[发明专利]一种利用平面特征的室内三维场景重构方法

摘要

本发明提供一种利用平面特征的室内三维场景重构方法，包括实时获取室内场景的RGB图像和深度图像，完成单帧三维点云重构；对相邻两帧RGB图像进行特征提取，得到相邻两帧三维点云的初步旋转矩阵；对各帧点云进行降采样，从各帧三维点云中提取室内场景的平面特征；确定各平面位置；计算误差旋转矩阵；对初步旋转矩阵进行修正，对每两帧三维点云拼接配准；通过对各帧三维点云拼接配准最终实现室内三维场景重构。本发明利用点云的几何特征来进行误差消除，快速且有效地提取出点云的平面特征。当前帧与上一帧点云的平面特征进行匹配的成功度较高。根据平面特征判断平面类型，从而计算出误差矩阵，对初步旋转矩阵进行修正，获得较准确的室内三维点云地图。

主权项

1.一种利用平面特征的室内三维场景重构方法，其特征在于，包括：利用Kinect摄像机实时获取室内场景的RGB图像和深度图像，将单帧RGB图像数据和深度图像数据根据Kinect摄像机的内参矩阵转换成三维点云形式，完成单帧三维点云重构；利用SURF特征描述子对相邻两帧RGB图像进行特征提取，采用欧式距离作为相似性度量，采用PnP求解得到相邻两帧三维点云的初步旋转矩阵；采用VoxelGrid滤波器对重构出的各帧点云进行降采样，采用RANSAC算法从各帧三维点云中提取室内场景的平面特征；将距离某平面小于设定的距离阈值的空间点作为该平面内点，其余作为该平面外点；利用从各帧三维点云提取的室内场景的平面特征确定各平面位置；利用从各帧三维点云提取的室内场景的平面特征计算误差旋转矩阵；利用误差旋转矩阵对于初步旋转矩阵进行修正，对每两帧三维点云拼接配准；通过对各帧三维点云拼接配准最终实现室内三维场景重构；所述利用从各帧三维点云提取的室内场景的平面特征确定各平面位置，具体是：水平旋转Kinect摄像机，通过改变分割阈值调节提取平面特征的数量，分割阈值表示单帧三维点云内的平面数量最大值；根据平面内点的数量对单帧三维点云内的各平面进行降序排序；对前x帧点云分别提取出的多个平面特征组进行分析，确定各个平面特征组内平面间的相对位置；所述确定各个平面特征组内平面间的相对位置，具体方法如下：对同一平面特征组内的平面进行分类：若同一平面特征组内某两个平面法向量的夹角等于0，则该两个平面的分类为棚顶或地面，无法用于点云的配准优化，舍弃；若该夹角不等于0，则该两个平面的分类为侧面墙壁；将第一帧三维点云的平面组作为基础平面组，对后续各帧三维点云中提取室内场景的平面特征进行检测与确定；所述利用从各帧三维点云提取的室内场景的平面特征计算误差旋转矩阵，具体方法如下：利用初步旋转矩阵将从各帧三维点云提取的室内场景的平面特征进行旋转；计算旋转前后两个平面的交线；根据旋转后的平面法向量、交线单位方向向量、交线上一内点、偏差旋转角度，计算误差修正矩阵；所述提取出室内场景内各平面的平面特征，包括单帧三维点云各平面内点及平面方程的系数。