基于链码和形状特征的等深线综合匹配算法

5.5.3　基于链码和形状特征的等深线综合匹配算法

1.算法原理

首先，将离散的数据点进行网格内插，以获取网格点上的深度值。

其次，基于规则网格点的深度值进行等深线的追踪，以获取等深线在每个网格上的走向。

然后，用0～7八个数表示等深线在每个网格点上相对于下一个网格点的方向。如图5-15所示，由此，规则网格点上的等深线可以表示为一系列由整数组成的序列(A₁，A₂，A₃，…，A_n)，即等深线的链码，其中A_i(0≤i≤n)为0到7之间的整数。

对于一条沿着45°角方向的等深线，其链码表示为(11111111)。

图5-15　等深线的链码编造原理

假设A为一条由n个节点组成的等深线，其链码表示为(a_i)，而B为另一条由n个节点组成的等深线，其链码表示为(b_i)，则两条等深线之间的关系可以通过相似度函数C_ab来表示:

计算所得的C_ab作用类似于两个信号之间的均方差，可用于衡量两条等深线的符合程度。C_ab愈大，相似性愈高;反之，相似性较差。

对于节点数大于n的等深线B'，计算A与其的相似函数时可按顺序依次与B'上取n个节点按照式(5-34)与A链码序列行进行相似度计算，并记录所得的C_ab以及B'上对应的n个点中第一个点的序号t，形成序列。取序列中C_ab最大值作为两条等深线之间的相似函数，

C_max对应的t_k位置即为匹配等深线与背景等深线的匹配位置。

根据匹配等深线和背景等深线对应位置的两套坐标，即背景地形上的地理坐标和实测地形上的局域坐标之间的差异，可以得到二者间的平移量。

式中，下角S代表实测地形坐标，下角B代表背景地形坐标。

对于实测区域的每一条等深线，均用背景场中与其具有相同深度值的所有等深线依次进行匹配，然后取计算结果中相似函数C的最大值C_max所对应的等深线作为前者的匹配结果，并可根据对应的序号t根据式(5-36)计算两条等深线的相对关系。

对匹配区和实测区所有的(l根)等深线进行上述匹配，并根据3σ原则排除错误的匹配结果。

通过综合所有l_n个有效匹配线对的匹配结果，可以得到实测地形与背景地形之间坐标系统的平移关系。

将该关系应用于INS，补偿其前期积累误差的影响。

2.匹配过程

基于链编码的海床地形等深线匹配过程如下:

(1)对背景场海床地形数据和实测海床地形数据进行格网化;

(2)基于格网，根据各自区域水深的变化，绘制等深线;

(3)以实测地形中的等深线为参考，对两个区域的公共等深线进行链编码;

(4)选择一根特征等深线，根据式(5-34)进行相关系数计算，根据式(5-35)判断准则实现最优匹配;

(5)根据式(5-36)计算基于该根等深线的平移量;

(6)在两个区域内，选择另一根同型值等深线，重复(3)和(5)，计算所有等深线上的平移量，并根据式(5-37)对异常匹配结果进行剔除，根据式(5-38)得出最终平移量，并对INS进行修正。