[发明专利]一种基于边缘特征自约束的表面网格模型构建方法

说明书

本发明公开了一种基于边缘特征自约束的表面网格模型构建方法，可以更精确的得到地形地貌的三维信息，其思路是将二维边缘拓扑信息作为三维表面模型构建的约束条件，进行基于局部降维的带约束网格模型构建。该算法首先以目标区域的边缘特征作为拓扑约束条件，获取带约束的三维点云；然后采用基于局部降维的带约束三角剖分算法，构建基于边缘特征自约束的表面网格模型。本发明利用摄影测量技术进行土地调查，可以大大的减少外业测量的工作，为土地调查提供一条新的快捷的途径，能够广泛应用于三维山体测量、滑坡监测、沙坑容积测量等多种场合。

技术领域

本发明属于图像图形技术领域，涉及一种三维重建技术，具体涉及一种基于边缘特征自约束的表面网格模型构建方法。

背景技术

我国幅员辽阔但人均占有的土地资源却相当有限，尤其在工业化与城镇化的进程中，各项生产、生活区域建设需要占用更多土地，所以土地资源的合理规划和可持续利用是实现国家可持续发展的前提。土地资源管理的首要任务是要全面、及时、准确地掌握土地信息，这样才能有效的进行宏观调控。

在现有的不规则体测量技术中，测量方式主要是以卫星、无人机遥感为主，其在大范围测量上有不可替代的作用。其中，卫星遥感测量，周期长，时效性差，精度不能达到很高的标准。“地上查”主要以GPS和PDA测量为主，适用于小区域的测量，对于不规则体测量、人类不能到达或较危险区域适用性较差。还有使用三维激光扫描仪进行测量，但是仪器昂贵，数据量大，处理复杂。传统意义上对地形地貌的测量，主要是借助二维的工具和手段，随着技术的发展进步，这种方式越来越不能满足现代科技的需求。进行土地测绘，读懂测绘数据要有相当程度的测绘素养，所以将二维图片转化成三维模型，就是更加形象生动的展示地理信息，令即使没有地理信息相关理论素养的人也能理解测绘信息，也能了解地形地貌特征。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种基于边缘特征自约束的表面网格模型构建方法来获取地形地貌的表面网格模型，以便后续进行体积测量等操作，可以更精确的得到地形地貌的三维信息。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于边缘特征自约束的表面网格模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)用canny边缘检测算法从序列图像中获取可靠的二维边缘特征，并将该信息用作点云构建表面模型的约束条件；

(2)从序列图像中生成三维点云，将三维点云映射到二维图像上，生成一个二维投影点集合；

(3)根据边缘特征建立二维边缘点之间的拓扑关系，确立部分二维投影点之间的拓扑连接关系，将具有拓扑约束信息的二维投影点反投影到三维空间，得到带约束的三维点云；

(4)构建基于局部降维的带约束表面网格，是将带约束的三维点云在局部区域进行降维，投影到最小二乘拟合平面上进行带约束的平面三角剖分，然后再反投影回三维空间。

其中步骤(1)中，用canny边缘检测算法从序列图像中获取可靠的二维边缘特征，具体步骤为：

(1.1)用高斯滤波器平滑图像，去除噪声；

(1.2)用一阶偏导有限差分计算梯度幅值和方向；

(1.3)对梯度幅值进行非极大值抑制，精确确定边缘的位置；

(1.4)用双阈值算法检测和连接边缘。

步骤(2)中，从序列图像中生成三维点云，具体步骤为：

(2.1)用传统摄像机定标方法得到摄像机内参；

(2.2)提取任意两幅图像特征点，进行特征点匹配；

(2.3)根据特征点匹配结果，利用RANSAC(随机抽样一致性)算法求取基础矩阵及本质矩阵；