最近十年来随着中国空间科学技术的不断突破,国内在轨光学遥感卫星的数量急剧增加,特别是2012年和2013年相继发射成功的资源三号卫星与高分一号卫星更是标志着中国正式进入民用高分辨率遥感卫星应用新时代。目前多源国产光学遥感卫星应用已深入到城市规划、林业监测、土地利用等各行各业的信息检测与决策之中。在这些应用背后,多源光学遥感卫星影像匹配作为光学遥感卫星业务化应用系统中的核心问题之一,直接影响着最终卫星影像产品的质量与应用前景。目前由于受到诸多技术条件的限制和传统影像匹配思想的束缚,多源光学遥感卫星影像匹配技术仍不成熟,还存在许多关键问题亟待解决。因此整理与分析前人在多源光学遥感卫星影像匹配中的研究成果,归纳与总结目前多源光学遥感卫星影像匹配中存在的核心问题,探索与实践新的多源光学遥感卫星影像自动匹配方法和思路,对于多源多时相光学遥感卫星数据的应用具有重要的意义。本文将来自于不同传感器、不同时相的光学遥感卫星影像作为研究对象,把多源多时相影像间正确且分布均匀的同名点获取作为研究目标,在结合前人已有研究成果的基础上,设计一整套行之有效的基于多重约束的多源光学遥感卫星影像自动匹配方法。论文的主要工作如下:1、针对基于有理多项式的仿射变换补偿模型在具有侧摆的光学遥感卫星影像中精度不稳定的问题,本文通过理论分析推导出光学遥感卫星成像中滚动角/俯仰角的误差会引起像点在列方向/行方向上的偏差,并且此像点偏差与像点所对应地物的高差成正比。从而提出基于有理多项式的仿射变换加高差补偿模型以代替传统基于有理多项式的仿射变换补偿模型。通过多组实验验证此模型,相对于基于有理多项式的仿射变换补偿模型,不仅在处理平地区域数据时与其精度相当,而且在应对山区侧摆数据时具有更高的精度;2、在SIFT(Scale-Invariant Feature Transform)卫星影像匹配算法基础上,根据每个SIFT的尺度因子赋予其相应的权值,此权值被运用在整个匹配流程的三个重要环节之中:一个是在解算同名点集的转换模型参数时,不再使用单位权矩阵的最小二乘法进行处理,而是先由每对同名点权值构成权矩阵,然后使用加权最小二乘法来求解模型参数,从而有利于提高整个转换模型的精度;另一方面在传统RANSAC(RANdom SAmple Consensus)算法中引入SIFT同名点权值,帮助其优化随机样本选取过程和辅助确定每个SIFT的模型残差阈值;最后一个方面是在对每个SIFT特征点进行几何约束引导匹配时不再是所有特征点同一个搜索半径,而是每个SIFT特征点根据其权值确定其搜索半径,从而有效地解决此搜索半径阈值选择的难题;3、本文在充分分析与理解相位相关算法、Log-Gabor滤波器等前人研究的基础上,融合两者的特点提出一套基于Log-Gabor滤波的相位相关扩展算法(Extended Phase Correlation algorithm based on Log-Gabor filtering,LGEPC)。此算法通过在频率域中不同波长的Log-Gabor滤波器来构建影像多尺度结构图集,将原始影像匹配问题转化为两个多尺度图集相关问题,并通过相位相关算法来快速求解此相关问题。此方法能够有效解决非线性辐射差异与缩放比例差异引起传统相位相关失败的问题,提高现有的相位相关扩展算法的适用性和稳定性;4、本文为了解决因影像间重叠度不高或影像间存在较大变化而造成误匹配率上升甚至匹配失败的问题,在LGEPC算法基础上加入金字塔搜索与分块约束等决策,形成一套分块化相位相关扩展算法(Patch-based Extended Phase Correlation algorithm,PEPC)。此方法根据初始搜索半径确定需构建的金字塔层数,然后对每层金字塔影像进行分块,接着使用LGEPC算法来获取每个影像块与参考影像块之间的转换模型参数,并从全局与局部两个尺度上快速定位疑似误匹配的影像块,最终获取两原始影像间大量正确而均匀的同名点。本文通过分析总结多源光学遥感卫星影像实际应用中所遇到的影像匹配问题,针对现有多源光学遥感卫星影像匹配算法的不足,深度融合多种影像匹配思路,提出一套基于多重约束的多源光学遥感卫星影像自动匹配方法。最终通过多组模拟实验数据和多组真实多源光学遥感卫星数据对本文各个研究内容与整体流程进行验证,实验结果充分说明本文每个研究成果均具有重要的实用价值与良好的应用前景,而且本文提出的整体匹配流程能够为后续影像配准与应用奠定坚实的基础。