[发明专利]一种水土流失情况测定的方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像三维重建技术和水土流失情况测定方法。

背景技术

土壤侵蚀过程是侵蚀力与下垫面相互作用的过程，下垫面既是土壤侵蚀作用的对象，也是土壤侵蚀作用的结果，在土壤侵蚀过程中的每一时刻,都使得下垫面的土体发生位移,下垫面的形态发生变化。围绕观测下垫面土体的位移量和下垫面形态的变化，发展了多种多样的观测技术和方法：

⑴接触式观测法

通过皮尺、卷尺、游标卡尺等常规的测量工具，对下垫面的形态变化进行简单测量。优点：简单易行；缺点：精度偏低，且只能观测次降雨条件下土壤侵蚀的总量，而不能观测土壤侵蚀过程中在不同时段或不同空间的变化量；

⑵示踪观测法

利用¹³⁷Cs、⁷Be等天然放射性核素、稳定性稀土元素等按照指定要求添加到土壤里面，对下垫面的形态进行监测。优点：可观测土壤侵蚀速率、空间分布特征；缺点：观测的时间间隔太长、空间定位精度一般在米级以上；

⑵维激光扫描观测法

通过三维激光扫描仪对下垫面形态进行测量；原理：利用激光测距技术，通过记录被测物体表面大量的密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，可快速测量被测物表面的三维点数据。优点：空间定位精度高；缺点：仪器不防水，不能在降雨过程中观测，且在沟蚀阶段会在沟道出现漏测，最大缺陷是测量效率太慢，不能监测下垫面形态动态演变过程；

⑷传统摄影测量观测法

用于监测河道侵蚀和重力侵蚀，其观测时间间隔分别为次降雨、天、年甚或更长，适合长时段侵蚀总量的观测，而不能观测短时段内相应分量的变化；

⑸径流泥沙采样法

在降雨过程当中，利用容器对下垫面侵蚀产生的泥沙按照不同时间段分别采样，对下垫面的土壤侵蚀量监测。优点：简单易行；缺点：泥沙的空间来源无法区分；

那么，如何在降雨条件下,从时空两个维度上观测下垫面形态演化以及表征土壤侵蚀各物理量。亦即，如何随着土壤侵蚀的发生发展，能够在设定的时间结点上，观测并量化表达下垫面的空间形态，进而根据下垫面空间形态计算土壤侵蚀量、输沙率、侵蚀速率等，以上的观测技术和方法都未能很好地解决这个问题。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种基于立体视觉的图像三维重建方法。

本发明提供的基于立体视觉的图像三维重建方法包括：

步骤一，采集图像

采集目标区域某一时间窗口的图像；

步骤二，区域分块

按采集时间先后对所有图像进行序列标号；每连续多帧图像为一任务区块；相邻区块与区块之间有重叠图像，重叠部分的图像有相同序列标号；

步骤三，三维重建

对步骤二得到的各区块分别采用立体视觉技术进行三维重建，得到各区块的三维点云；

对各区块三维点云的各三维点进行编号，得到各三维点的编号特征；任意三维点A的编号特征为[(A₁，a₁),(A₂，a₂),…,(A_n，a_n),…,(A_N-1，a_N-1),(A_N，a_N)],其中：n＝1,2,3,…,N；N为三维点A对应的原始图像的张数，N取正整数；A_n为三维点A对应的所有原始图像中某一图像n的ID号；a_n为三维点A在ID号为A_n的原始图像上的SIFT特征点的ID号,(A_n，a_n)为编号特征的编号元组；

步骤四，拼接

(1)确定邻接区块

①寻找有重叠图像的相邻块与块之间的同名点，相邻块与块之间的两个三维点的编号特征交集包括至少一个编号元组时，两个三维点为同名点；

②两个块的同名点的个数占其中一个块中总三维点数的10％以上时，这两个区块为邻接区块；

③同名点个数占区块中三维点个数比例最高的区块为母站；

(2)邻接区块拼接

以母站为基准对其他区块进行拼接：

(2.1)确定稳定的同名点

①构建同名边

对于两个邻接区块，分别在各区块中利用该区块中的同名点组合构建边网，并计算每条边的长度；其中一个区块中有n个同名点，则该区块中组合构建的边网有条边；