[發明專利]基于街景圖像與車載激光融合的城市場景構圖方法及系統

有效

• 申請號: 202110781760.0
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113240755B
• 公開（公告）日: 2021-09-21
• 發明（設計）人: 高翔;陶冬冬;解則曉;于筱萱;王皓月;胡晨
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: G06T7/80
• 分類號: G06T7/80;G06T5/50;G06T5/00;G06K9/34;G06K9/46;G06K9/62
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

本發明屬于場景構圖領域，具體涉及了一種基于街景圖像與車載激光融合的城市場景構圖方法及系統，旨在解決現有的基于圖像與激光融合的構圖方法難以實現高效、魯棒、精確的大規模城市場景三維地圖構建的問題。本發明包括：分別標定街景相機的內外參數初始值，激光雷達的外參數初始值；基于待構圖場景圖像構建基于圖像特征的優化方程，基于激光點云構建基于點云特征的優化方程，基于每一幅待構圖場景圖像及對應的各站激光點云構建基于圖像與激光對應的優化方程；將優化方程融入統一的全局優化框架，對待優化參數求解并迭代，獲得待構圖場景的三維構圖。本發明實現了大規模城市場景高效、魯棒、精確的三維構圖，為融合多源數據的場景建模提供了思路。

技術領域

本發明屬于場景構圖領域，具體涉及了一種基于街景圖像與車載激光融合的城市場景構圖方法及系統。

背景技術

城市場景的高精度三維地圖在無人駕駛、智慧城市等領域有著廣泛的應用與迫切的需求。由于城市場景具有規模大、動態高、結構多樣等特點，其高精度三維地圖的構建一直以來都是一個研究難點與關鍵問題。

現有方法大多采用視角更大、視場更廣的航拍圖像進行三維構圖，盡管可以實現城市場景的高效、完整建模，但構建的三維地圖缺乏細節，無法應用于無人駕駛、智慧城市等領域。針對城市場景的大規模問題，現有方法多采用從運動恢復結構（SfM，Structurefrom Motion）與多視圖立體（MVS，Multiple View Stereo）技術進行稀疏與稠密重建。在重建過程中通過圖像檢索、分組或者并行化處理技術實現海量圖像的高效重建。另外，在基于圖像的城市場景三維構圖中，有時還會引入其他輔助信息，如相機運動軌跡、相對位姿約束或者全球定位系統（GPS，Global Positioning System）、慣性測量單元（IMU，InertialMeasurement Unit）信息等，以獲取更為精確的相機位姿估計結果。然而，現有的基于圖像的城市場景構圖方法依賴于圖像局部紋理特征，易受外界環境干擾，在對動態程度高的城市場景進行構圖時會存在精度低、魯棒性差的不足，甚至出現場景漂移的現象。

基于激光的城市場景三維構圖方法中也存在一些利用掃描范圍更廣的機載激光雷達（LiDAR，Light Detection And Ranging）數據進行城市場景構圖的方法。但是與基于航拍圖像的方法類似，這類方法構建的地圖也存在建筑物立面細節缺乏的問題。而基于車載激光點云的城市場景構圖方法主要采用LiDAR同時定位與構圖（SLAM，SimultaneousLocalization And Mapping）技術。這類方法采用基于2D LiDAR或者3D LiDAR的方式，有時還會引入如GPS或IMU等輔助信息，實現高效的定位與構圖。這類方法的優勢在于效率較高，但是構建的地圖存在場景稀疏、信息缺失等不足。另外，為獲取城市場景更為稠密的激光點云，也可以通過激光掃描儀獲取的海量激光點云構建城市場景三維地圖。然而，由于大型激光掃描儀的掃描范圍受限以及數據采集不便，這類方法難以實現場景的完整覆蓋。針對上述問題，存在一些由激光點云獲取完整場景模型的方法。其中一些方法利用自相似結構或者簡單塊體建筑，從不完整的激光掃描結果重建完整的建筑或立面場景；另外一些方法基于曼哈頓世界假設，通過激光點云構建規整的城市場景地圖。盡管上述方法有時可以取得較好的重建結果，這些方法或者依賴于用戶交互，或者基于較強假設，使其拓展性較差。因此，現有的基于激光的城市場景構圖方法難以兼顧場景細節的完整度與場景規模的拓展性。