[发明专利]基于二维图像局部变形的三维配准方法

权利要求书

1.一种基于二维图像局部变形的三维配准方法，包括下列步骤：

计算投影矩阵：调整三维模型场景与二维图像场景一致，在三维模型和二维图像上选择实际对应的若干对匹配点，所述匹配点的数量不少于6对，依据各对匹配点的坐标，计算出三维模型坐标点在二维图像上的投影矩阵；

初步配准：依据所述投影矩阵，进行二维图像和三维模型的初步配准；

选取原始控制点：在配准错误的区域，在原始二维图像上选择若干易于分辨的特征点做为精确配准的原始控制点，形成原始控制点集；

确定目标控制点：在三维模型中确定分别与各原始控制点实际对应的三维坐标点，依据投影矩阵计算出形成这些三维坐标点的二维图像坐标点并以此作为目标控制点，形成目标控制点集；

局部变形：依据移动最小二乘法，分别针对原始二维图像中的各像素点，计算使原始控制点逼近目标控制点的最佳变形函数，依据相应的最佳变形函数进行变形运算，计算出原始二维图像中各像素点变形后的目标二维图像坐标；

精确配准：依据所述投影矩阵，进行目标二维图像与三维模型的配准，形成精确三维配准图像，所称三维配准图像为融合二维图像的三维模型图像。

2.如权利要求1所述的三维配准方法，其特征在于所述三维模型采用世界坐标系，所述二维图像采用图像坐标系。

3.如权利要求1所述的三维配准方法，其特征在于观察配准效果前，对三维配准图像中的二维图像进行透明化处理。

4.如权利要求1所述的三维配准方法，其特征在于所述初步配准和精确配准均采用交互式三维配准方式，所述交互式三维配准方式为采用三角面片的划分方法，在三维模型中沿着模型构建空的三角面片集合，所述三角面片集合覆盖相应二维图像的全部场景，利用所述投影矩阵计算出三角面片所有顶点的二维图像坐标并据此对三角面片进行渲染，形成融合在三维模型上的二维图像。

5.如权利要求1所述的三维配准方法，其特征在于所述选取原始控制点步骤中，先在原始二维图像中进行原始控制点的预选，对所预选的原始控制点在原始二维图像中叠加相应的控制点信息，所述控制点信息包括控制点位置和控制点标号，依据所述投影矩阵，将叠加有控制点信息的原始二维图像重新与三维模型配准并对二维图像进行透明化处理，查看和判断预选原始控制点的选点和分布是否适宜，对不适宜的预选控制点进行调整，直至预选控制点能够满足需要，形成所述的原始控制点集。

6.如权利要求1所述的三维配准方法，其特征在于观察配准效果的过程中，通过人工方式对配准错误的区域进行框选，相应地，后续选取原始控制点步骤和局部变形步骤，针对整个二维图像实施或者只针对框选为配准错误的区域实施，框选为配准错误的区域与无配准错误区域的邻接处含有无配准错误的区域。

7.如权利要求1-6任一所述的三维配准方法，其特征在于实现精确配准后，查看配准效果，如符合要求，以当前精确三维配准图像为最终配准结果，如不符合要求，以当前目标二维图像作为新的原始二维图像，重复进行自选取原始控制点至精确配准的各步骤，获得新的精确三维配准图像，如此循环，直至配准效果符合要求。

8.如权利要求1-6任一所述的三维配准方法，其特征在于制备原始二维图像与目标二维图像的坐标映射表，依据坐标映射表对原始二维图像进行调整，形成目标二维图像或目标二维图像数据，并依此进行目标二维图像与三维模型的配准。

9.如权利要求8所述的三维配准方法，其特征在于制备坐标映射表的方式包括：进行由目标二维图像坐标向原始二维图像坐标的逆向映射，通过目标二维图像上各像素点的坐标，计算出对应的原始二维图像坐标，由此获得坐标映射表数据。

10.如权利要求9所述的三维配准方法，其特征在于如果发现存在空洞，采用双线性插值法进行插值，消除空洞。