[發明專利]一種大規模電纜隧道環境模型重構方法

在審

• 申請號: 202011122364.9
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112308972A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 李寧;劉青;王盛;熊俊;尚英強;邰寶宇;時晨杰;王魏平
• 申請（專利權）人: 北京卓越電力建設有限公司;上海航空電器有限公司;國網北京市電力公司
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T17/05;G06T15/04;G06T7/13
• 代理公司: 北京紐樂康知識產權代理事務所(普通合伙) 11210
• 代理人: 蘇泳生

本發明公開了一種大規模電纜隧道環境模型重構方法，包括步驟：將全景相機前向魚眼鏡頭記為F相機，后向魚眼鏡頭記為R相機，使用F相機和R相機分別采集不同角度的棋盤格圖像、不同曝光量的魚眼圖像；使用全景相機勻速前進采集電纜隧道環境的全景視頻S，將全景視頻S分割成Q段全景圖像序列I；針對每段全景圖像序列I，獲得F相機和R相機的外部參數、稀疏三維點云，基于球面掃描算法密集重建稠密三維點云；對三維點云進行三角剖分和紋理貼圖得到大規模電纜隧道環境三維模型。本發明有效的解決了針孔相機視野小的問題；而且還解決了傳統SFM算法所面臨的速度問題和精度問題，該方法在基于圖像的三維重建技術上具有實際價值。

技術領域

本發明涉及計算機視覺技術領域，具體來說，涉及一種大規模電纜隧道環境模型重構方法。

背景技術

基于圖像的三維重建，通過計算機對預先采集的現實世界對象的二維圖像進行識別、分析、仿真后建立相應模型來虛擬景象，運動恢復結構(Structure From Motion，SFM)就是一種利用二維圖像信息，恢復相機運動參數與場景結構的三維重建方法，該方法廣泛應用在地理信息系統、機車導航系統，虛擬現實場景漫游系統等。為了更加高效地獲取環境信息，增加虛擬漫游場景的真實性和沉浸感，解決三維模型重構中大規模、遠距離、場景復雜(例如，弱紋理、無紋理、運動物體、光線暗)等問題，同時提高模型重構的精度，使用寬視野的消費級360全景相機(例如，、Samsung Gear 360、LG 360等)采集的影像進行三維模型重構具有廣泛的應用價值。

基于無序球形全景圖像數據集，Alain Pagani等人采用近似幾何來簡化標準SFM各個步驟的計算，將生成的稀疏點云輸入到多視角立體系統(Multiple View Stereo，MVS)得到稠密地圖。由于采用近似計算和MVS主要適用于平面圖像，所以該方法雖然提高了運算效率，但地圖精度有所欠缺。Sunghoon等人使用球形全景相機(Spherical PanoramicCamera，SPC)相機采集微小運動的有序全景圖，KLT算法用于Harris角點追蹤，球面掃描算法用于稠密重建大規模場景，相較于標準SFM該方法在運行速度上有所提高，但只適用于短距離場景。本發明提出了一種大規模電纜隧道環境模型重構方法，該方法基于全景相機采集大規模、遠距離、場景復雜的電纜隧道環境全景視頻，將全景視頻列進行分段重建，每一段全景圖像序列使用改進的SFM方法獲取全景相機軌跡和環境的稀疏三維信息，球面掃描算法用于建立環境的稠密點云。然后使用非線性優化方法將每段密集點云信息進行融合得到完整的電纜隧道模型。傳統SFM算法通常是采用針孔相機作為唯一視覺傳感器，首先提取圖像SIFT特征進行匹配，然后使用極線幾何與PnP算法計算每幀圖像的轉換矩陣(包括旋轉矩陣和平移向量)，通過三角化重構三維點，最后使用捆綁調整(Bundle Adjustment，BA)整體優化轉換矩陣和三維點云。改進SFM方法采用的全景相機包含前后兩個魚眼鏡頭，每個魚眼鏡頭的視野覆蓋200°，能夠采集到更豐富的環境信息，并使用統一相機模型(UnifiedCamera Model，UCM)為魚眼鏡頭成像建立精確的幾何投影模型。對于每段全景圖像序列，基于Debevec方法還原全景圖像的動態范圍，使用KLT光流算法在高動態范圍全景圖像上追蹤Harris角點，避免描述子的計算與匹配，節省大量時間，同時提高了Harris角點追蹤精度。然后，利用基于統一相機模型的BA優化全景相機中兩個魚眼鏡頭的外部參數和三維地圖點云。相比于標準SFM算法和Sunghoon等人提出的算法，我們的方法大大提高了大規模、遠距離、復雜環境三維模型構建的效率與精度。

針對相關技術中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

針對相關技術中的上述技術問題，本發明提出一種大規模電纜隧道環境模型重構方法，能夠解決上述問題。

為實現上述技術目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種大規模電纜隧道環境模型重構方法，其特征在于，包括步驟：