[發明專利]一種地面LiDAR和影像數據融合的遮擋區域建筑物立面重建方法

有效

• 申請號: 201610113150.2
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105761308B
• 公開（公告）日: 2018-09-07
• 發明（設計）人: 劉亞文;覃蘇舜
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00;G06T7/10;G06T7/13
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

1.一種地面LiDAR和影像數據融合的遮擋區域建筑物立面重建方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，LiDAR點云數據重建建筑物立面初始模型，包括如下子步驟：

步驟1.1，計算LiDAR數據點的法向量，根據數據點法向量平行地面分割建筑物立面點云數據，并用RANSAC剔除粗差點；大部分立面幾何結構距離建筑物立面一定距離，在立面分割過程中，這些粗差點被濾掉，呈現為洞；

步驟1.2，通過洞檢測提取建筑物立面幾何結構，人工半自動獲取立面點云數據漏洞的角點坐標，形成閉合的矩形或多邊形作為立面幾何結構的初始重建模型；

步驟2，結合影像數據的建筑物立面初始模型精化，包括如下步驟：

步驟2.1，利用canny算子檢測影像邊緣，在此基礎上用hough變換提取直線；

步驟2.2，在影像方位元素已知條件下，將步驟1中重建的建筑物立面初始模型投影到影像上，匹配初始立面幾何結構模型邊和提取的對應影像邊；

步驟2.3，模型邊和影像邊匹配過程中，除了距離和方向約束外，增加了透過窗戶的點云數據作為約束條件選擇最佳匹配影像邊,解決了在搜索區中滿足距離和方向約束情況下多條候選邊存在的問題；

將透過窗戶的點云投影到影像上，最佳匹配影像邊應位于點云投影和非點云投影交界，考慮到影像方位元素誤差引起的點云投影偏移，選擇影像邊兩邊點云個數相差最大為最佳匹配影像邊，所述窗戶的點云包括內部窗框、窗簾及內部反射的點云數據；

步驟2.4，將最佳匹配影像邊投影到建筑物立面，得到精確的建筑物立面幾何結構；

步驟3，建筑物立面結構規則分析及遮擋區域立面幾何結構推測，包括如下步驟：

步驟3.1，對步驟2中精化的重建建筑物立面幾何結構進行分類，根據幾何結構位置坐標進行行、列排序，形成2D圖像；

根據邊長個數和總長度對精化的重建建筑物立面幾何結構進行分類，分類的過程為對重建幾何結構標記過程；每個幾何結構的位置坐標為其形狀幾何中心點的坐標，根據位置坐標的x和y進行列、行標記，找出同一行、列的幾何結構，然后對行、列排序，形成2D圖像；

步驟3.2，每一個行、列交叉點對應一個立面幾何結構，如果交叉點沒有記錄立面幾何結構，對應的行、列為立面幾何結構推測的缺失位置；

步驟3.3，基于立面幾何結構四鄰域的模板匹配方法，以立面幾何結構的形狀與大小為匹配測度，對遮擋區域可能的立面幾何結構進行推測；

步驟4，利用點云數據驗證遮擋區域立面幾何結構的合理性和可靠性。

2.根據權利要求1所述的一種地面LiDAR和影像數據融合的遮擋區域建筑物立面重建方法，所述步驟4中，利用點云數據驗證遮擋區域立面幾何結構推測的合理性和可靠性包括如下步驟：

步驟4.1，透過遮擋物縫隙到達立面幾何結構的點云數據及透過窗戶的點云數據分割與聚類；

步驟4.2，判斷立面幾何結構對應點云數據與推測結果的匹配程度；對于任一推測的立面幾何結構，計算點云數據與推測立面幾何結構重合度K₁及點云外接矩形與推測立面幾何結構面積的重疊度K₂；

K₁＝D₁/D 式一

D為立面幾何結構對應的點云數據，D₁為落入推測立面幾何結構范圍的點云數據；

K₂＝S₁/S 式二

S為立面幾何結構對應點云數據外接矩形面積，S₁為與推測立面幾何結構的重疊面積；

當K₁和K₂大于一定閾值時，推測結果被認為是可靠的。