[发明专利]一种全自动的基于单幅图像的三维场景构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于图像的建模领域，尤其涉及一种全自动的基于单幅图像的三维场景构建方法。 

背景技术

基于图像的三维重建技术能够从二维图像出发构造具有真实感的三维图形。基于图像的建模是最近几年兴起的一门新技术，它使用直接拍摄到的图像，采用尽量少的交互操作，重建场景。其最大的特点就是克服了传统的基于几何建模和绘制技术的不足，可以在只具有普通计算能力的计算机上实现具有照片般真实感场景的实时漫游。传统的三维建模工具虽然日益改进，但构建稍显复杂的三维模型依旧是一件非常耗时费力的工作。考虑到要构建的很多三维模型都能在现实世界中找到或加以塑造，因此三维扫描技术和基于图像建模技术就成了人们心目中理想的建模方式；又由于前者一般只能获取景物的几何信息，而后者为生成具有照片级真实感的合成图像提供了一种自然的方式，因此它迅速成为目前计算机图形学领域中的研究热点。 

基于图像的模型重建是计算机图形学研究的前沿问题。该技术结合了计算机图形学、图像处理以及计算机视觉等诸多领域的理论和方法，通过图像场景所包含的二维信息来获取用于模型重建的三维数据，实现在虚拟场景中的模型重建，因此在计算机辅助设计和逆向工程中有很好的应用前景。基于图像的建模技术是在二维图像的基础上进行图像理解并最终重建三维立体，它是计算机视觉要解决的主要问题之一，广泛应用于机器人导航、模糊识别、虚拟现实和建筑物重建等各个领域。 

最初关于三维重建的研究是基于几何信息方法的，如点云等。近些年基于图像的三维重建技术兴起，它使用直接拍摄到的照片进行重建，克服了传统的基于几何重建技术中的标定问题，其具有很大的优越性，因而基于图像的三维重建技术成为众多学者研究的重要课题。 

目前大部分研究是针对两幅或多幅(序列)图像的三维重建。多幅图重建技术上需要先对每幅图像进行繁杂的预处理，寻找图像间用于匹配的特征点，而特征点匹配又是图像处理中的难点，因此利用多幅图像进行三维重建操作上存在重建成本高、操作复杂、计算量大，不适用于动态场景重建等问题。 

基于单幅图像的三维重建的主要思想是通过单张数码影像提取目标的颜色、形状、共面性等二维、三维几何信息，从而利用少量已知条件获取该目标的空间三维信息。单幅图像的三维重建操作上避免了多幅图像重建的麻烦，它重建过程简单、速度快、只需拍摄一张角度合适的数码相片即可获得该目标的三维几何信息；它投入少，不需要多个摄像机或投影仪进行标定，大大减少了人力、物力的投资；而且技术上只对一幅图像进行预处理，无需多幅图像的匹配，避开了多幅图像重建的匹配难点，大大节约了时间，提高了效率。因此，用单幅图像进行三维重建越来越多地得到人们的重视。 

目前的研究方法中，单幅图像的三维重建方法包括交互式的三维场景构建方法和全自动的三维场景构建方法。交互式的三维场景构建方法需要用户的交互进行指导，全自动的三维场景构建方法一般是基于图像特征利用机器学习的方法获得相应的场景结构分类器，利用分类器将图像区域进行分类标注，在此基础上进行三维场景的建模。交互式的建模方法精度高，但需要用户交互指导。全自动的三维场景构建方法是近年来的研究热点，如何快速准确地估计图像区域类别，提高自动重建的精确度是全自动的单幅图像三维重建方法面临的主要问题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种全自动的基于单幅图像的三维场景构建方法，在有效获取图像几何区域分类标注结果及图像中几何区域之间精准边界的基础上进行具有真实感的三维场景的构建。 

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种全自动的基于单幅图像的三维场景构建方法，包括以下步骤： 

步骤1：利用训练图像集获得能够进行图像几何区域划分的分类器 

图像几何区域划分的分类器是基于机器学习获得的，首先需要收集训练图像集，然后利用训练图像集获得一组训练样本，最后利用训练样本训练分类器；所述训练样本的是在训练图像集上获得，包括样本标注和样本提取； 

所述样本标注是指对训练图像集里面的每一幅图进行几何区域的标注，即把每一幅图像的整个区域划分成多个几何子区域，每个几何子区域应当归属为三种类别中的一种，这三种类别分别是：竖立区域、地面区域和天空区域；