基于图匹配的直线段匹配方法

线特征匹配是实现图像匹配的常用方法。本文提出了一种基于图匹配的直线段匹配方法，该方法利用图来表示图像中提取的直线段集合，图的节点表示直线段，图的边表示直线段之间的关系，并构造了描述向量来表示图的节点和边的属性信息，从而在匹配时充分利用了图像的结构信息。采用仿真图像和实际图像对算法进行了验证，实验结果表明，该方法取得了较好的直线段匹配性能，且具有较强的抗干扰能力。

图像匹配是计算机视觉与图像处理领域中的关键问题，在遥感图像分析、视觉导航、目标识别等领域有着十分重要的应用。在各种图像特征中，直线特征反映了图像中的边缘信息，具有一定的不变性。

目前， 研究人员提出了许多基于直线段的图像匹配方法[1]-[7]， 但由于仅利用了图像的局部结构信息， 这些方法在处理具有较大旋转和平移的图像时，匹配性能有待提高。

近年来，采用图匹配(Graph Matching)来解决图像匹配问题受到越来越多的关注，典型方法有基于谱图理论的特征匹配方法[8] [9]。

基于谱图理论的点匹配方法的主要思想是， 将特征点匹配问题转化为联合图中的最大基团搜索问题：首先搜索潜在匹配点对，构造联合图，然后计算联合图节点之间的边的权值形成亲和性矩阵，最后根据亲和性矩阵的主特征向量来搜索联合图中的最大基团，从而得到最终的匹配点对。在此基础上，文献[9]通过利用图中点对之间的最短路径来构造亲和性矩阵元素，从而提高匹配方法的鲁棒性，但是该方法对最短路径的描述仅是采用边的距离权值，仍然不具有尺度不变性，因此不能处理具有较大几何畸变的图像匹配问题。

借鉴文献[8] [9]的思想，本文提出了一种基于图匹配的直线段方法，该方法以直线段为特征构造图， 利用直线段对之间的关系建立图的边描述向量， 再采用[8] [9]的图匹配方法实现直线段之间的匹配。

实验结果表明，该方法能够较好地获得直线段之间的匹配关系，且能处理畸变较大的图像之间的匹配。

2. 基于图匹配的直线段匹配方法 对于图像中提取的直线段特征，利用其中点构造DT 图，其中节点表示直线段，边表示两条线段之间的关系。因此，可以利用直线段之间的关系来建立图的边描述向量，进而建立图中节点之间的最短路径描述向量。

2.1. 基于直线段对关系的最短路径描述 对于基于直线段构造的DT 图，采用直线段之间的关系[10] [11]来构造边的描述向量：1) 一条直线段的两个端点到另一条直线段的距离之比ar ；2) 两条直线段之间的夹角rβ ；3) 两条直线段之间的长度比lr ；4) 两条直线段的平均梯度幅值之比gr 。上述四个参数中，1) 为仿射不变量，2)、3) 为相似变换不变量，4) 理论上对所有几何变换保持不变，但对光照变化敏感。

如图1 所示，对于1l 、2l ，四种参数的定义如下：