[发明专利]一种基于视觉三维重建的古建筑模型生成方法和装置

说明书

本发明涉及一种基于视觉三维重建的古建筑模型生成方法和装置。该方法包括：1)获取不同视角的古建筑图像；2)对古建筑图像进行特征提取，并进行特征匹配；3)根据特征匹配的结果，计算图像拍摄时刻的摄像机相对位置姿态和古建筑稀疏三维点云；4)根据图像拍摄时刻的摄像机相对位置姿态和古建筑稀疏三维点云，利用图像面片匹配获取古建筑稠密三维点云；5)根据古建筑稠密三维点云，生成古建筑三角面片模型；6)利用古建筑三角面片模型，根据三维点与图像的匹配关系，计算纹理映射并生成古建筑三维模型。本发明能够快速有效的实现从图像到三维模型的自动生成，具有安全、成本低、可实施性强等优点，能够满足目前古建筑数字化的需求。

技术领域

本发明属于计算机视觉领域，具体涉及一种基于视觉三维重建技术的古建筑三维模型生成方法和装置。

背景技术

古代建筑作为特殊的文化信息载体，是人类文明的艺术瑰宝，保护它们是当代义不容辞的责任。中国古代建筑具有悠久的历史传统和光辉的成就，但中国古建筑多为木质结构，并且辅以彩绘和雕刻，通常结构复杂精巧。然而中国古建筑的木质特征使得对其保护面临巨大挑战。对中国古代建筑进行三维数字化保护是对中国建筑精髓传承和文物保护的重要手段。

基于图像的三维重建是指结合多视角几何理论和计算机视觉与算法理论，从若干副图像中恢复物体或场景的三维模型的技术。近年来基于图像的三维重建技术在文物保护的应用需求越来越多，其中一个主要应用是对古建筑的数字化建模研究。基于图像的三维重建技术相比传统的激光扫描技术，具有安全、成本低、可实施性强等优点，在古文物的数字化研究中逐渐被广泛采用。但目前还没有能够生成古建筑三维模型的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于视觉三维重建的古建筑三维模型生成方法和装置，能够快速有效的实现从图像到三维模型的自动生成。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于视觉三维重建的古建筑三维模型生成方法，包括以下步骤：

步骤一、获取不同视角的古建筑图像；

步骤二、对步骤一中获得的古建筑图像进行特征提取，并进行特征匹配；

步骤三、利用步骤二中特征匹配的结果，计算图像拍摄时刻的摄像机相对位置姿态和古建筑稀疏三维点云；

步骤四、根据图像拍摄时刻的摄像机相对位置姿态和古建筑稀疏三维点云，利用图像面片匹配获取古建筑稠密三维点云；

步骤五、根据古建筑稠密三维点云，生成古建筑三角面片模型；

步骤六、利用古建筑三角面片模型，根据三维点与图像的匹配关系，计算纹理映射，并生成古建筑三维模型。

进一步地，步骤一利用定焦摄像机从不同角度采集古建筑的图像，摄像机运动方向尽量保持水平移动，保证每一个细节至少有两张图像覆盖。

进一步地，步骤二所述特征为Sift(Scale-Invariant Feature Transform，尺度不变特征转换)特征、SURF(Speeded Up Robust Feature，加速鲁棒性特征)、ORB(OrientedFAST and Rotated BRIEF)特征等。

进一步地，步骤三包括以下子步骤，其中S表示古建筑图像集合，Ps表示点云集合，S1为已计算姿态的图像集合，Q为摄像机姿态集合：

1)利用张正友标定法，标定出定焦摄像机的内参数K；

2)选取两张匹配点最多的图像I0，I1，利用8点算法，令I0的姿态为T0＝[I 0]，其中I为单位阵，0为3维列向量，计算该两张图像之间的相对刚体变换T1，将I0，I1加入集合S1；利用T0，T1以及图像匹配结果，利用三角化方法计算三维点，将三维点加入集合Ps；T0和T1加入集合Q；