[发明专利]融合图像与激光数据的场景建模方法、系统、装置

说明书

本发明属于场景建模领域，具体涉及一种融合图像与激光数据的场景建模方法、系统、装置，旨在为了解决现有大规模场景建模技术中无法兼顾精度、灵活度的问题。本发明方法首先对场景进行图像采集并建模，基于图像建模结果，综合考虑场景结构复杂程度、纹理丰富程度以及扫描位置分布情况，自动规划激光扫描位置。之后，该方法通过激光点云投影合成图像，并与采集图像进行匹配。基于获取的图像与激光数据之间的跨数据类型特征匹配，采用由粗到细的流程，实现图像与激光数据的融合。本发明兼顾数据采集效率以及重建精度与完整性，可生成精确、完整的场景重建结果。

技术领域

本发明属于场景建模领域，具体涉及一种融合图像与激光数据的场景建模方法、系统、装置。

背景技术

精度与完整性是大规模建筑场景三维重建中的两个关键因素。当前大多数场景重建流程都在关注重建的精度，却对重建完整性不够重视。常见的场景重建方法在结构相对简单的场景下可以取得较好的重建完整性，然而对于较为复杂的建筑场景来说，重建完整性难以保证。为获取大规模复杂场景的完整精确的重建模型(点云或网格)，需要对其全局结构与局部细节进行数据采集与重建。当前主要有两种常用的场景重建方式：基于图像的重建与基于激光扫描的重建。这两类方法在灵活性与精度方面是互补的。

基于图像的重建方法灵活方便，当前最新的图像采集设备具有很好的便携性以及极高的分辨率，十分适合大规模场景的完整采集。然而，现有的基于图像的重建方法对例如光照变化，纹理强度以及结构复杂度等外界因素依赖严重。因此，基于图像的重建结果中错误是很难避免的，尤其是在弱纹理，弱光照以及结构复杂的区域。

基于激光扫描的重建方法精度较高且对一些不利条件更为鲁棒。然而，为了实现对大规模场景的完整覆盖，需要进行多站点激光扫描与对齐。通常，采集的激光点云需要借助人工放置于场景中的人造标志进行粗略对齐，然后利用迭代最近点(ICP，iterativeclosest point)方法进一步实现精细对齐。因此，为实现建筑场景的完整重建，需要进行大量激光扫描与对齐工作，这对目前笨重的扫描设备来说是十分耗时且低效率的。

为通过融合图像与激光数据实现场景的完整重建，一个直接的方法是将图像与激光数据同等对待。具体来说，可以先通过这两类数据分别获取建筑场景模型，然后将它们通过地面控制点(GCP，ground control point)或者采用ICP算法进行齐。然而，上述做法可行性较差，这是由于通过图像与激光扫描生成的点云在密度、精度以及完整性等方面差异巨大，这样的话会在模型对齐时产生不可避免的误差。另外，需要认真选取激光扫描位置以确保有足够的重叠区域进行激光扫描数据的自对齐。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有大规模场景建模技术中无法兼顾精度、灵活度的问题，本发明的第一方面，提出了一种融合图像与激光数据的场景建模方法，该方法包括以下步骤：

步骤S100，基于待建模场景地面图像、航拍图像构建采集图像集，获取所述采集图像集中图像的稀疏点云；基于所述地面图像、所述航拍图像的匹配点，通过场景融合获取融合点云，进行表面重建获取待建模场景的三维网格；

步骤S200，基于所述待建模场景的三维网格获取的激光扫描位置并进行激光扫描，获取激光点云；通过点云投影的方法获取航拍合成图像、地面合成图像，并分别与航拍图像、地面图像匹配；

步骤S300，基于步骤S200得到的匹配关系，将所述激光点云与所述稀疏点云进行对齐，并通过广义捆绑调整进行所述采集图像集与所述激光点云的融合，得到待建模场景的模型。

在一些优选实施方式中，步骤S100中“待建模场景地面图像、航拍图像”，其采集方法为：

待建模场景的室内和/或室外的近距离地面图像通过地面采集设备采集获取；

整个场景和/或场景物体顶部的图像通过大尺度航拍设备采集。