[发明专利]一种基于实时三维重建技术的建筑测量方法

权利要求书

1.一种基于实时三维重建技术的建筑测量方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)利用DirectShow建立图像捕获系统，获取待重建的图像源；

(2)搭建MFC框架，实时获取图像并截取所需要的图像素材，建立可视化界面，并提供三维重建模型接口；

(3)摄像设备相机的自标定模型及算法，求解相机内参数；

(4)建立二维图像坐标系—三维世界坐标系重建模型，获取待测量的两点的空间坐标。

2.如权利要求1所述的基于实时三维重建技术的建筑测量方法，其特征在于：步骤(1)中，具体过程如下：添加4个文件包括CameraDS.h、CwImage.h及对应的源文件，搭建一个MFC可视化平台，连接外来图像采集设备，在MFC图像采集平台，通过设置相机的分辨率和其他功能，灵活调节图像的模式。

3.如权利要求1所述的基于实时三维重建技术的建筑测量方法，其特征在于：步骤(3)中，具体过程如下：

1)基于Kruppa方程进行自标定，通过自标定方法获取内参f_x,f_y,u₀,v₀参数，外参数包括旋转变量R和平移变量T；

其中表示等式两边相差一个常数因子，F为基础矩阵，K为内参数，[t]_x表示向量t＝(t_x,t_y,t_z)^T的反对称矩阵；

将上式代入式(1)中有

F^Te'＝0，存在非零常数λ的情况下，有F＝λ[e']xKRK^-1 (5)

进一步可得FK·K^TF^T＝λ[e']_xKR·λR^TK^T[e']_x^T (6)

其中令C＝K·K^T,s＝λ²，R为正交矩阵，所以R·R^T＝E，

代入上式则有FCF^T＝S[e']_xC[e']^T (7)

若能求出C，即可求出内参K；

令

其中M(c)和m(c)都是关于向量C的线性函数，有两矩阵相等条件可将方程(7)等价变换为：

2)建立目标函数方法寻找最优解；

目标函数：

3)得出四参数和五参数模型的约束条件分别为：

四参数模型下服从约束：c₂-c₄²>0,c₁(c₂-c₄²)-c₃(c₂c₃-c₄c₅)-c₅(c₅-c₃c₄)>0

五参数模型下服从约束：c₁-c₃²>0,c₂-c₄²>0

再结合目标函数最小值条件即可求出内参矩阵。

4.如权利要求1所述的基于实时三维重建技术的建筑测量方法，其特征在于：步骤(4)中，具体过程如下：

1)利用SIFT算法进行特征点检测与匹配，利用空间三维坐标公式，求解出经融合后的图像求取特征点的空间坐标，得到点云模型；

2)假设两幅图像上的一对匹配点m₁(u₁,v₁,1)^T和m₂(u₂,v₂,1)^T，则由二维图像素点与三维点之间的映射关系可得：

m₁＝k₁·P₁·M和m₂＝k₂·P₂·M (12)

其中P1，P2为对应图的投影矩阵，M为空间三维坐标，K1,K2为比例系数；再利用基于OPENGL驱动建立三维重建显示界面，对匹配后的空间点云显示；根据从二维图像坐标系到三维图像坐标系转换关系，可以得到任意重建后的建筑构架尺寸点A(X₁,Y₁,Z₁),B(X₂,Y₂,Z₂),通过空间的两点距离d公式为：