套使用模式示意图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步地说明。
[0030]本专利技术提供了一种轻量化控制点影像数据库的制作方法，具体流程如图1所示。首先获取目标区域的控制点信息、航天正射影像及数字高程产品，并筛选出一对航天正射影像作为立体影像对；再对立体影像对进行匹配处理，并提取特征点对作为轻量化映射函数的训练数据集；然后利用训练数据集中的特征点对轻量化映射函数进行训练，得到训练后的轻量化映射函数；最后将所有控制点信息输入到训练好的轻量化映射函数中，将所有轻量化后的控制点构成轻量化控制点影像数据库。本专利技术能够依据影像覆盖目标地区正射影像的立体影像对，训练哈希函数实现控制点的特征描述符轻量化，能够减少控制信息的内存占用，提高控制影像数据库移植到移动端的可行性，并加快卫星影像与控制点影像数据库的匹配速率，为智能化应用提供有力支撑。
[0031]步骤1.获取测区数据及数据筛选
[0032]获取目标区域的控制点信息、航天正射影像、以及对应的数字高程模型(DEM)。在本实施例中，首先，获取制作数据库影像区域本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轻量化控制点影像数据库的制作方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)获取目标区域的控制点数据、航天正射影像和数字高程产品；并筛选出一对定位精度最高且成像条件最好的航天正射影像，作为构造轻量化映射函数训练数据集的立体影像对；2)对获取的立体影像对进行匹配处理，并提取立体影像对的特征点对，将提取的特征点对作为轻量化映射函数的训练数据集；其中特征点对包括正确匹配的特征点对和错误匹配的特征点对；3)建立用于将控制点数据转换成二值型特征描述符的轻量化映射函数，利用训练数据集中的特征点对训练所述轻量化映射函数，得到训练后的轻量化映射函数；4)将目标区域的各控制点数据输入到训练好的轻量化映射函数中，得到控制点对应的二值型特征描述符，以此制作轻量化控制点影像数据库。2.根据权利要求1所述的轻量化控制点影像数据库的制作方法，其特征在于，所述轻量化控制点影像数据库还包括对应各控制点的辅助影像，所述辅助影像为以该控制点为中心的设定像素大小的影像块。3.根据权利要求1所述的轻量化控制点影像数据库的制作方法，其特征在于，所述步骤3)中的轻量化映射函数为哈希函数，计算公式为：g(u)＝f(Pu+T)其中，P为使用LDA思想计算得到的投影矩阵，T为使用逐特征维度阈值迭代法及全局逼近方法计算得到的阈值限制，u是特征点的特征向量。4.根据权利要求3所述的轻量化控制点影像数据库的制作方法，其特征在于，所述投影矩阵P的训练过程为：分别对立体影像对的正确匹配特征点对和错误匹配特征点对进行特征描述符差分计算，得到对应差分后的正对数据集和负对数据集；对所述正对数据集和负对数据集构建损失函数，输出使损失函数最小时的空间矩阵作为投影矩阵。5.根据权利要求3或4所述的轻量化控制点影像数据库的制作方法，其特征在于，所述阈值限制T的计算过程为：A使用生成的投影矩阵对特征点对中每个特征点的特征描述符进行初始映射，得到每个特征点特征描述...

【专利技术属性】
技术研发人员：范大昭，纪松，雷蓉，董杨，古林玉，李东子，岳振宇，赵明，龙怡灿，徐睿，杨佳宾，宋佳璇，康佳慧，储光涵，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队信息工程大学，
类型：发明
国别省市：