[发明专利]一种面向应急灾场的快速三维地形重建方法

权利要求书

1.一种面向应急灾场的快速三维地形重建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1根据应急灾场数据获取要求在机载端对视频和无人机POS数据进行同步编码；

S2地面端获取同步编码后的数据，对其进行解码处理；

S3获取相机标定数据并根据解码后的POS数据对实时视频抽取关键帧；

S4利用POS数据来对立体模型初始化；

S5对关键帧匹配并用光束法整体优化，得到每个关键帧的位置和姿态数据以及特征点对应的点云；

S6对S5中获取的点云的模型，采用并行的密集匹配技术来对图像中的每个像素点进行匹配，得到反应地形的三维模型。

2.根据权利要求1所述的面向应急灾场的快速三维地形重建方法，其特征在于，所述S1中，同步编码方法通过机载HDMI接口与编码模块连接，并接收视频信号，无人机POS数据通过串口与编码模块连接，并按设定频率传输POS数据，在编码模块中，通过对视频编码头信息的修改将POS数据、视频进行同步帧编码。

3.根据权利要求1所述的面向应急灾场的快速三维地形重建方法，其特征在于，所述S2中，地面端在接收到同步编码的数据后，调用同步解码方法对接收数据进行解码，生成同步编码前的视频帧和无人机POS数据。

4.根据权利要求1所述的面向应急灾场的快速三维地形重建方法，其特征在于，所述S3中，利用相机标定参数和POS数据来计算视频帧之间的重叠度，当重叠率小于设定的阈值时就提取一个关键帧，且第一个关键帧包含的特征点的数量不低于设定的阈值，将第一个关键帧作为当前关键帧，然后计算后续连续的视频帧与当前关键帧之间的重叠度，并将满足要求的视频帧提取出来作为当前关键帧。

5.根据权利要求4所述的面向应急灾场的快速三维地形重建方法，其特征在于，所述S3中，根据POS数据提供的高度信息和相机标定数据提供的焦距以及视频帧的尺寸值计算视频帧和当前关键帧所覆盖的地面区域的重叠率，其中pos系统提供的高度为H，相机标定的焦距为f，利用相似三角形原理来计算图像的四个角点：p₁，p₂，p₃，p₄投影到地面上得到地面坐标点：P₁，P₂，P₃，P₄，视频中每帧图像都可以计算一个地面的四边形，根据四边形的位置和面积就可计算出重叠率。

6.根据权利要求1所述的面向应急灾场的快速三维地形重建重建方法，其特征在于，所述S4中，首先根据关键帧的抽取得到初始的关键帧立体像对，利用特征点快速提取和匹配来寻找准确的同名点，然后利用POS提供的位置和姿态信息计算同名点对的三维坐标的初始值，最后将POS数据和三维坐标一起进行立体模型的整体最优化。

7.根据权利要求6所述的面向应急灾场的快速三维地形重建方法，其特征在于，所述S4中，使用5点法相对定向来计算立体模型的相对位姿，并将相对位姿作为约束，与投影约束一起进行图优化来整体求解，得到精度较高的立体三维模型。

8.根据权利要求1所述的面向应急灾场的快速三维地形重建方法，其特征在于，所述S5中，当新的关键帧被提取出来之后，根据关键帧对应的POS信息计算临近的关键帧，然后将新的关键帧和所有的临近关键帧进行匹配；

如果匹配成功，就根据匹配结果来提取连接点；连接点是同名点对应的三维点，模型初始化时得到三维点云的初始集合，并在加入新的关键帧后对三维点云进行不断的扩充，利用连接点和特征点之间的对应关系恢复关键帧的位置和姿态；

当关键帧匹配失败后，暂时保留匹配失败的关键帧，并利用POS数据标记关键帧的位置和姿态，当后续有更多的关键帧输入后，利用其他的关键帧来更新匹配失败的关键帧的位置和姿态。