[發(fā)明專利]一種基于邊緣特征自約束的表面網(wǎng)格模型構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811415362.1
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109472802B
• 公開（公告）日: 2021-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張小國;張開心;王小虎;王慧青
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/73;G06T7/80;G06T17/05;G06T3/00
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

本發(fā)明公開了一種基于邊緣特征自約束的表面網(wǎng)格模型構(gòu)建方法，可以更精確的得到地形地貌的三維信息，其思路是將二維邊緣拓?fù)湫畔⒆鳛槿S表面模型構(gòu)建的約束條件，進(jìn)行基于局部降維的帶約束網(wǎng)格模型構(gòu)建。該算法首先以目標(biāo)區(qū)域的邊緣特征作為拓?fù)浼s束條件，獲取帶約束的三維點(diǎn)云；然后采用基于局部降維的帶約束三角剖分算法，構(gòu)建基于邊緣特征自約束的表面網(wǎng)格模型。本發(fā)明利用攝影測量技術(shù)進(jìn)行土地調(diào)查，可以大大的減少外業(yè)測量的工作，為土地調(diào)查提供一條新的快捷的途徑，能夠廣泛應(yīng)用于三維山體測量、滑坡監(jiān)測、沙坑容積測量等多種場合。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像圖形技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種三維重建技術(shù)，具體涉及一種基于邊緣特征自約束的表面網(wǎng)格模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

我國幅員遼闊但人均占有的土地資源卻相當(dāng)有限，尤其在工業(yè)化與城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中，各項(xiàng)生產(chǎn)、生活區(qū)域建設(shè)需要占用更多土地，所以土地資源的合理規(guī)劃和可持續(xù)利用是實(shí)現(xiàn)國家可持續(xù)發(fā)展的前提。土地資源管理的首要任務(wù)是要全面、及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握土地信息，這樣才能有效的進(jìn)行宏觀調(diào)控。

在現(xiàn)有的不規(guī)則體測量技術(shù)中，測量方式主要是以衛(wèi)星、無人機(jī)遙感為主，其在大范圍測量上有不可替代的作用。其中，衛(wèi)星遙感測量，周期長，時(shí)效性差，精度不能達(dá)到很高的標(biāo)準(zhǔn)。“地上查”主要以GPS和PDA測量為主，適用于小區(qū)域的測量，對于不規(guī)則體測量、人類不能到達(dá)或較危險(xiǎn)區(qū)域適用性較差。還有使用三維激光掃描儀進(jìn)行測量，但是儀器昂貴，數(shù)據(jù)量大，處理復(fù)雜。傳統(tǒng)意義上對地形地貌的測量，主要是借助二維的工具和手段，隨著技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，這種方式越來越不能滿足現(xiàn)代科技的需求。進(jìn)行土地測繪，讀懂測繪數(shù)據(jù)要有相當(dāng)程度的測繪素養(yǎng)，所以將二維圖片轉(zhuǎn)化成三維模型，就是更加形象生動的展示地理信息，令即使沒有地理信息相關(guān)理論素養(yǎng)的人也能理解測繪信息，也能了解地形地貌特征。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于邊緣特征自約束的表面網(wǎng)格模型構(gòu)建方法來獲取地形地貌的表面網(wǎng)格模型，以便后續(xù)進(jìn)行體積測量等操作，可以更精確的得到地形地貌的三維信息。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于邊緣特征自約束的表面網(wǎng)格模型構(gòu)建方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)用canny邊緣檢測算法從序列圖像中獲取可靠的二維邊緣特征，并將該信息用作點(diǎn)云構(gòu)建表面模型的約束條件；

(2)從序列圖像中生成三維點(diǎn)云，將三維點(diǎn)云映射到二維圖像上，生成一個(gè)二維投影點(diǎn)集合；

(3)根據(jù)邊緣特征建立二維邊緣點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系，確立部分二維投影點(diǎn)之間的拓?fù)溥B接關(guān)系，將具有拓?fù)浼s束信息的二維投影點(diǎn)反投影到三維空間，得到帶約束的三維點(diǎn)云；

(4)構(gòu)建基于局部降維的帶約束表面網(wǎng)格，是將帶約束的三維點(diǎn)云在局部區(qū)域進(jìn)行降維，投影到最小二乘擬合平面上進(jìn)行帶約束的平面三角剖分，然后再反投影回三維空間。

其中步驟(1)中，用canny邊緣檢測算法從序列圖像中獲取可靠的二維邊緣特征，具體步驟為：

(1.1)用高斯濾波器平滑圖像，去除噪聲；

(1.2)用一階偏導(dǎo)有限差分計(jì)算梯度幅值和方向；

(1.3)對梯度幅值進(jìn)行非極大值抑制，精確確定邊緣的位置；

(1.4)用雙閾值算法檢測和連接邊緣。

步驟(2)中，從序列圖像中生成三維點(diǎn)云，具體步驟為：

(2.1)用傳統(tǒng)攝像機(jī)定標(biāo)方法得到攝像機(jī)內(nèi)參；

(2.2)提取任意兩幅圖像特征點(diǎn)，進(jìn)行特征點(diǎn)匹配；

(2.3)根據(jù)特征點(diǎn)匹配結(jié)果，利用RANSAC(隨機(jī)抽樣一致性)算法求取基礎(chǔ)矩陣及本質(zhì)矩陣；