Automatic Illumination‐Invariant Image‐to‐Geometry Registration in Outdoor Environments

• Published in: Photogrammetric record 2017-06, Vol.32 (158), p.93-118
• Main Authors: Kehl, Christian, Buckley, Simon J., Viseur, Sophie, Gawthorpe, Robert L., Howell, John A.
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0031-868X; 1477-9730
• DOI: 10.1111/phor.12188

Image‐to‐geometry registration is the basis of many applications for texturing and interpreting 3D surface models. Feature‐based matching is an established, automatic approach which creates 2D–3D correspondences based on salient points and their radiometric neighbourhood. This paper presents an experimental approach for assessing the accuracy of several matching algorithms in challenging imaging environments that are subject to significant outdoor illumination variations. Furthermore, a collection of accuracy assessment metrics and quality heuristics emerge from the presented approach to guide a user during the examination of registration results. As a result of the experiments, two novel salient point descriptor matching combinations outperform the standard scale‐invariant feature transform ( SIFT ) operator on the task of image‐to‐image and image‐to‐geometry registration under varying illumination conditions. La transformation d'une image en un objet géométrique connu est la première étape de nombreuses applications pour la texturisation et l'interprétation de modèles 3D de surface. Les techniques automatiques basées sur la détection de formes sont couramment utilisées. Elles utilisent les points saillants et leurs voisins radiométriques pour construire une correspondance avec un modèle 2D–3D. Cet article présente une approche expérimentale visant à évaluer la précision de plusieurs de ces algorithmes lorsque l'acquisition des images se fait dans un environnement extérieur complexe à luminosité variable. De cette étude ressort un ensemble de propriétés liées à la précision du modèle et permettant de proposer à l'utilisateur une heuristique d’évaluation de la qualité de la transformation géométrique. Les expériences ont, enfin, permis d'aboutir à deux nouveaux algorithmes de transformation par analyse géométrique des points saillants dont les résultats surpassent l'opérateur SIFT standard lors de l'appariement image/image ou image/géométrie dans des conditions de luminosité variable. Die Registrierung digitaler Bilder auf existierende 3D Geometrie ist eine Basistechnik für viele Anwendungen der Texturierung und Interpretation geometrischer Oberflächenmodelle. Der merkmalsbasierte Punkteabgleich ist ein anerkannter, automatischer Registrierungsansatz, welcher 2D–3D Punktezuordnungen auf Basis von markanten Bildpunkten und deren radiometrischer Nachbarschaft etabliert. Der Ansatz dieses Artikels stellt die experimentelle Auswertung der Genauigkeit verschied