[发明专利]一种基于水陆共存场景的稀疏点云三维模型建立方法

说明书

本发明公开的本发明实施例提供的基于水陆共存场景的稀疏点云三维模型建立方法，涉及计算机视觉技术领域，通过对图像进行去畸变，获取相机外参数与空间点坐标，对坐标进行优化，实现了对基于水陆共存场景的的三维稀疏点云三维模型的建立。

技术领域

本发明涉及计算机视觉技术领域，具体涉及一种基于水陆共存场景的稀疏点云三维模型建立方法。

背景技术

基于视觉的三维模型建立，是通过摄像机获取场景中物体的图像并对此图像进行分析处理，再结合计算机视觉知识推导出现实环境中物体的三维信息。三维建立的过程通常包括图像预处理、特征点提取和三维稀疏点云建立、三维稠密点云建立和纹理化。其中三维稀疏点云建立是整个三维建立过程中最关键的一步，这一步中不仅需要求解特征点的三维坐标，而且需要求解相机在所有拍摄点的位置和姿态参数。

目前的研究中，普通陆地三维场景建立从理论到算法层面都已经非常成熟，已经获得商业应用。近年来，水下三维场景建立是一个很重要的研究课题，该类课题的难点是光线在传播过程中会经过不同的介质，从而产生折射现象而改变光路使物体成像时发生变形。消除图像中折射造成的影响及恢复水下物体的三维模型是许多水下三维场景建立的目标。在目前的研究中，只是研究待建立物体全部位于水下，或将相机放进防水罩浸入水下拍摄，即物体场景上的每个点的光线都会通过至少一次水-空气界面折射才能到达相机，目前该方向的研究尚处于完善阶段。在自然界中有大量水陆共存的场景，如岸边、滩涂、岛礁、河流、池塘等，它们都是无折射场景(陆地)和有折射场景(水下)共同存在的联合体。对这些水陆共存场景的三维建立，具有重要的现实意义和理论价值。

由于无折射场景(陆地)和有折射场景(水下)两种场景成像的物理模型不同，至今没有统一的用于此类场景的三维模型建立方法。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明实施例提供了一种基于水陆共存场景的稀疏点云三维模型建立方法，该方法包括：

(1)对图像进行去畸变

(11)根据相机标定方法，获得相机的内参数矩阵和畸变系数；

(12)根据所述内参数矩阵和畸变系数，对相机获取的多个图像去畸变，得到多个无失真图像；

(2)获取相机外参数与空间点坐标

(21)利用从运动恢复结构的方法，获得相机外参数的初始值并分别计算各个无失真图像在空间坐标系中的坐标，其中，所述空间坐标系依据水平面建立，其横轴和纵轴形成的坐标平面与水平面平行或重合，其竖轴的方向向下；

(3)对所述坐标进行优化

(31)构建约束函数其中，V为无失真图像集合，N_i表示在第i个无失真图像上具有投影点的坐标的集合，d_ij为水面上的观测点到水面上的投影直线l_i的距离为l_i为直线l在XOY平面上的投影，直线l是空间点X在图像平面π_c上的投影点x与当前图像平面中的无穷远的连线所形成的直线l＝r₃×x，而l_i＝H^Tl，变换矩阵H＝[r₁,r₂,t]，H由变换矩阵由相机的旋转向量R＝[r₁,r₂,r₃]和平移向量t＝[t₁,t₂,t₃]^T组合而成，求解此约束函数，得到满足所述约束方程的相机外参数R、t₁、t₂的最小值和及所述坐标在XOY平面上的最小值；