[发明专利]一种基于机器视觉的桥梁构造三维立体建模方法

说明书

本发明公开一种基于机器视觉的桥梁构造三维立体建模方法，包括步骤：使用绘制桥梁的原始3D模型布设网格，网格均有独自的编码及原始空间坐标；锁定扫描初始位置后，扫描桥梁，获取高精度的三维点云数据；根据所述网格大小，提取点云数据形成列表，并对列表内每个点云数据的空间坐标点进行与网格编码相应的编码；根据编码，在列表中提取相应的实时空间坐标值；对实时空间坐标值和原始空间坐标值的进行对比分析，更新原始3D模型，获得目标桥梁的实况3D模。本发明能够根据桥梁实际状态，快速且精确的构建出用于桥梁维护的三维模型，为维护人员作出直观指导，提高桥梁维护效率和质量；能够实现桥梁模型的参数化和标准化，缩短建模时间。

技术领域

本发明属于桥梁模型构造技术领域，特别是涉及一种基于机器视觉的桥梁构造三维立体建模方法。

背景技术

桥梁作为交通的咽喉，是国家经济命脉的重要环节，由于外部环境和桥梁自身的结构以及材料的老化这些不利因素带来的影响，主体结构就会产生损伤、造成抗力的衰减，从而导致突发事故的发生。为了克服这些问题，常常需要对桥梁进行维护，而在维护过程中目前多采用监控设备获取各采集位置的状态信息，通过状态信息进行维护。

随着计算机图形图像技术的发展和计算机图形图像显示硬件的进步以及虚拟现实技术的广泛应用，人性化的交互能力和便捷的操作成为当代计算机软件的主流趋势，无论是简洁美观的界面还是简单易懂的操作流程都越来越受到广大计算机用户的喜爱和追捧。并且在工程建设中，用户对工程设计的要求不仅限于二维的平面设计图纸交付，而希望有更直观和信息量更全面的设计交付形式，以方便后期采购、施工以及管理养护。

但是现有的桥梁三维建模方式多是为桥梁设计做指导，并没有对实际桥梁维护做指导的三维模型。就现有的桥梁三维建模方式而言，对于点空间位置不明确、缺乏几何空间特性，无法明确查明数据反映三维结构上物理变化的具体部位；也由于不能对检测点和采集设备进行精确定位，不能实现对现场硬件的控制，从而降低了建模的精确度；多角度图像的立体匹配过程中自动匹配精确度差；无法保证桥梁的全方位测量，从而影响了建模的真实度，大大的降低了桥梁三维模型的精度；需要依靠庞大的数据计算支持进行模型构造，大大降低了模型构建速度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种基于机器视觉的桥梁构造三维立体建模方法，能够根据桥梁实际状态，快速且精确的构建出用于桥梁维护的三维模型，为维护人员作出直观指导，提高桥梁维护效率和质量；能够实现桥梁模型的参数化和标准化，缩短建模时间。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于机器视觉的桥梁构造三维立体建模方法，包括步骤：

S100，使用3D模型软件绘制桥梁的原始3D模型，在原始3D模型表面布设网格，每个网格均对应有独自的编码及其原始空间坐标；提取原始空间坐标中的特殊点作为定位点；

S200，利用定位点锁定三维激光扫描设备扫描初始位置后，通过三维激光扫描设备扫描桥梁，获取高精度的三维点云数据；根据所述网格大小，提取点云数据形成列表，并对列表内每个点云数据的空间坐标点进行与网格编码相应的编码；

S300，根据编码，在列表中提取相应的实时空间坐标值，并获取相应的原始空间坐标值；对实时空间坐标值和原始空间坐标值的进行对比分析，更新原始3D模型，获得目标桥梁的实况3D模型。

进一步的是，所述定位点包括桥梁端点、边缘点和/或转角点；便于三维激光扫描设备快速在桥梁中获取扫描初始位置。

进一步的是，利用所述定位点锁定三维激光扫描设备面对的方向和倾角，在不同荷载工况下，获取每个编码下点的空间坐标值。

进一步的是，根据所述实时空间坐标值和原始空间坐标值进行差值计算，获取两个坐标之间的偏差；若偏差在所设定的误差范围内，则原始空间坐标保持不变；若偏差超出所设定的误差范围，则由实时空间坐标值代替原始空间坐标值，修正原始3D模型，获得目标桥梁的实况3D模型。