[發明專利]基于NED坐標系向量旋轉的SfM點云校正方法

有效

• 申請號: 202011583551.7
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112712559B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 林靖愉;王冉;惠元秀;辛永輝;李路;肖宙軒;劉源
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: G06T7/73
• 分類號: G06T7/73;G06T17/00;G06F30/20;G01C11/04;G01C17/00;G01C25/00
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 王力文

本發明公開了基于NED坐標系向量旋轉的SfM點云校正方法，涉及點云三維模型姿態校正技術領域，包括球面坐標系和NED坐標系的轉換、向量旋轉原理、NED坐標系中三種不同的場景測量標定校準方式?；诓煌藨B的GCPL(地面控制面技術)的羅盤產狀進行三維模型的姿態校正，實現了更為輕便的、作業環境適應性強的、可隨身攜帶的一種SfM?MVS點云校正方法體系，更為方便靈活，可以應用于建筑、水利工程、土木、地質、地理和軍事等諸多領域。

技術領域

本發明涉及點云三維模型姿態校正技術領域，特別涉及基于NED坐標系向量旋轉的SfM點云校正方法。

背景技術

在利用SfM(Structure from Motion，運動恢復結構)恢復精細場景結構并提取信息的過程中，模型尺寸與姿態控制至關重要，尤其是在建筑、土木工程、地球科學及軍事等野外作業的領域。因為這些領域需要正確的大小、姿態和相對地理位置關系，為幾何學參數正確提取做準備。通常，針對一系列無序影像應用SfM-MVS技術，將會生成相對或任意坐標系下的密集點云，點云模型相對真實世界發生了旋轉。產生這一現象的原因在于SfM技術在拍攝過程中簡化了實際操作，它不同攝影測量技術，是無需相機的內外方位參數等先驗知識或參考信息的，但這一簡化造成了模型不具有真實幾何條件。為使低成本而又高效的SfM-MVS點云技術真正應用到實際，模型尺寸與姿態控制就不可缺少。

現有的模型尺寸和姿態控制可分為以下兩種辦法：1)根據RTK-GPS坐標校正模型。具體分為兩種方式：利用本身具有GPS接收機的相機拍攝以及對場景中控制點測量獲取GPS坐標。雖前者相片賦存GPS坐標，但定位精度不高，故難以滿足實際工作需求。后者需要高精度GPS測量控制點得到真實坐標，對點云進行校正，雖可生成精確模型，但卻增添了GPS測量儀器的成本和重量，不符合SfM方法低價高效的初衷。2)基于球面坐標系和NED坐標系的校正。在被拍攝場景中布置若干平板，或者借助場景中的平面，用羅盤和直尺兩側平面的大小和產狀。因平面同時被拍攝，就可保證其參數可用于SfM-MVS點云的校正。因已知其姿態矩陣和模型中的姿態矩陣，即可計算二者之間的旋轉矩陣，再應用到整個模型即可達到校正要求，該方法可生成毫米誤差和五度偏差內的模型。但是這種方式需要放置較多平板，比如6個以上，流程復雜，所以就需要簡化流程。

針對此現象，本申請提供基于NED坐標系向量旋轉的SfM點云校正方法，基于不同姿態的GCPL(地面控制面技術)的羅盤產狀進行三維模型的姿態校正，實現了更為輕便的、作業環境適應性強的、可隨身攜帶的一種SfM-MVS點云校正方法體系，更為方便靈活，可以應用于建筑、水利工程、土木、地質、地理和軍事等諸多領域。

發明內容

本發明的目的在于提供基于NED坐標系向量旋轉的SfM點云校正方法，于不同姿態的GCPL(地面控制面技術)的羅盤產狀進行三維模型的姿態校正，實現了更為輕便的、作業環境適應性強的、可隨身攜帶的一種SfM-MVS點云校正方法體系，更為方便靈活，可以應用于建筑、水利工程、土木、地質、地理和軍事等諸多領域。

本發明提供了基于NED坐標系向量旋轉的SfM點云校正方法，包括以下步驟：

S1：建立球面坐標系，并與NED坐標系相互轉換；

S2：在被攝場景內放置參照物，并設置參照物的參照面或參照輔助線；

若設置的參照物為物體時，參照面為設置所述物體的基準面M1和基準面M2，所述基準面M1和基準面M2相交，根據基準面M1的傾向和傾角，計算基準面M1恢復到真實狀態時的旋轉矩陣，求解第二次旋轉，將第一次旋轉校正后的基準面M1的法向量當作旋轉軸，保證基準面M1姿態，求取第二次旋轉的旋轉角，所述物體繞著該面的法向量旋轉至該面姿態正確，再用基準面M2的傾向和傾角進行約束，使所述物體姿態正確，所述基準面M1和基準面M2的法向量NED坐標分別為(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)；