[发明专利]一种航拍影像三维重建的全局运动初始化方法和系统

权利要求书

1.一种航拍影像三维重建的全局运动初始化方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对连续帧图像进行特征提取，并对提取的特征点进行匹配；

2)基于连续帧图像的特征点计算相机旋转量；

3)计算连续帧图像的相机光心在世界坐标系的位置；

4)根据计算出的相机旋转量和光心位置，进行三维点云的重建。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)使用ORB特征点提取方法或者GPU加速的GPU-SIFT特征点提取方法进行特征提取。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)在特征点匹配过程中，记从第i帧的特征点出发寻找第j帧的特征点匹配得到的结果为(i,j)，在计算完(i,j)之后不再计算从第j帧的特征点到第i帧特征点的匹配关系(j,i)，并采用多线程来计算特征点之间的匹配，以提高匹配速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)计算相机旋转量时，将旋转矩阵改写成四元数r的表示形式以绕开正交矩阵的约束。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中，记通过双视图几何求解的第i帧和第j帧之间的相对平移为t_ij，在世界坐标系下两帧之间相机光心的相对位移为c_ij，t_ij和c_ij之间存在如下的旋转关系：

其中，表示从t_ij到c_ij的旋转矩阵。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤3)中，对于三个相机光心不共线的情况，记要求解的三个相机的光心坐标为c_i、c_j、c_k，三个相机光心之间连线方向的单位向量分别为c_ij、c_ik、c_jk，采用以下公式计算相机光心坐标；

其中，为平移比例关系，通过正弦定理计算得到。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤3)中，对于三个相机光心共线的情况，采用基于空间参考点的平移比例关系或基于RANSAC方法的平移比例关系计算相机光心坐标。

8.根据权利要求5至7中任一权利要求所述的方法，其特征在于，通过构建线性方程组，计算得到三个相机光心在世界坐标中的位置。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在初始化完成之后，采用光束平差法优化空间中的三维点到图像上的二维点的重投影误差。

10.一种航拍影像三维重建的全局运动初始化系统，其特征在于，包括：

特征提取与匹配模块，用于对连续帧图像进行特征提取，并对提取的特征点进行匹配；

相机旋转量计算模块，用于基于连续帧图像的特征点计算相机旋转量；

光心位置计算模块，用于计算连续帧图像的相机光心在世界坐标系的位置；

三维点云重建模块，用于根据计算出的相机旋转量和光心位置，进行三维点云的重建。