本文以国家“天上西藏”中古建筑物增强现实系统为研究背景，研究了建筑物视觉特征的提取和表征方法；同时在多种图像变换的情况下，研究了多种直线匹配算法,并对各种直线匹配算法的优劣点及其原因进行了分析。
本文的主要研究工作围绕一下三个方面展开：
1） 归纳总结了直线检测的基本方法，介绍了仿射变换的概念和性质，介绍了几种与本文建筑物图像匹配相关的直线段描述子的表征方法，分析了不同直线段描述子的特点和优势，包括基于直线段几何特征和几何不变性建立的描述子、基于点线不变量建立的描述子等。
2） 研究并提出了基于单条直线段进行建筑物图像匹配的方法。针对建筑物图像本身人工痕迹极重，线条极其丰富的特点，结合要在手机端实现增强现实的硬件条件约束，对Lilian　Zhang提出的基于单条直线段的图像匹配算法进行了实现和改进。在纹理较为简单并且旋转角度和视角变化都很小的情况下，Lilian　Zhang提出的单条直线段匹配的算法的准确率很高，但是当纹理比较丰富或者旋转角度、视角变化比较大的时候，匹配准确率明显降低。通过对匹配结果的观察发现，准确率降低的原因主要有两点：第一，直线提取的结果破碎；第二，纹理较为复杂时，两条明显处于不同纹理区域的直线段会被错误认为是匹配直线段。对于第一点，本文对直线段的提取结果进行了改进；对于第二点，本文在直线段描述子中增加了纹理描述，在初级筛选阶段，如果两条候选直线段没有通过纹理筛选，那么这两条这线段就不会进入下一个匹配阶段。通过这两点改进，基于单条直线段的建筑物图像匹配结果，精确度有了很明显的提升。整个算法也因为这两点的改进在多种图像变换中有了更强的鲁棒性。
3） 基于直线交点和交比仿射不变性的直线匹配算法设计。因为匹配上的对应直线段很难存在精确的点对点的对应，所以依据直线段的端点进行匹配是不够可靠的。在三维空间中，两条共面直线的交点是一个绝对的不变量。因此，依据直线交点进行直线匹配是一个很可靠的方法。为了提升算法匹配精度和匹配鲁棒性，提出了基于交比的仿射不变性引入的点线不变量描述子。从实验结果来看，该描述子的引入较好地提高了匹配精度。