一種多視影像與三維模型的快速配準方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于近景攝影測量領(lǐng)域，涉及一種多視影像與三維模型的快速配準方法，包括拍攝影像、選取立體對應(yīng)點、建立關(guān)系圖、解算配準參數(shù)的初值、根據(jù)最小二乘原則最優(yōu)化配準參數(shù)得到精確的配準參數(shù)等步驟。本發(fā)明的一種多視影像與三維模型的快速配準方法，針對現(xiàn)有技術(shù)的方法實用性大大受到了時間效率和物體表面紋理的限制的缺陷進行改進，取得了革命性的創(chuàng)新。使多視影像與三維模型之間可以快速配準，配準的精度直接影響紋理貼圖的質(zhì)量，精度高，從而使紋理清晰，視覺效果大大提升，滿足人們對三維模型的質(zhì)量提出的更高要求。在近景攝影測量領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種多視影像與三維模型的快速配準方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于近景攝影測量領(lǐng)域，涉及一種多視影像與三維模型的快速配準方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著激光掃描、結(jié)構(gòu)光掃描等快速獲得物體三維模型的商業(yè)產(chǎn)品的發(fā)展，人們對 三維模型的質(zhì)量提出了更高的要求，即附帶高清紋理貼圖的三維模型。要想獲得高清紋理 貼圖，其首要任務(wù)是高清影像與三維模型的配準，而配準中最關(guān)鍵的問題是配準的精度和 配準的速度。配準的精度直接影響紋理貼圖的質(zhì)量，精度不高會造成較大的紋理錯位，嚴重 影響視覺效果；配準的速度則直接關(guān)系到方法的實用性，若配準時間遠遠大于激光掃描的 時間，則將嚴重影響三維重建的效率。
[0003] 在傳統(tǒng)的方法中，包括一種基于點、線結(jié)合的單張影像與三維模型配準的方法，其 方法分別在影像和三維模型上提取特征點、特征線，然后通過某種手動、半自動或者自動的 方法找到影像和三維模型的特征點線之間的對應(yīng)關(guān)系，最后通過基于廣義點的后方交會， 得到單張影像的配準參數(shù)。首先，這種方法需要逐影像與三維模型進行配準，效率低；其次， 在三維模型的曲率變化較大時，并不容易直接找到影像與三維模型之間的特征點線對應(yīng)； 再次，當(dāng)三維模型在影像上的分布不均勻或者影像視角很小時，配準參數(shù)的解將十分不穩(wěn) 定。因此，這種方法仍然停留在實驗室階段，在實際應(yīng)用中并不總是能夠得到好的效果。
[0004] 在傳統(tǒng)的方法中，還包括一種基于攝影測量點云和三維模型配準的方法，其方法 首先通過空三匹配、空中三角測量得到影像的內(nèi)外方位元素，然后通過密集匹配得到物體 的三維點云，然后利用ICP及其變種算法得到點云與三維模型之間的配準參數(shù)，最后結(jié)合 空三參數(shù)傳遞得到影像的配準參數(shù)。首先，這種方法效率很低，其整個流程的時間遠遠大于 激光掃描、結(jié)構(gòu)光掃描等三維重建所需要的時間；其次，空三匹配是地形攝影測量中的核心 技術(shù)之一，照搬到近景攝影測量中會存在大量的失敗情況；再次，生成密集匹配點云要求物 體有足夠豐富的紋理，缺乏紋理的物體、鏡面反光的物體、具有重復(fù)紋理的物體都將導(dǎo)致密 集匹配失敗。因此，這種方法是實用性大大受到了時間效率和物體表面紋理的限制。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的方法實用性大大受到了時間效率和物體表面紋 理的限制的缺陷，提供一種多視影像與三維模型的快速配準方法。
[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決：
[0007] 本發(fā)明所提出的多視影像與三維模型的快速配準方法中，配準原理基本思想如 下：
[0008] 首先，獲取物體擺放在標定板上的影像，利用標識點信息，解算出相機的內(nèi)方位元 素和外方位元素，稱為初始參數(shù)，其中外方位元素代表同一個影像組內(nèi)各影像之間的相對 位置關(guān)系；其次，在影像和三維模型上選立體對應(yīng)點，通過前方交會的方法得到同一個影像 組內(nèi)的立體點；然后，通過絕對定向的方法，得到所有影像組的配準參數(shù)；最后，利用最小 二乘方法，精化配準參數(shù)。

【權(quán)利要求】
1. 一種多視影像與三維模型的快速配準方法，其特征在于：包括如下步驟， A. 將三維模型對應(yīng)的實物擺放在標定板上，用數(shù)碼相機對準實物繞標定板一周拍攝不 同角度的影像； B. 將實物換一種擺放姿勢，以把未拍攝到的部分暴露出來，按照步驟A，拍攝一周影 像，根據(jù)需要換多種擺放姿勢重復(fù)步驟A ; C. 利用步驟A與步驟B所拍攝的所有影像，做基于平面標定板的相機標定，解算出相機 的內(nèi)方位元素和外方位元素，稱為初始參數(shù)； D. 將步驟A與步驟B所拍攝的所有的影像進行分組，以實物在標定板上的擺放姿態(tài)相 同為一組，稱為一個影像組，在影像組與三維模型之間、影像組與影像組之間選取立體對應(yīng) 占. E. 所有影像組與三維模型之間根據(jù)立體對應(yīng)點建立關(guān)系圖，根據(jù)廣度優(yōu)先的原則，結(jié) 合初始參數(shù)解算所有影像組與三維模型之間的配準參數(shù)的初值； F. 利用所有立體對應(yīng)點，根據(jù)最小二乘原則最優(yōu)化配準參數(shù)，得到精確的配準參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種多視影像與三維模型的快速配準方法，其特征在于：步驟D 中的立體對應(yīng)點的選取步驟，包括， (1) 在同一個影像組內(nèi)選取特征對應(yīng)像點，其中在多張影像上的特征對應(yīng)像點稱為一 個立體像點，一個影像組內(nèi)的立體像點應(yīng)分布均勻； (2) 在三維模型上選取立體像點的對應(yīng)點； (3) 在一個影像組內(nèi)，選取另一個影像組的立體像點的對應(yīng)立體像點，所有的選取方法 不限于手動選取、半自動選取或者自動選?。? 其中，影像組與三維模型之間的對應(yīng)點、影像組與影像組之間的對應(yīng)立體像點統(tǒng)稱為 立體對應(yīng)點。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種多視影像與三維模型的快速配準方法，其特征在于：步驟E 中，具體步驟包括， (4) 利用初始參數(shù)和立體像點，通過前方交會解算出同一個影像組內(nèi)的立體點； (5) 如果一組影像組與三維模型之間的立體對應(yīng)點數(shù)量大于等于3個，則通過絕對定 向解算出該影像組與三維模型的配準參數(shù)的初值； (6) 重復(fù)步驟（5)直到所有與三維模型的立體對應(yīng)點數(shù)量大于等于3個的影像組都解 算出了配準參數(shù)的初值，得到配準參數(shù)初值的影像組稱為已配準影像組，否則稱為未配準 影像組； (7) 如果一個未配準影像組與一個已配準影像組之間的立體對應(yīng)點數(shù)量大于等于3 個，則通過絕對定向解算出該未配準影像組的配準參數(shù)的初值； (8) 重復(fù)步驟（5)直到所有與一個已配準影像組之間的立體對應(yīng)點數(shù)量大于等于3個 未配準影像組都解算出配準參數(shù)的初值； (9) 如果仍然存在未配準影像組，則繼續(xù)選取立體對應(yīng)點，直到數(shù)量足夠為止，如果不 存在未配準影像組，則結(jié)束。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種多視影像與三維模型的快速配準方法，其特征在于：配準 參數(shù)的最小二乘解算方法包括， (10) 對所有的立體對應(yīng)點，結(jié)合配準參數(shù)的初值，列線性化的誤差方程； (11) 對誤差方程法化，并求解配準參數(shù)的改正數(shù)； (12) 將改正數(shù)附加到配準參數(shù)的初值上； (13) 返回步驟（10)，直到配準參數(shù)的改正數(shù)都小于某一限定值，得到配準參數(shù)的精確 值。
5.如權(quán)利要求1所述的一種多視影像與三維模型的快速配準方法，其特征在于： 步驟A中照片數(shù)量為10至20張；步驟B中以2至4種擺放姿勢。
【文檔編號】G01C11/08GK104048649SQ201310084681
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】鄭順義 申請人:南京中觀軟件技術(shù)有限公司