[发明专利]一种基于图像分析技术的桥梁三维模型自动构建方法

说明书

本发明涉及一种基于图像分析技术的桥梁三维模型自动构建方法，该方法基于施工现场布设的摄像头，根据摄像头获取的单目图像信息，进行视觉定位，通过计算可以确定目标点的空间几何信息，和其在图像中的二维坐标。之后求取目标物的距离，通过几何学来反演桥梁构件的几何尺寸，从而获得桥梁基本体素，采用分类方法进行桥梁构件的分类和识别。最终，从获取的桥梁构件图像数据中，提取出构件的基础数据(如长、宽、高)，将该数据转化为BIM软件能识别的语言，同时，BIM软件基于此项数据，能在BIM软件中自动进行建模，实现图像数据与BIM数据的智能化转换。

技术领域

本发明涉及桥梁三维建模领域，特别是涉及一种基于图像分析技术的桥梁三维模型自动构建方法。

背景技术

传统的建筑物三维重建方法主要有三种：基于几何造型的方法、基于扫描仪器获取物体表面三维信息的方法、基于图像的三维重建方法。基于图像的三维重建技术，采用单幅图像或多幅图像，实现对目标场景的三维重建，并紧随着摄影测量与计算机视觉等学科的发展而迅速成长；基于单幅图像的三维重建是利用单张图像中的二维特征，通过逆求解物理或者光学成像过程解算物体可见表面的三维信息。对建筑物内构件的识别，传统的方法是三维激光扫描和多重合度拍摄。

在施工现场应用摄像头监控施工进度、工人行为等，已成为了常态化的手段，而在施工过程中使用BIM技术进行碰撞检查、施工模拟也已经是行业应用的常规方式。但如何解决智慧工地与BIM相结合，实现数字化和信息化结合是目前行业应用中亟待解决的问题。如果能利用施工现场智慧工地系统下智能监控所采集到的图像信息，经数据提取与加工，导入BIM软件中实现智能三维模型重构，无疑将会省去大量的建模时间，同时也能实时监控工程项目的进度。

目前，基于图像分析的桥梁构件三维重构技术研究仍是空白，作为信息化、数字化和智能化深度融合的重要体现，大力研究该技术对加快建筑业转型升级，提升生产效率、技术水平和产品质量，降低能耗资源，实现建造过程中的智能化和绿色化发展具有重要意义。

发明内容

本发明提出的基于图像分析技术的桥梁三维模型自动构建方法，具体步骤如下：

(1)根据摄像头获取的单目图像信息，进行视觉定位。单目视觉定位的目的是利用摄像头所获取的目标图像来确定其空间定位信息。一是可以从获取的二维图像中推导出物体的空间几何信息，通过摄像头标定过程中所建立的摄像机模型以及求解出的内外参数，可以确定图像坐标中的某一目标点与其在空间直线上所对应的实际点之间的关系，通过这样的两幅图像，再根据两条直线的交点，就可以确定这一目标点的空间几何信息；二是可以根据物体的空间信息计算出它在图像中的二维坐标。

(2)通过单目视觉测量来获取相关数据，完成测距模型的选择、摄像机外参数的标定，求取目标物的距离。最后通过几何学来反算桥梁构件的几何尺寸，从而获得桥梁基本体素。

(3)本发明主要针对对梁、柱、墩等构件进行识别。基于图像分析的桥梁构件识别主要流程为图像预处理、构件特征提取、构件分类识别三个步骤。

a、图像预处理阶段主要包括图像灰度化、图像降噪、图像分割、形态学处理以及位置归一化等几个环节。这几个环节需要根据实际的识别情况选择应用，如需要选取颜色特征时则不进行图像灰度化。

b、在特征提取阶段，可用于识别的桥梁构件特征，有形状特征、纹理特征和颜色特征。形状特征有基于区域的几何特征、不变矩特征以及构件的结构特征。

c、在分类识别阶段，则是采用分类方法进行桥梁构件的分类和识别，最后得到各种处理数据和识别结果。

(4)由摄像头获取的桥梁构件图像数据，提取出构件的基础数据(如长、宽、高)，将该数据转化为BIM软件能识别的语言，同时，BIM软件基于此项数据，能在BIM软件中自动进行建模，实现图像数据与BIM数据的智能化转换。