三视角航片自动生成三维模型的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空间GIS技术领域，具体的说，是涉及一种利用三视角航摄影像进行 三维重建，并自动生成三维模型的方法。
【背景技术】
[0002] 计算机通过提取二维影像的特征点，然后进行相片之间的一对一比对，建立数学 模型，将相片之间位置对齐，后建立点云生产成计算机表示的模型。目前该领域通常使用5 视角照片进行运算，5视角即正摄以及前后左右四十度倾斜照片，这样在多组视角数据之间 运算时，由于特征点比对运算消耗大量运算时间，需要大量人工和高端电脑建三维空间、制 作投入大、周期长、数据量大，执行效率低。
[0003] 上述缺陷，值得改进。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种三视角航片自动生成三维模型的 方法。
[0005] 本发明技术方案如下所述：
[0006] 三视角航片自动生成三维模型的方法，其特征在于，包含以下步骤，
[0007] Sl :取样，使用搭载三镜头相机的飞机进行取样，获取三个方向的二维图像；
[0008] S2:标定镜头，用黑白棋盘格子对镜头进行标定，为后续的运算过程提供校正条 件；
[0009] S3 :对特征点进行提取和匹配，得到特征点的景深图；
[0010] S4:生成点云，在匹配后的景深图的基础上对图像中精确的点进行匹配，并在景深 图上均匀的覆盖点，最后由这些细节点组成密集点云；
[0011] S5 :对步骤S4中的密集点云进行空间网格拓展，通过点云获取空间的三维物理机 构，从而生成网格，并从对应相片中获取纹理。
[0012] 进一步的，所述步骤S3中，目标特征点的提取是对每张相片进行特征点提取，具 体包括以下步骤，
[0013] S31 :计算目标点在不同视图上形成的视差；
[0014] S32 :通过获得焦距、两图之间的视差以及两幅图的中心距离求得点的景深。
[0015] 更进一步的，在所述步骤S31中，把目标特征点在左右视图上两个对应的像点匹 配起来，再求得目标特征点在两幅图像上水平坐标间的差异，具体的包括，
[0016] S311 :利用极线约束使得对应点的匹配由二维搜索降为一维搜索；
[0017] S312:通过图像校正，严格的将图像的对极限对应起来，于是两张图片中的同一点 将处在同一水平线上；
[0018] S313 :通过一维搜索就可以将同一水平线的特征点对应起来；
[0019] S314:求得目标特征点在两幅图像上水平坐标间的差异，这个差异和目标点到成 像平面的距离成反比例关系，即
[0021] 其中，d = X1-Xy，Z为特征点与视点连线之间的距离，f为特征点视点连线之间的 距离，T为两个相机视点的距离，^和X ,为特征点在左右两幅图像中的位置。
[0022] 进一步的，所述步骤S3中，对提取到的特征点进行立体匹配，将相片与相片之间 的关系--统计出来，并将多幅不同图像之间的同一物理空间中的点--对应起来，拼合 景深影像，取得真实物理系统的层次结构。
[0023] 根据上述结构的本发明，其有益效果在于，本发明采用3视角的照片进行取样，较 五视角照片，航片数量减少，运算时间显著减少，节约了（5*n) 2- (3*n) 2的时间，其中η表示 航片组数；另外，本发明具有精度高、工序简单、操作方便、真实感强的特点。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明的流程图；
[0025] 图2为本发明的对极线的示意图；
[0026] 图3为图2中对极线的几何结构图；
[0027] 图4为本发明相机取样时不同特征点距离对应视角的示意图；
[0028] 图5为本发明距离和差距的函数关系示意图。
[0029] 在图中，1、对极线；2、对极平面；3、对极点；4、投影面。
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：
[0031] 如图1所示，一种三视角航片自动生成三维模型的方法，其特征在于，包含以下步 骤，
[0032] (1)取样，使用搭载三镜头相机的飞机进行取样，获取三个方向的二维图像；
[0033] (2)标定镜头，用黑白棋盘格子对镜头进行标定，为后续的运算过程提供校正条 件；
[0034] (3)对特征点进行提取和匹配，得到特征点的景深图，具体的为，计算目标点在不 同视图上形成的视差，并通过获得焦距f、两图之间的视差以及两幅图的中心距离求得点的 景深。
[0035] (4)生成点云，在匹配后的景深图的基础上对图像中精确的点进行匹配，并在景深 图上均匀的覆盖点，最后由这些细节点组成密集点云；
[0036] (5)对步骤（4)中的密集点云进行空间网格拓展，通过点云获取空间的三维物理 机构，从而生成网格，并从对应相片中获取纹理。
[0037] 优选的，在步骤（3)中，把目标特征点在左右视图上两个对应的像点匹配起来，再 求得目标特征点在两幅图像上水平坐标间的差异，具体的包括，
[0038] a.利用极线约束使得对应点的匹配由二维搜索降为一维搜索；
[0039] b.通过图像校正，严格的将图像的对极限对应起来，于是两张图片中的同一点将 处在同一水平线上；
[0040] C.通过一维搜索就可以将同一水平线的特征点对应起来；
[0041 ] d.求得目标特征点在两幅图像上水平坐标间的差异，这个差异和目标点到成像平 面的距离成反比例关系，即；
[0042] 对提取到的特征点进行立体匹配，将相片与相片之间的关系一一统计出来，并将 多幅不同图像之间的同一物理空间中的点一一对应起来，拼合景深影像，取得真实物理系 统的层次结构。
[0043] 如图2-3所示，差异和目标点到成像平面的距离的关系可通过几何图形的计算得 到。
[0044] 在图2对应到图3的几何图形中，可在对极平面2上得到对应的相似三角 形，由对极线1和对极点3进一步得到投影面4,再通过相似三角形的特性可以得到
[0045] 在图2中，T表示两个相机视点的距离；Z表示特征点与视点连线之间的距离；^和 ^为特征点在左右两幅图像中的位置；两个f表示xjP X γ到视点连线之间的距离；P表示 目标位置的特征点。
[0046] 在图3中，PjP P γ表不同一点在左右两幅图中的位置；e丨和e ^表不另个点在 左右两幅图中的位置A和ο γ表示左右两个视点的位置；f和Z表示两个相似三角形的边 长，与d和τ成等比。
[0047] 如图4-5所示，通过上述过程可以得到，标特征点在两幅图像上水平坐标间的差 异与目标点到成像平面的距离成反比例关系。
[0048] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
[0049] 上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受 上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经 改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 三视角航片自动生成三维模型的方法，其特征在于，包含以下步骤， 51 :取样，使用搭载三镜头相机的飞机进行取样，获取三个方向的二维图像； 52 :标定镜头，用黑白棋盘格子对镜头进行标定，为后续的运算过程提供校正条件； 53 :对特征点进行提取和匹配，得到特征点的景深图； S4:生成点云，在匹配后的景深图的基础上对图像中精确的点进行匹配，并在景深图上 均匀的覆盖点，最后由这些细节点组成密集点云； S5 :对步骤S4中的密集点云进行空间网格拓展，通过点云获取空间的三维物理机构， 从而生成网格，并从对应相片中获取纹理。2. 根据权利要求1所述的三视角航片自动生成三维模型的方法，其特征在于，所述步 骤S3中，目标特征点的提取是对每张相片进行特征点提取，具体包括以下步骤， 531 :计算目标点在不同视图上形成的视差； 532 :通过获得焦距、两图之间的视差以及两幅图的中心距离求得点的景深。3. 根据权利要求2所述的三视角航片自动生成三维模型的方法，其特征在于，在所述 步骤S31中，把目标特征点在左右视图上两个对应的像点匹配起来，再求得目标特征点在 两幅图像上水平坐标间的差异，具体的包括， 5311 :利用极线约束使得对应点的匹配由二维搜索降为一维搜索； 5312 :通过图像校正，严格的将图像的对极限对应起来，于是两张图片中的同一点将处 在同一水平线上； 5313 :通过一维搜索就可以将同一水平线的特征点对应起来； S314:求得目标特征点在两幅图像上水平坐标间的差异，这个差异和目标点到成像平 面的距离成反比例关系，即其中，d=x1-，，Z为特征点与视点连线之间的距离，f为特征点视点连线之间的距离，T为两个相机视点的距离，^和X^为特征点在左右两幅图像中的位置。4. 根据权利要求1所述的三视角航片自动生成三维模型的方法，其特征在于，所述步 骤S3中，对提取到的特征点进行立体匹配，将相片与相片之间的关系一一统计出来，并将 多幅不同图像之间的同一物理空间中的点一一对应起来，拼合景深影像，取得真实物理系 统的层次结构。
【专利摘要】本发明公开了一种三视角航片自动生成三维模型的方法，包含以下步骤：取样，使用搭载三镜头相机的飞机进行取样，获取三个方向的二维图像；标定镜头，用黑白棋盘格子对镜头进行标定，为后续的运算过程提供校正条件；对特征点进行提取和匹配，得到特征点的景深图；生成点云，在匹配后的景深图的基础上对图像中精确的点进行匹配，并在景深图上均匀的覆盖点，最后由这些细节点组成密集点云；对上步中的密集点云进行空间网格拓展，通过点云获取空间的三维物理机构，从而生成网格，并从对应相片中获取纹理。本发明航片数量少，运算时间显著减少，具有精度高、工序简单、操作方便、真实感强的特点。
【IPC分类】G06T17/05
【公开号】CN105046749
【申请号】CN201510571517
【发明人】龙永生
【申请人】深圳市神州龙资讯服务有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年9月10日