[發明專利]一種基于復眼相機的具有時空一致性的動態三維數字場景構建方法

在審

• 申請號: 201910792361.7
• 申請日: 2019-08-26
• 公開（公告）號: CN110675484A
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 王漢熙;黃鑫;蔣靳;鄭曉鈞;胡佳文
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 42208 武漢天力專利事務所
• 代理人: 吳曉穎

本發明屬于三維數字場景構建領域，提供一種基于復眼相機的具有時空一致性的動態三維數字場景構建方法，該方法首先明確復眼相機的成像范圍，任務分配模塊根據成像范圍確定目標區域拍攝點，其次搭載有復眼相機的無人機通過定位模塊到達拍攝點，各無人機進行時間校準、位姿校準和占位校準，之后在統一時鐘控制下同步拍攝，最后將拍攝到的圖片做傾斜影像數據處理，快速構建目標區域的三維模型。本發明方法所采集到的數據均滿足時空一致性，保證最終構建的是同一時間斷面的三維場景，連續拍攝時就可以實現動態三維場景采集；本發明方法提高了三維模型的構建速度和質量。

技術領域

本發明屬于三維數字場景構建領域，具體涉及一種基于復眼相機的具有時空一致性的動態三維數字場景構建方法。

背景技術

三維場景構建，可以分為面向功能展示的單件化制作，以及面向工程應用的規模化制作等兩類形式。在很多領域，比如軍事領域的戰場環境構建、災害救援領域的突發事件場景構建、安防領域的城市動態場景構建等等，對三維場景構建技術的時效性要求非常高，這些類型的場景由于其特殊性需要采用實時采集的規模化制作模式，規模化制作要求場景原始數據地采集必然是多個復眼相機協同拍攝，若使用單個復眼相機拍攝，一是時效性無法滿足要求，二是動態事物可能會被漏拍或多拍，用于全景圖拼接的原始圖像是在不同時間斷面采集的，場景中物體的實際空間位置與全景圖出現時間差，導致虛擬場景與現實出現偏差，不能滿足時空一致性的要求。

所謂時空一致性拍攝是指用于圖像拼接的所有圖片是在統一時鐘下的同一時刻拍攝，影像獲取的時間與影像中各個物體在那一時刻的空間位置和姿態是一致的，使全景圖像展示的是某一時間斷面的全域視野。單個相機連續拍攝時，不同空間位置的影像是在不同時間節點拍攝的，兩次拍攝的影像之間存在時間間隔，根據場景的大小整個拍攝過程需要幾十分鐘至幾個月不等，由于時空不一致，最后得到的是不同時間斷面影像拼接的三維場景，很多動態事物不會被拍攝到或多次被拍攝到，從而得到與實際場景不符的三維虛擬場景。

傾斜攝影測量技術是一種基于傳統攝影測量技術發展起來的新興技術。它通過無人機搭載復眼相機，每個復眼相機上有多個子眼，同時從垂直、側向和前后等角度采集圖像，能夠比較完整的獲取地面物體的側面紋理信息。再結合現有的、具有協同并行處理能力的傾斜影像數據處理軟件，可實現大范圍的快速構建城市三維建模.很大程度上提高了三維模型的生產效率。傾斜攝影技術憑借其多視角、高真實性、全要素等優點，在城市建設、國土監察、應急救災、資源開發、新農村規劃等領域得到了較為廣泛的應用。

現有的三維場景構建技術存在以下缺點：

1.現有的矢量三維建模技術速度慢、耗時長，想要達到理想的展示效果需要長時間的渲染運算，甚至還需要額外添加一些水紋、火光、煙塵等一些模擬效果，三維場景制作的復雜度隨實際場景的元素細節豐富度呈幾何增長；

2.現有的單鏡頭拼接技術雖然能夠設計出較大視角，但視角依然不能達到全局覆蓋；

3.現有技術多為單個復眼相機拍攝，不能滿足時空一致性，其次動態事物可能會被漏拍或多拍，場景中物體的實際空間位置與全景圖出現時間差，導致虛擬場景與現實出現偏差。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術中的不足之處，提供一種基于復眼相機的具有時空一致性的動態三維數字場景構建方法，得到滿足時空一致性拍攝原則的三維圖像。

本發明實現的主要流程為：規劃，定位，校準，采集和構建。首先明確復眼相機的成像范圍，任務分配模塊根據成像范圍確定目標區域拍攝點，其次搭載有復眼相機的無人機通過定位模塊到達拍攝點，各無人機進行時間校準、位姿校準和占位校準，之后在統一時鐘控制下同步拍攝，最后將拍攝到的圖片做傾斜影像數據處理，快速構建目標區域的三維模型。為了實現這一流程，本發明包括以下五個模塊：任務分配模塊、定位模塊、數據校準模塊、數據采集模塊和數據處理模塊。