[发明专利]一种地面LiDAR和影像数据融合的遮挡区域建筑物立面重建方法

说明书

本发明涉及一种地面LiDAR和影像融合的遮挡区域建筑物立面重建方法，包括以下步骤：1，LiDAR点云数据重建建筑物立面初始模型；步骤2，结合影像数据的建筑物立面初始模型精化；步骤3，建筑物立面结构规则分析及遮挡区域几何结构推测；步骤4，利用点云数据验证遮挡区域几何结构的合理性和可靠性。本发明利用影像数据精化点云数据重建的初始立面几何模型，在模型边和影像边匹配过程中，利用点云数据解决了搜索区中存在多个候选影像边的问题，得到最佳对应影像边，有效改善了激光扫描仪分辨率引起的立面几何结构偏移。同时提高了遮挡区域立面重建的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种建筑物立面重建方法，尤其是涉及一种地面LiDAR和影像数据融合的遮挡区域建筑物立面重建方法。

背景技术

街景建筑物立面精细三维模型是准确路径规划、高精度实景定位与导航关键基础数据。对于街景建筑物立面三维几何重建而言，通过影像密集匹配或地面LiDAR均可获取沿街建筑物立面的空间三维点云数据。研究表明影像和LiDAR数据在建筑物立面重建方面具有很好的互补性，LiDAR点云数据可以保证可靠的面特征提取，影像数据可以获得到高精度的结构边，两者的结合极大提高了建筑物立面重建的几何精度，同时也避免了影像匹配失败导致的物方定位困难，及从大量无序、密度不均匀的LiDAR点云数据中表达建筑物立面几何结构的困难。但是，从LiDAR和影像数据重建完整、可靠的建筑物立面依然面临挑战，一个重要瓶颈问题是如何重建遮挡区域的建筑物立面几何结构(窗户、门及阳台等)。由于视角的限制，遮挡区域数据无法获取，缺失的建筑物立面几何结构通常在一定假设或某种规则下推理得到，重建的可靠性难以保证。

LiDAR和影像数据融合的遮挡区域建筑物立面几何结构重建主要涉及遮挡区域数据填补和立面几何结构重建两方面。在遮挡区域数据填补方面，一些方法采用手持式激光扫描仪、立体视觉等方式重新采集遮挡区域点云数据，经过配准后填充原有数据的空洞。这种方法能保证填补数据的真实性，但会受到数据采集视角的限制及数据配准与融合精度的影响。计算机图形，计算机视觉及虚拟现实等研究领域常用曲面拟合、内插等数据合成算法对点云稀疏数据空洞进行填补。该方法多是基于某种假设条件，填补数据的可靠性较难保证。在立面几何结构重建方面，许多研究根据建筑物结构具有重复、对称等知识来合成遮挡区域建筑物立面几何结构，如利用先验的或通过一定量已知样本提炼的建筑物立面结构规则，合理推知被遮挡部分的建筑物立面几何结构。这种方法的优点是利用已有的先验知识或从现有数据中挖掘的规则指导遮挡区域几何结构重建，但它的局限性在于遮挡区域的建筑物立面结构必须符合推理的规则。

大多数建筑物立面兼顾规则和非规则的几何结构排列，底层通常是变化的，也是频繁遮挡的区域。本发明主要针对无数据或数据不足够情况下，解决遮挡区域建筑物立面几何结构重建问题。

发明内容

本发明提供一种地面LiDAR和影像数据融合的遮挡区域建筑物立面重建方法，该方法在利用影像精化点云数据重建的初始立面模型基础上，先假设所有遮挡区域是符合规则排列的，在此条件下推测遮挡区域的立面几何结构，然后用点云数据验证并检测出非规则区域的重建结果，避免了遮挡区域不可靠的立面几何结构重建。

本发明主要是通过下述技术方案得以实现：

一种地面LiDAR和影像数据融合的遮挡区域建筑物立面重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，LiDAR点云数据重建建筑物立面初始模型，包括如下子步骤：

步骤1.1，计算LiDAR数据点的法向量，根据数据点法向量平行地面分割建筑物立面点云数据，并用RANSAC剔除粗差点；大部分立面几何结构距离建筑物立面一定距离，在立面分割过程中，这些数据点被滤掉，呈现为洞；

步骤1.2，通过洞检测提取建筑物立面几何结构，人工半自动获取立面点云数据漏洞的角点坐标，形成闭合的矩形或多边形作为立面几何结构的初始重建模型；