[发明专利]一种保留拓扑信息的三维点云获取方法

权利要求书

1.一种保留拓扑信息的三维点云获取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、相机标定，获取相机内部参数，以矩阵的形式保存；

步骤2、通过围绕式或低空航拍的方式获取目标区域的图像数据；

步骤3、对获取的图像数据进行预处理；

步骤4、保留轮廓纹理拓扑关系的特征点提取；

步骤5、特征点匹配及过滤误匹配；

步骤6、利用步骤5中获取的匹配特征点对，根据三角形法解算三维点云；

步骤7、将步骤4获取特征点中包含的二维轮廓纹理拓扑信息映射到三维点云，将无组织的三维点云转变为可分类的、带有轮廓纹理拓扑信息的三维点云。

2.根据权利要求1所述的保留拓扑信息的三维点云获取方法，其特征在于：所述步骤3中的数据预处理包括：图像灰度化、高斯去噪和照片对齐。

3.根据权利要求2所述的保留拓扑信息的三维点云获取方法，其特征在于，所述照片对齐包括以下步骤：

步骤3.1、利用FAST算子提取特征点，并计算描述子；

步骤3.2、利用FLANN实现高效特征点匹配及双向匹配技术减少误匹配；

步骤3.3、利用RANSAC过滤误匹配；

步骤3.4、利用步骤3.3中获取的特征点对采用8点法解算基础矩阵，结合步骤1中已有的相机标定矩阵获取图像对的本质矩阵；

步骤3.5、利用步骤3.4中获取的图像对的本质矩阵，估算所有图像的匹配图像：

3.5a、通过将图像对的本质矩阵分解为旋转和平移两部分，获取两个相机之间的位置变换关系，以此类推可获取任意一对相机的位置变换关系；

3.5b、选取第一张图像，根据该图像与其他图像相对位置变换关系，选取图像对之间旋转和平移尺度最小的作为该图像的匹配图像；

3.5c、以第一张图像的匹配图像作为第二张待匹配图像并执行3.5a与3.5b，以此类推确定所有图像的匹配图像；

步骤3.6、假定第一张图像的相机矩阵固定且是标准型，利用步骤3.5a中获取的相机之间位置变换关系得到匹配图像对中另一张图像的相机矩阵，并以此获取所有图像的相机矩阵。

4.根据权利要求1所述的保留拓扑信息的三维点云获取方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤：

步骤4.1、利用Canny边缘提取算法提取每一幅图像中目标地物所有轮廓纹理特征，检测的轮廓纹理不建立等级关系，每一幅图像的轮廓纹理数据都保存在二维容器中，其中每条轮廓纹理数据保存为点数据格式；

步骤4.2、利用道格拉斯-普克算法对每一幅图像的每一条轮廓纹理点数据进行精简：

4.2a、保留精简后的轮廓纹理点，作为待匹配特征点，并标记其所属的图像和轮廓编号，每一幅图像的处理结果单独保存在一个二维容器中；

4.2b、保留精简前的轮廓纹理点，作为特征点匹配的特征点库。

5.根据权利要求3所述的保留拓扑信息的三维点云获取方法，其特征在于，所述步骤5包括如下步骤：

步骤5.1、利用SIFT算子对每一幅图像的待匹配特征点进行特征描述；

步骤5.2、特征点匹配：

5.2a、选取第一张图像，根据步骤3.5中获取的待匹配图像对，确定该图像的匹配图像；

5.2b、在匹配图像对中，一张图像上的待匹配特征点与匹配图像上的特征点库利用步骤3.4中获取本质矩阵确定的“极线约束”关系缩小搜索范围；

5.2c、利用FLANN实现高效匹配；

步骤5.3、利用RANSAC算法过滤误匹配。