[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

本發明涉及一種地面LiDAR和影像融合的遮擋區域建筑物立面重建方法，包括以下步驟：1，LiDAR點云數據重建建筑物立面初始模型；步驟2，結合影像數據的建筑物立面初始模型精化；步驟3，建筑物立面結構規則分析及遮擋區域幾何結構推測；步驟4，利用點云數據驗證遮擋區域幾何結構的合理性和可靠性。本發明利用影像數據精化點云數據重建的初始立面幾何模型，在模型邊和影像邊匹配過程中，利用點云數據解決了搜索區中存在多個候選影像邊的問題，得到最佳對應影像邊，有效改善了激光掃描儀分辨率引起的立面幾何結構偏移。同時提高了遮擋區域立面重建的可靠性。

技術領域

本發明涉及一種建筑物立面重建方法，尤其是涉及一種地面LiDAR和影像數據融合的遮擋區域建筑物立面重建方法。

背景技術

街景建筑物立面精細三維模型是準確路徑規劃、高精度實景定位與導航關鍵基礎數據。對于街景建筑物立面三維幾何重建而言，通過影像密集匹配或地面LiDAR均可獲取沿街建筑物立面的空間三維點云數據。研究表明影像和LiDAR數據在建筑物立面重建方面具有很好的互補性，LiDAR點云數據可以保證可靠的面特征提取，影像數據可以獲得到高精度的結構邊，兩者的結合極大提高了建筑物立面重建的幾何精度，同時也避免了影像匹配失敗導致的物方定位困難，及從大量無序、密度不均勻的LiDAR點云數據中表達建筑物立面幾何結構的困難。但是，從LiDAR和影像數據重建完整、可靠的建筑物立面依然面臨挑戰，一個重要瓶頸問題是如何重建遮擋區域的建筑物立面幾何結構(窗戶、門及陽臺等)。由于視角的限制，遮擋區域數據無法獲取，缺失的建筑物立面幾何結構通常在一定假設或某種規則下推理得到，重建的可靠性難以保證。

LiDAR和影像數據融合的遮擋區域建筑物立面幾何結構重建主要涉及遮擋區域數據填補和立面幾何結構重建兩方面。在遮擋區域數據填補方面，一些方法采用手持式激光掃描儀、立體視覺等方式重新采集遮擋區域點云數據，經過配準后填充原有數據的空洞。這種方法能保證填補數據的真實性，但會受到數據采集視角的限制及數據配準與融合精度的影響。計算機圖形，計算機視覺及虛擬現實等研究領域常用曲面擬合、內插等數據合成算法對點云稀疏數據空洞進行填補。該方法多是基于某種假設條件，填補數據的可靠性較難保證。在立面幾何結構重建方面，許多研究根據建筑物結構具有重復、對稱等知識來合成遮擋區域建筑物立面幾何結構，如利用先驗的或通過一定量已知樣本提煉的建筑物立面結構規則，合理推知被遮擋部分的建筑物立面幾何結構。這種方法的優點是利用已有的先驗知識或從現有數據中挖掘的規則指導遮擋區域幾何結構重建，但它的局限性在于遮擋區域的建筑物立面結構必須符合推理的規則。

大多數建筑物立面兼顧規則和非規則的幾何結構排列，底層通常是變化的，也是頻繁遮擋的區域。本發明主要針對無數據或數據不足夠情況下，解決遮擋區域建筑物立面幾何結構重建問題。

發明內容

本發明提供一種地面LiDAR和影像數據融合的遮擋區域建筑物立面重建方法，該方法在利用影像精化點云數據重建的初始立面模型基礎上，先假設所有遮擋區域是符合規則排列的，在此條件下推測遮擋區域的立面幾何結構，然后用點云數據驗證并檢測出非規則區域的重建結果，避免了遮擋區域不可靠的立面幾何結構重建。

本發明主要是通過下述技術方案得以實現：

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，這些數據點被濾掉，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；