三维城市模型快速更新方法与流程

本发明涉及三维城市建模技术领域，尤其涉及一种三维城市模型快速更新方法。

背景技术：

大规模、高精度、快速的全自动城市三维建模技术一直是摄影测量和数字城市领域研究的主要方向。目前已经被证明精确有效的城市三维重建的主要技术手段包括：(1)机载面阵或多线阵CCD航测相机立体测量；(2)机载LiDAR点云测量配合高精度二维影像；(3)机载多相机倾斜摄影测量；(4)车载LiDAR点云测量辅助全景照片，配合空中二维数据；(5)全手工3Dmax建模。

上述技术和方法为大规模、快速、精确的城市三维重建提供了诸多可选方案，但它们都面临一个重要问题，即昂贵的设备带来的高额成本和后续更新方面的不便，因此平台建设完成后仍面临需要更新的任务。而如果采用传统的3Dmax或大面积城市航摄的建模方法来进行更新，则维护依然耗时且费用昂贵。

随着终端电子的迅猛发展，获取影像的成本越来越低，带有拍照功能的手机、廉价高分辨率数码相机等都已经被全面普及，可快速低成本地获取城市街景数据，这就为城市三维建模提供了基础和条件。但是由于这些未经过检校标定的普通相机以及拍摄人员的原因，这些图像存在畸变和投影变形的问题，如何从几何上对这些图像的位置进行定位、修正畸变和变形是首要面临的问题。大多城市的三维平台均采用传统的高精度测绘数据作为二维底图配合高精细度三维建模方法，具备相当准确的绝对定位精度和相对定位精度，数据分辨率和模型精细度也都很高，可以为后续采用其他方式更新数据提供一个良好的基准 数据集。

技术实现要素：

基于此，本发明提供一种三维城市模型快速更新方法，以有效解决现有技术存在的问题。

一种三维城市模型快速更新方法，其包括如下步骤：

S101、收集三维城市中变化区域的不同视角的街景照片；

S102、对所述三维城市的模型进行分析，定位所述变化区域在所述三维城市的模型中的区域；

S103、根据所述三维城市的模型中的建筑物建立图像特征库；

S104、对所述三维城市进行三维空间变化检测，确定更新重建的建筑物；

S105、将所述不同视角的街景照片进行特征匹配；

S106、对所述更新重建的建筑物和本底三维模型进行精确融合。

本发明一较佳实施方式中，所述不同视角的街景照片通过非量测型专业设备获取。

本发明一较佳实施方式中，所述非量测型专业设备包括带摄像头的手机和普通照相机。

本发明一较佳实施方式中，所述不同视角的街景照片包括所述三维城市中建筑物的不同外立面的照片。

本发明一较佳实施方式中，步骤S104中，首先在所述三维城市中进行分类，滤除非建筑物目标，然后针对其中的建筑物先基于图像特征进行判断，对能够确认已发生变化的目标建立缓冲区，确定附近不变的建筑物建立参考系。

本发明一较佳实施方式中，步骤S105中，利用日照条件、所述三维城市中 建筑物自身几何关系加速稠密匹配算法，优化密集点云重建，并进一步重建局部三维模型。

相对于现有技术，本发明提供的三维城市模型快速更新方法基于已有的三维城市数据，利用现有的旧数据中的不变量作为更新数据校正的精度来源，对新数据进行精度控制，以此来解决非量测相机拍摄的普通街景照片影像纠正问题。具体地，所述三维城市模型快速更新方法可以尽可能地利用现有的高精度数字城市空间基础信息平台成果数据的纹理特征和先验知识，以城市中不变的建筑模型为控制条件，采用多角度拍摄到的街景照片构建DSM(Digital Surface Model)模型，以实现城市变化区域的三维特征更新，可解决传统摄影测量方法无法处理的局部由于非测绘相机引起的图像畸变偏差，使数字城市建设能够满足城市快速发展的需要，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的三维城市模型快速更新方法的流程图；

图2为图1所示三维城市模型快速更新方法的原理图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请一并参阅图1和图2，本发明一实施例提供的一种三维城市模型快速更新方法，其包括如下步骤：

S101、收集三维城市中变化区域的不同视角的街景照片。

本实施例中，主要采用手持消费级普通相机、手机等非量测型专业设备来获取三维城市中变化区域的不同视角的街景照片，所述不同视角的街景照片可以为建筑物的不同外立面提供立体测图所需的纹理信息。可以理解的是，对于建筑物顶部的影像，可以配合无人航拍飞机，如六旋翼小飞机来进行采集。

S102、对所述三维城市的模型进行分析，定位所述变化区域在所述三维城市的模型中的区域。

可以理解的是，所述变化区域即为所述三维城市的模型中需要更新的区域。

S103、根据所述三维城市的模型中的建筑物建立图像特征库。

由此，可以为后续进行局部三维模型的重建提高特征点匹配速度和精度。

S104、对所述三维城市进行三维空间变化检测，确定更新重建的建筑物。

本实施例中，首先在所述三维城市中进行分类，滤除非建筑物目标，如树木等，然后针对其中的建筑物先基于图像特征进行判断，对能够确认已发生变化的目标建立缓冲区，确定附近不变的建筑物建立参考系。

S105、将所述不同视角的街景照片进行特征匹配。

本实施例中，对所述不同视角的街景照片进行匹配的过程中，采用更多先验知识的稠密匹配算法。具体地，利用日照条件、所述三维城市中建筑物自身几何关系加速稠密匹配算法，优化密集点云重建，并进一步重建局部三维模型。

S106、对所述更新重建的建筑物和本底三维模型进行精确融合。

可以理解的是，本底三维模型即所述三维城市的模型中除所述变化区域以外的未变化区域。

对所述更新重建的建筑物和本底三维模型进行精确融合后，即可完成所述三维城市模型的快速更新。

相对于现有技术，本发明提供的三维城市模型快速更新方法基于已有的三维城市数据，利用现有的旧数据中的不变量作为更新数据校正的精度来源，对新数据进行精度控制，以此来解决非量测相机拍摄的普通街景照片影像纠正问题。具体地，所述三维城市模型快速更新方法可以尽可能地利用现有的高精度数字城市空间基础信息平台成果数据的纹理特征和先验知识，以城市中不变的建筑模型为控制条件，采用多角度拍摄到的街景照片构建DSM(Digital Surface Model)模型，以实现城市变化区域的三维特征更新，可解决传统摄影测量方法无法处理的局部由于非测绘相机引起的图像畸变偏差，使数字城市建设能够满足城市快速发展的需要，具有广泛的应用前景。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。