[发明专利]一种基于图像序列的城市街区的快速建模方法

说明书

技术领域

本发明涉及一般基于图像/视频数据三维重构的方法，尤其是涉及一种基于图像序列的城市街区的快速建模方法。

背景技术

当前通用的城市三维建模理论和方法：

1、人工交互式建模：利用3ds max等建模工具构建建筑物的几何模型，并利用Photoshop等图像处理工具对采集来的纹理数据进行编辑得到理想的纹理。该方法仍然是当前最可靠最实用的城市建模方式，但费时费力，效率不高。

2、摄影测量法，如商业软件Photomodeler等，从各个方向对目标物体进行拍摄，并在不同视点图像上选取确定对应的点、线等信息，而后利用摄影测量学原理获取目标物体的三维模型。该方法仍然需要大量的交互。

3、利用硬件设备同时获取建筑物几何和纹理的方法：通过雷达或激光扫描仪获取建筑物的三维信息，同时利用相机获得建筑物侧立面纹理，参见Jinhui Hu，Suya You，Ulrich Neumann.Integrating LiDAR，Aerial Image and Ground Images forComplete Urban Building Modeling.3DPVT 2006：184-191和A.Zakhor and C.Frueh，″Automatic 3D Modeling of Cities with Multimodal Air and Ground Sensors″in Multimodal Surveillance，Sensors，Algorithms and Systems，Z.Zhu and T.S.Huang，Editors，Artech House，2007，Chapter 15，pp.339-362。该方法能够得到精确的模型，但采集设备比较复杂，造价高。

4、基于计算机视觉的三维重建法方：如Marc Pollefeys，David Nistér等人的Detailed Real-Time Urban 3D Reconstruction from Video.International Journal ofComputer Vision 78(2-3)：143-167(2008)，能够自动得到建筑物精细的三维模型，但模型面片过多，不利于大规模城市场景的绘制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于图像序列的城市街区的快速建模方法，结合建筑物顶视图(航拍图、Google earth图像、城市规划图等)和建筑物侧立面图像序列的城市建模方法，该方法成本低，交互便捷，对于大部分目标建筑都能获得满足大规模场景绘制需求的三维模型。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案的步骤如下：

a)从航拍图像或城市规划图顶视图上抽取建筑物的水平轮廓线，记录每个水平轮廓线线段上每个顶点的经度、纬度；

b)利用安装固定在移动平台上的固定焦距的摄像机对建筑物侧立面进行连续拍摄同时记录下每个拍摄时刻摄像机位置、镜头朝向；

c)对于每个建筑物水平轮廓线上的每一条线段，从建筑物侧立面图像数据中选取对应的图像序列，这个对应图像序列完全包括了水平轮廓线线段对应的建筑物侧立面的信息；

d)对于每个建筑物水平轮廓线上的每一条线段，利用对应图像序列生成该水平轮廓线线段所对应的建筑物侧立面的正射影像图；

e)在对应于水平轮廓线每条线段的建筑物侧立面的正射影像图上，抽取出建筑物的侧立面轮廓线，确定侧立面轮廓线上每顶点的经度、纬度，估计侧立面轮廓线上每个顶点的高度，同时保存每一个顶点在正射影像图上的象素位置坐标；

f)将每个建筑物的所有侧立面轮廓线和水平轮廓线的顶点进行连接，形成三维的多边形网格模型，并且模型的每一个表示建筑物侧立面的多边形都有该建筑物立面的正射影像图作为纹理。

所述步骤c)中，对于每个建筑物水平轮廓线上的每一条线段，从建筑物侧立面图像数据中选取对应的图像序列的方法，利用步骤b)中获得的每张建筑物侧立面图像拍摄时刻的摄像机位置、镜头朝向，结合摄像机固定的水平张角和估计的景深，确定出每个拍摄时刻摄像机的水平取景范围，同时建筑物水平轮廓线线段端点的经度、纬度信息已知，从所有侧立面图像序列中筛选出水平取景范围包含或部分包含建筑物水平轮廓线线段的侧立面图像，得到该建筑物水平轮廓线线段对应的图像序列。