[發明專利]一種基于采樣數據的動態水面重建方法

有效

• 申請號: 201310616867.5
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN103700138A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 周忠;吳威;賴志堅;邵緒強
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 孟卜娟;李新華

1.一種基于采樣數據的動態水面重建方法，使用多個相機采集動態水面數據，相機兩兩分組，每組相機用體素細分剔除的方法重建水面高度場，得到的多個水面高度場之間進行加權融合，得到水面融合高度場，水面融合高度場進一步驅動基于物理的淺水方程模擬過程，生成既有真實數據支撐又有豐富細節效果的重建結果高度場；其特征在于包括如下步驟：

（1）搭建多相機的動態水面數據采集裝置，已知大小的黑白棋盤格板緊貼于水底，多個相機置于水面上方周圍不同視角，固定相機位置保證每個相機可拍攝到完整水底棋盤格圖像，多個相機之間保證可同步采集圖像；對多個相機進行內外參標定；制造需要采集的水面運動場景，多相機高速同步采集水面運動情況下水底棋盤格的圖像；

（2）初始時刻圖像用Harris角點檢測算法檢測棋盤格角點，后續時刻圖像角點用Lucas-Kanade光流法追蹤確定；利用相機內外參，確定每個相機圖像角點和水底棋盤格角點的映射關系；并對圖像角點間的映射關系插值，得到逐像素的映射關系；

（3）把相機兩兩分為多個組，基于步驟（2）求得的圖像像素和水底棋盤格角點的映射關系，每個組利用體素細分剔除的方法重建得到多個水面高度場；

（4）對于步驟（1）相機的每個采樣時刻，利用步驟（3）不同組相機重建得到的水面高度場進行重投影計算重投影誤差，對不同組多個水面高度場進行加權融合，重投影誤差小的水面高度場權重更大，得到水面融合高度場；

（5）利用步驟（4）重建融合得到的水面融合高度場驅動基于物理的淺水方程模擬過程，模擬生成的淺水方程模擬高度場和水面融合高度場進一步融合，得到最終的重建結果高度場輸出。

2.根據權利要求1所述的一種基于采樣數據的動態水面重建方法，其特征在于：所述步驟（3）中每組相機采用體素細分剔除的重建，其具體步驟為：把水體所在空間規則剖分為一個個三維體素，把每個體素中心點投影到本組所有相機，利用像素和水底棋盤格點的映射關系確定與投影像素對應的水底點，由相機光心、體素中心、水底點這三個點和折射定律求得體素中心點處的折射法向量；對于中心點水平坐標相同的多個體素，只保留所求法向量方向最一致的一個體素，其余體素剔除；進而對留下的體素繼續進行如上所述的細分剔除過程，直到體素大小小于給定的閾值。

3.根據權利要求1所述的一種基于采樣數據的動態水面重建方法，其特征在于：所述步驟（4）中不同組多個水面高度場加權融合，其目的是減少不同相機圖像噪聲帶來的重建誤差，其具體步驟為：首先利用每組水面高度場，將水底棋盤格角點重投影成像到該組中的任意一個相機，計算重投影成像點和原始圖像對應角點的偏差，即為重投影誤差；將水面區域劃分為多個子區域，每個區域的水面融合高度場由每組水面高度場對應相同區域部分加權融合而成，重投影誤差小的水面高度場權重設置更大。

4.根據權利要求1所述的一種基于采樣數據的動態水面重建方法，其特征在于：所述步驟（5）中，利用水面融合高度場驅動基于物理的淺水方程模擬過程，其目的是往水面融合高度場中添加淺水方程模擬高度場的細節效果，得到有真實數據支撐同時細節豐富的重建結果高度場，其具體步驟為：權利要求3所述方法融合得到的初始時刻的水面融合高度場作為基于物理的淺水方程模擬求解的初始迭代高度場；對于相機后續的每個采樣時刻點，把權利要求3所述方法融合得到的水面融合高度場和淺水方程模擬高度場進一步加權融合，得到該時刻的重建結果高度場輸出，重建結果高度場同時作為基于物理的淺水方程模擬下一迭代步的初始迭代高度場，驅動基于物理的淺水方程模擬后續過程。