[发明专利]从关于建筑物场景的图像序列中确定海拔高度方向的方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动确定方向的方法，尤其涉及一种从关于建筑物场景的图像 序列中确定海拔高度方向的方法。

背景技术

在城市三维建模的实际应用中，使用数字摄像机高速采集图像的方式得到 越来越广泛的使用，这种采集方式使用一个图像序列来记录建筑的外观。通常 使用定标方法对这个图像序列进行三维重建，以恢复每张图像的拍摄位置、镜 头朝向等外部参数。

在恢复每张图像的外参的同时，也会引入一个定标坐标系，定标方法获取 的图像的拍摄位置、镜头朝向等外参均位于这个定标坐标系中。但是由于地形 起伏等外界因素，定标坐标系与地面坐标系的坐标轴存在不一致。而在城市三 维建模应用中，建筑物在三维建模完成后应存在于地面坐标系中，因此寻找出 一个快速便捷的方法以建立两者之间的对应关系对于城市三维建模应用具有相 当高的重要性。

Frank A.van den Heuvel在《A line-photogrammetric mathematical model for the reconstruction of polyhedral objects》中提及，建筑物的外形经常为多边形。他 使用摄影测量学的方法来处理图像上的线段，使用线段对建筑物进行建模。这 种方式具有较高的可行性，在这种方法的基础上我们进一步确定建筑物轮廓上 存在的与地面坐标系垂直的线段，从图像序列中不同图像上存在的线段中确定 海拔高度方向，海拔高度方向将作为建立定标坐标系与地面座标系的对应的重 要依照。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种从关于建筑物场景的图像 序列中确定海拔高度方向的方法。

从关于建筑物场景的图像序列中确定海拔高度方向的方法包括以下步骤：

1)首先对用户给定的图像序列进行摄像机自定标，得到每张图像的摄像机 投影矩阵和若干跟踪点，一个跟踪点为所拍摄场景中的一个三维点，同时它在 用户给定的图像序列中的某几张连续图像上有投影，并记录跟踪点在用户给定 的图像序列中出现的图像子序列、以及每个跟踪点在用户给定的图像序列中出 现的图像子序列中的每张图像上的像素位置；

2)预处理用户给定的图像序列中的每张图像，首先进行边缘检测，抽取出 图像中的所有边缘，然后使用直线段拟合所抽取出的每一条边缘，放入图像的 边缘直线段集合；

3)在步骤1)中得到的跟踪点集合中选取任意一个跟踪点P，并找出在用户 给定的图像序列中出现跟踪点P的图像子序列{I_i|i＝1，..N}，图像子序列包含N张 图像；

4)对出现跟踪点P的图像子序列{I_i|i＝1，..N}中的每张图像I_i，从图像I_i的边 缘直线段集合中，选取一条满足以下条件的直线段l(I_i)：直线段l(I_i)与图像竖直 方向的夹角小于用户给定值α，与跟踪点P的距离最短且小于用户给定值β，如 果选出了直线段l(I_i)，则将直线段l(I_i)加入集合A；

5)如集合A中包含的直线段数量小于等于1，则无法计算跟踪点P在空间 中对应的直线，返回步骤3)，重新选取另一个跟踪点继续进行操作；如集合A中 包含的直线段数量大于等于2，则枚举出所有的由集合A中任意两条不同的直线 段所构成的组合，对每一个组合根据该组合中的两条直线段各自所在图像的摄 像机矩阵，并利用计算机视觉方法，求得每个组合中的两条直线段在三维空间 中所唯一确定的直线L，并将直线L的方向矢量加入集合B；

6)对集合B中的所有方向矢量，首先建立方向矢量的所有连接关系并计算 每组方向矢量的连接关系的距离，在所有的连接关系建立完成之后，将得到的 所有方向矢量的连接关系的距离排序，取所有方向矢量的连接关系的距离的中 位数作为阈值对建立完成的连接关系使用AGNES聚类方法进行聚类，并选取聚 类结果中的最大簇B_max，计算该簇中所有的方向矢量的平均矢量，放入集合C中；