[发明专利]一种面向应急灾场的快速三维地形重建方法

说明书

本发明涉及三维重建技术领域，具体涉及一种面向应急灾场的快速三维地形重建方法，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结合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。本发明利用融合POS信息、SLAM技术、并行密集匹配和点云匹配技术快速实现采集图像区域三维地形重建，解决了目前针对传统方法很难实现应急灾场快速三维重建的缺点。

技术领域

本发明涉及视频三维重建技术领域，具体涉及一种面向应急灾场的快速三维地形重建。

背景技术

随着无人机技术的广泛应用，利用无人机航拍图像来进行快速三维三维重建成为应急领域的重要研究课题。传统应急灾场环境数据获取都是利用大型无人机搭载多轴相机采集倾斜摄影数据，无人机降落后下载离线数据进行环境三维模型重建，此方法耗时长，一般需要长达一天才可以完成应急灾场环境三维模型重建，因此极容易错过最佳救援时间。SLAM技术是近年来的研究热点，在无人驾驶、机器人自动导航等领域有广泛的应用。根据采集设备的不同，SLAM技术又可以分为视觉SLAM和激光SLAM，但基本的处理框架是相似的，都包括前端里程计、后端图优化、回环检测等模块。SLAM技术通过快速匹配、图优化技术和并行处理来达到实时处理的效果。视觉SLAM技术能够根据视频数据计算出位置和姿态信息，但是主要问题是位置和姿态的精度较低，目前的算法一般只能得到稀疏点云或者半稠密点云。代表性的算法包括：ORB-SLAM，LSD SLAM等。

针对目前应急灾场三维环境很难实现快速重建的缺点，本发明提出一种基于视频和POS融合信息、SLAM技术、并行密集匹配和点云匹配技术的实时三维地形重建方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明公开了一种面向应急灾场的快速三维地形重建，用于解决目前传统方法很难实现应急灾场快速三维重建的缺点。

本发明通过以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明公开一种面向应急灾场的快速三维地形重建方法，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；

更进一步的，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。

更进一步的，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。

更进一步的，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。