[发明专利]基于影像边缘特征的三维模型自动调整方法

说明书

本发明涉及一种基于影像边缘特征的三维模型自动调整方法。首先通过模型边线与倾斜影像之间的空间关系，对倾斜影像进行筛选，获得包含有线条信息的影像。然后对模型边线在倾斜影像中映射得到的线条根据影像大小进行外扩，得到对应矩形。在矩形区域内进行直线检测获取多个线条后，利用线条与三角网数据的映射关系，对模型边线进行拟合，以修正模型各边线的位置。在遍历并调整了模型所有边线后，根据模型原有结构，对边线进行二次拟合，获得最终的模型成果。本发明可以在已有模型的基础上根据影像边缘特征信息自动对模型各边线进行修正以提升模型精度，避免了人工干预。

技术领域

本发明属于倾斜摄影建模领域，特别是涉及模型基于倾斜影像边缘特征自动调整的方法。

背景技术

建筑物的三维重建是一种获取建筑物三维结构详细信息的重要手段，在城市规划与管理、多规合一、房地一体、应急指挥等领域得到广泛的运用。迄今为止，它一直是摄影测量、遥感、计算机视觉、模式识别以及测绘等领域长期研究的重中之重。

目前，市场主流的建模方式主要有纯人工建模、全自动建模、半自动建模等。

纯人工建模方法需要外业人员到实地对各个建筑进行多角度的拍摄后，内业人员根据外业人员拍摄得到的相片以及规划图在三维建模软件中进行人工建模。在这种建模方式下，由于外业人员无法获得建筑的位置与尺寸，内业人员在进行建模时只能估算建筑的尺寸和位置，因此无法保证模型的精确性。建模完成后，还需要人工对模型进行纹理贴附:内业人员从外业人员采集的相片中抠取出建筑对应的纹理内容后对其进行修正和美化，这个过程需要耗费工作人员大量的时间和精力。

全自动建模方法基于倾斜摄影技术，可根据影像空三数据实现全自动建模，它可以有效地提高建模效率、保证模型的坐标精度。但是，全自动建模的模型成果为三角网模型，存在着数据量太大、建筑非单体化、建筑细节无法体现等问题。

半自动建模方法是在全自动建模技术的基础上，利用倾斜影像、倾斜影像空三数据、三角网数据模拟航拍倾斜影像时摄像机的位置与姿态，以此来进行半自动建模与全自动纹理映射。相对于纯手工建模，此方法可以大幅提高建模效率，省去外业实地拍摄、内业纹理贴附的工序；相对于全自动建模，此方法可以大幅减少数据量、使模型可以实现单体化，并体现模型的细节。但是由于半自动建模是基于单张倾斜影像进行建模，所以相对于全自动建模成果精度会有一定差距。

发明内容

本发明针对半自动单体建模方法现有技术的不足，提供一种自动从多张影像中提取建筑边缘特征，并根据边缘特征信息自动调整模型来提高模型精度的方法，包括以下步骤：

步骤1，获取倾斜影像的摄影机投影矩阵，具体是通过空三文件中影像的内方位元素，即摄影中心S到像片的垂距f，和像主点在像框标坐标系中的坐标px，py。计算出摄像机标定矩阵K。

通过空三文件中的外方位元素，姿态用R矩阵表示，摄影中心的空间坐标值用表示，计算出摄像机坐标系与世界坐标系的转换矩阵。

结合摄像机定标矩阵，可得出通过物点坐标计算像点坐标的公式如下：

即获得了倾斜影像的投影矩阵

步骤2，获取待调整三维模型的某一条边线，得到该边线的端点坐标P1(X_1,Y_1,Z_1)，P2(X_2,Y_2,Z_2)。结合倾斜影像的内外方元素，算出端点在所有倾斜影像中的像点坐标。然后根据判断像点坐标是否超出了影像范围来对倾斜影像进行筛选，具体是针对某一幅倾斜影像，通过公式x＝PX，计算出边线两端点P1、P2对应的像点坐标，如果像点坐标均在影像范围内，也就是像点坐标x、y大于0小于像平面长宽，则判定该条边线投影在影像内范围内，影像通过了筛选。