[发明专利]一种复杂环境三维重建方法和系统

权利要求书

1.一种复杂环境三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、开始；

S2、对目标环境进行环绕扫描，获得目标环境的全局体素数据；

S3、将全局体素数据划分为子场景；

S4、对子场景进行分析与验证；

S5、进行场景融合；

S6、创建三维地图；

S7、结束。

2.根据权利要求1所述复杂环境三维重建方法，其特征在于，步骤S2中，以深度摄像机的位置为坐标原点构建坐标系，追踪深度摄像机的当前位置与姿态，实时更新融合摄像数据，获得目标环境的全局体素数据。

3.根据权利要求1所述复杂环境三维重建方法，其特征在于，步骤S3中，将全局体素数据划分为N个子场景，其中，N是大于1的正整数。

4.根据权利要求1所述复杂环境三维重建方法，其特征在于，步骤S4中，子场景的分析与验证，包括以下步骤：

A1、获取子场景的体素数据；

A2、提取子场景的场景点云；

A3、根据场景点云，获得子平面检测图数据；

A4、基于二元图割算法，对子平面进行分割，获得子物体分割图；

A5、基于熵验证分割结果是否正确，若否，进入下一步，若是，转A7；

A6、推算下一次摄像的最优推动与最优视角，进行再次环绕扫描，划分子场景，转A1；

A7、建立子数据模型；

A8、结束当前子场景的分析。

5.根据权利要求4所述复杂环境三维重建方法，其特征在于，步骤A3中，根据场景点云，采用分割算法获取子平面，结合子平面的相邻性，通过能量方程的最小化，删除所有属于平面的子平面与多余的边界，构造子平面图。

6.根据权利要求5所述复杂环境三维重建方法，其特征在于，设子平面图G′_P＝(v′_p，ε′_p)，v′_p表示分割得到的各个子平面，ε′_p表示相邻子平面的边界；

将子平面标记为：Y＝[y₁，……y_n]，y_i∈{0，1}；

式中，当子平面P_i属于平面时，标记y_i＝1，反之，则y_i＝0；

能量方程如下式所示：

其中，E_d(y_μ)为数据项：

式中，δ是固定常量，d是子平面P_u中心点到匹配平面的距离，

cosθ_μ，l是P_μ的平均法向量与匹配平面法向量的夹角；

E_s(y_μ’y_v)为滑项：

E_s(y_μ，y_v)＝W_c×E_c+W_p×E_p+W_n×E_n (3)

式中，W_c、W_p、W_n为权重常量，E_c、E_p为子平面P_μ、P_ν之间颜色和平面度直方图的距离的单位化值；E_n为两个法向量的差异：

E_n(y_μ，y_v)＝1-η(1-cosθ_μ，ν) (4)

式中，θ_μ，ν为子平面P_μ、P_ν平均法向量夹角；当两个相邻子平面构成凸角，η＝0.01，反之η＝1；

平面检测结束后，更新子平面图G_p＝(v_p，ε_p)，完成数据预处理。