[發明專利]一種用于建筑物三維重建的變焦距相機外參數標定方法

有效

• 申請號: 202010431827.3
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111724446B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 劉超;許博強
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T7/13;G06T17/00;G06F30/20;G06F30/13
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊宏泰

1.一種用于建筑物三維重建的變焦距相機外參數標定方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)利用數字圖像處理技術對圖像進行處理，提取滅點在圖像像素坐標系下的坐標；

2)通過構建三個坐標系進行相機外參數標定；

3)將標定結果用于三維重建中，進行稀疏點云重建與密集點云重建；

所述的步驟1)具體包括以下步驟：

11)利用Canny算子進行邊緣檢測；

12)采用Hough變換提取邊緣檢測結果中的直線；

13)通過二次Hough變換進行直線分類，得到在圖像像素坐標系中對應現實坐標系中三個方向的直線集合；

14)將步驟13)中得到的三個方向的直線集合對應的參數點集進行線性擬合，獲得圖像像素坐標系下三個滅點V₁、V₂、V₃的坐標；

所述的步驟2)具體包括以下步驟：

21)將三個滅點在圖像像素坐標系的坐標(u,v)按以下公式轉換為在圖像物理坐標系下的坐標(x,y)，則有：

其中，d為x、y方向像素點的寬度，(u₀，v₀)為圖像物理坐標系原點在圖像像素坐標系下的坐標；

22)分別構建建筑物坐標系α₁、第二直角坐標系α₂和投影平面坐標系α₃，所述的建筑物坐標系α₁以建筑物表面一點作為原點，以建筑物相互垂直的三個方向為坐標軸，所述的第二直角坐標系α₂以照相機光心S為原點，并且照相機光心S分別與三個滅點V₁、V₂、V₃的連線SV₁、SV₂、SV₃均與建筑物坐標系α₁中的三個坐標軸平行，所述的投影平面坐標系α₃的x、y軸與圖像物理坐標系的x、y軸重合，其z軸方向垂直于投影平面；

23)根據建筑物坐標系α₁到第二直角坐標系α₂的轉換矩陣K_1→2以及第二直角坐標系α₂到投影平面坐標系α₃的轉換矩陣K_2→3，計算建筑物坐標系α₁到投影平面坐標系α₃的轉換矩陣K_1→3，則有：

K_1→3＝K_2→3·K_1→2；

24)根據轉換矩陣K_1→3獲取照相機光心S在建筑物坐標系α₁下的坐標，完成相機外參數標定。

2.根據權利要求1所述的一種用于建筑物三維重建的變焦距相機外參數標定方法，其特征在于，所述的步驟11)具體包括以下步驟：

111)讀取輸入的圖像并轉換成灰度圖，再進行高斯平滑處理；

112)根據梯度幅度和方向估計每一點處的邊緣強度與方向；

113)根據梯度方向，對梯度幅值進行非極大值抑制；

114)采用雙閾值處理和連接邊緣完成邊緣檢測。

3.根據權利要求1所述的一種用于建筑物三維重建的變焦距相機外參數標定方法，其特征在于，所述的步驟12)具體包括以下步驟：

121)對于圖像中的每一點(x_i,y_i)，過其任意一條線，用法線式x_icosθ+y_isinθ＝ρ表示，其中，參數(ρ,θ)在幾何上分別表示直線與x軸的夾角和原點到該直線的距離；

122)將參數(ρ,θ)劃分成離散單元，初始時刻每個離散單元對應的累加器數量為0，當每有一條經過離散單元的曲線，則在該離散單元對應的累加器上加1；

123)當遍歷圖像的全部點之后，對整個離散單元空間取極大值對應的參數(ρ,θ)，則累加器數量最多的離散單元對應被檢測出的直線。