[發(fā)明專利]一種基于RAP的三維場景重建方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810045350.8
• 申請日: 2018-01-17
• 公開（公告）號: CN108288277A
• 公開（公告）日: 2018-07-17
• 發(fā)明（設計）人: 王國強;陳學偉;張斌;騫志彥
• 申請（專利權）人: 視緣(上海)智能科技有限公司
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11;G06T7/50;G06T17/20;G06K9/62
• 代理公司: 上海驍象知識產(chǎn)權代理有限公司 31315
• 代理人: 趙俊寅

本發(fā)明公開了一種基于RAP的三維場景重建方法，其從非結構化和嘈雜的原始掃描點云中提取平面的規(guī)則安排，該方法主要分三階段進行：S1、初始化階段，首先通過掃描設備獲取一組點云集，通過將平面與輸入點云之間進行局部擬合生成一組原始平面。S2、候選平面的生成，對每對平面創(chuàng)建附加到原始點集的附加候選平面，生成一組更大的候選集元，形成豐富的點云集合，此步驟有效的假設了可能的關系，并允許可靠的基元在數(shù)據(jù)不太可靠的部分創(chuàng)建潛在的優(yōu)秀候選者。S3RAP選擇，在RAP選擇階段，通過能量最小化，從中選擇RAP作為輸入數(shù)據(jù)的最終抽象。本發(fā)明在具有噪聲、和數(shù)據(jù)缺失的情況下依然具有較好的魯棒性。

技術領域

本發(fā)明涉及計算機視覺領域，特別是涉及一種基于RAP的三維場景重建方法。

背景技術

三維重建就是對三維物體建立起適合計算機表達和處理的數(shù)學模型的過程，也是將客觀世界中的三維物體真實的再現(xiàn)在計算機中的關鍵技術。它被應用于文化遺產(chǎn)保護、計算機視覺、醫(yī)學圖像處理、逆向工程、數(shù)字媒體創(chuàng)作和虛擬現(xiàn)實等領域，有著廣泛的發(fā)展前景和應用價值。

三維重建在人機交互、增強現(xiàn)實、文物保護、影視娛樂、逆向工程、醫(yī)學等應用上作為核心技術起著重要的作用。

現(xiàn)在點云信息很容易獲得，它們可以記錄室內(nèi)或室外的環(huán)境信息，包含大量的樣品。在數(shù)據(jù)分析的背景下，場景重建的一種解釋是揭示全局場景特征，而不是關注局部細節(jié)，例如通過一個完整的表面重構獲得的信息，在人造場景的背景下，我們觀察到場景的特征通常被編碼成內(nèi)部和跨對象之間的關系形式。由于許多物體主要由平面面構成，人造場景可以很好地抽象為平面的集合以及他們之間的相互關系。在具有噪音的、不完整的和異常值的數(shù)據(jù)情況下，去平衡各平面之間的相互關系成為一個很大的挑戰(zhàn)。

目前最常用的點云重構方法是由Schnabel等人在2007年使用的RANSAC逐步提取最合適的基元，或者它的變種。該方法具有吸引力，因為它的簡單性、可伸縮性和概率性保證。然而，這樣的局部和增量分析很容易忽略全局場景級結構。之后提出了各種改進，然而這些算法都很大程度上依賴于最初的基元集。

因此，申請人提出一種基于RAP的三維場景重建方法，其采用全局性的方法來同時選擇一組平面及其關系，其提取的不是單獨的基元，而是提取基元集合。該方法可以在具有噪聲、采樣發(fā)生變化和數(shù)據(jù)缺失的情況下依然具有較好的魯棒性。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種基于RAP的三維場景重建方法。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于RAP方法的場景重建方法，包括以下步驟：

S1、平面檢測；

S2、候選平面的生成；

S3、RAP選擇。

作為本發(fā)明的進一步改進，S1、平面檢測，包括如下步驟：

S11、通過區(qū)域增長法分割點集S，目的是將具有一致法線的附近點劃分在一塊，使用本地PCA分析將S轉換成一組定向的點集，從底部開始，將S完全劃分成一組點云集{Si}；

S12、如果點i的歐式距離ρ內(nèi)的點j的方向與Si內(nèi)點的方向相差小于T，則將其分為點Si；

S13、重復S12，將搜索區(qū)域擴展到組中任何新點的歐式距離ρ內(nèi)，在每次迭代中，計算本地平面Pi的最小二乘擬合，這些平面具有有限的范圍，再基于在Si的投影剪切到一個邊界框；

作為本發(fā)明的進一步改進，S2、候選平面的生成，包括如下步驟：

S21、在初始設置P中創(chuàng)建平面Pj，來擬合一個定向點集Sj，然而從全局的角度來看，Sj可能更好地被另一個平面所解釋，這個平面來自將平面Pi旋轉并將其平移到Sj獲得一個新平面；