[發明專利]一種基于多視圖像的體空間減量式樹木點云重建方法

在審

• 申請號: 202210108374.X
• 申請日: 2022-01-28
• 公開（公告）號: CN114494600A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 胡少軍;馮偉桓
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 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: 張舉

本發明公開了一種基于多視圖像的體空間減量式樹木點云重建方法，采集幅圖像集合，對每幅圖像進行標記，交互式標記出樹木的背景區域和目標樹木區域并且存儲為蒙板圖像，記蒙板集合為，并且初始化每幅圖像的視錐體；再挑選兩幅圖像，通過求解兩個相機視錐體的公共區域，獲取目標樹木的包圍盒，并將包圍盒內的空間體素化，體素中心的位置即為點云的位置，體素化后即得到包圍盒的點云集合，然后將包圍盒內的點云反投影到每幅蒙板圖像中，將反投影到背景區域的點云切割去除，最后剩余點云即為目標樹木點云。本發明解決了激光雷達掃描設備造價昂貴、不便于攜帶和傳統基于多視角圖像的點云重建方法存在重建點云密度低、結構缺失等問題。

技術領域

本發明涉及點云重建領域，特別涉及一種基于多視圖像的體空間減量式樹木點云重建方法。

背景技術

樹木普遍存在于自然界中，真實樹木的三維模型重建對VR、園林設計、游戲動畫產業、數字農業等領域具有廣泛的應用和研究價值，它的嵌入可極大程度提高虛擬場景的真實感；在植物和農業研究中，它可以應用于植物測量、機械化采摘、無人機噴藥、虛擬剪枝等。由于樹木結構的復雜性高，重建真實樹木的三維模型一直是計算機圖形學和虛擬植物研究中的挑戰性問題。

在現有獲取樹木三維模型的點云數據的時候，使用高精度激光雷達掃描設備可以獲取高精度、高密度的樹木點云，但設備造價昂貴，且不便于攜帶，而基于多視角圖像的點云重建方法雖然成本較低、攜帶方便，但傳統采用從運動中恢復結構的方法重建樹木點云在樹冠茂密、樹木紋理特征不明顯的情況下，重建的樹木點云密度較低，結構缺失較多。

發明內容

本發明的目的是克服上述現有技術中存在的問題，提供一種基于多視圖像的體空間減量式樹木點云重建方法，以解決上述背景技術所存在的問題。

為此，本發明提供一種基于多視圖像的體空間減量式樹木點云重建方法，包括如下步驟：

一、輸入數據準備

通過相機采集N幅圖像，N幅圖像集合為E；

通過交互式標記出圖像集合E中的每一幅圖像中樹木的背景區域和目標樹木區域并且存儲為蒙板圖像，記蒙板集合為M；

二、樹木點云的重建

從圖像集合E中選擇兩幅圖像進行視錐體初始化，得到樹木包圍盒；

并將包圍盒內的空間體素化，體素中心的位置即為包圍盒的點云的位置；

將體素化后的包圍盒的點云集合，并將包圍盒內的點云集合反投影到每幅蒙板圖像中；

將反投影到背景區域的點云切割去除，在切割點云時采用一次性賦色原理進行取色，最后剩余點云即為目標樹木點云。

進一步，從圖像集合E中選擇兩幅圖像進行視錐體初始化得到樹木包圍盒的時候，包括如下步驟：

將圖像集合E中的每一幅圖像均根據相機參數(R，T，f，P_cam)初始化為視錐體，其中R表示旋轉矩陣，T表示平移矩陣，f表示焦距，P_cam表示相機位置；

將兩個視錐體的交叉區域初始化為所述樹木包圍盒。

更進一步，所述交叉區域的兩個視椎體對應的兩幅圖像之間的夾角為90°。

進一步，將包圍盒內的點云集合G反投影到每幅蒙板圖像中的時候，包括如下步驟：

將點云集和G中的點P_G的世界坐標P_w轉換到相機坐標系下，再轉到圖像坐標系下；

判斷點云集和G中的點P_G的反投影點是否在蒙板背景上，如果該反投影點在蒙板背景上則直接刪除此點，反之予以保留；