[发明专利]一种附加多视线特征约束的城市场景网格模型优化方法

说明书

本发明提出了一种附加多视线特征约束的城市场景网格模型优化方法。本发明对多视影像序列中每帧多视影像进行直线段提取得到多条二维直线段并计算二进制描述符，在连续两帧多视影像之间利用二进制描述符匹配二维直线段，得到多组同名二维直线段；选择每组同名二维直线段中最长的二维直线段构建最长二维直线段集合，将集合中所有线段的所有像素通过相机参数反投影到三维网格模型上，所有反投影点所在的三角面片的所有顶点集合为三维网格模型多个边缘顶点集合；得到边缘顶点集合后，构造关于三维网格模型顶点的能量函数，并通过梯度下降法逐步优化三维网格模型顶点位置。本发明具有最大的直线信息量，可以最大程度地恢复模型边缘处精度和美观程度。

技术领域

本发明属于遥感测绘领域，尤其涉及一种附加多视线特征约束的城市场景网 格模型优化方法。

背景技术

基于多视角立体重建技术的三维重建是获取物体三角网格模型的重要方式 之一，其主要流程包括密集匹配生成点云、点云构网生成模型、模型纹理映射。 但是由于密集匹配算法的限制，最终生成的点云中不可避免地会包含一定数量的 噪声点，尤其是在重建物体的边缘区域。这类噪声难以通过点云滤波等方式去除， 导致重建所得的城市实景三维模型中存在错误的起伏，尤其在建筑边缘区域存在 扭曲或者过度圆滑的现象。城市场景中存在大量的规则建筑，需要对三维模型附 加平直化的约束，提高城市场景三维模型的精度及美观程度。

传统的网格模型优化方法是基于网格顶点在影像上的投影一致性最大来调 整初始网格模型上顶点坐标，由于影像一致性这一测度的特性，优化之后的模型 存在圆滑的现象，无法恢复建筑边缘等区域的平直性。在传统的优化方法基础上， 有一些工作也加入了直线约束，其中大部分的方法都是生成三维线段，并用三维 线段约束网格模型边缘上的顶点的移动，使其整齐的排列成一条直线。这些三维 线段是由二维多视线特征推导而来，与原始二维直线特征相比缺失了一定的信息 量。

传统的网格模型优化方法将三维模型顶点在多视影像上的投影点之间的影 像一致性测度作为能量函数，并通过最小化能量函数来优化初始三维模型的顶点。 由于影像灰度约束项和正则项的局限性，模型精化的过程中仍然无法恢复特别精 细和尖锐的特征。在此传统方法基础上附加线约束的现有技术则大都是基于三维 线特征约束的，三维线特征是由二维线特征推导而来，缺失了一部分信息量。因 此现有的模型优化方法存在以下缺点：

传统优化方法未顾及模型边缘处尖锐的特性，不满足有着大量平直建筑边缘 的城市场景模型优化需求；

有一些现有技术引入了线特征约束，但是存在线特征信息量缺失，且计算量 大的问题。

因此本发明了一种附加多视线特征约束的城市场景网格模型优化方法，在基 于影像一致性优化全局的网格模型顶点位置的基础上，引入信息量最大的多视二 维线特征构造直线约束，附加对网格边缘区域顶点上，丰富模型细节的同时恢复 建筑边缘区域平直锐利的特性。

发明内容

本发明对网格模型顶点坐标进行优化，使得每一个顶点在多视影像上一致性 最大。同时在边缘区域顶点上附加多视线特征约束，使顶点排列成整齐一条直线。 要实现以上功能，本发明所要解决的技术问题：三维网格模型的边缘处易受噪声 影响出现扭曲过度圆滑的现象，这是由于密集匹配算法的限制，而基于影像灰度 一致性的优化方法不能解决这一问题。

本发明提出了一种附加多视线特征约束的城市场景网格模型优化方法，包括 以下步骤：

步骤1：将多视影像序列中每帧多视影像通过直线段提取算法提取出多条二 维直线段；构建每条二维直线段的二进制描述符，并在连续的两帧多视影像之间 利用二维直线段的二进制描述符匹配二维直线段，得到多组同名的二维直线段；

步骤2：选择每组同名二维直线段中长度最长的二维直线段构建最长二维直 线段集合，将最长二维直线段集合中每条线段上的每一个像素通过各自的相机位 姿参数反投影到三维网格模型上，所有反投影点在三维网格模型上所处的三角面 片的所有顶点集合即为三维网格模型多个边缘顶点集合；