[发明专利]空间平面关系约束的三维重建方法及装置

权利要求书

1.一种空间平面关系约束的三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

对RGB-D图像进行处理，得到多个面元；

根据面元更新次数动态划分邻域范围，以邻域范围内的面元为支撑面元，通过法向量、灰度及深度信息滤除不一致的支撑面元得到共面支撑面元集和平行平面支撑面元集，通过计算当前平面与垂直平面的空间变换关系，将共面邻域变换到垂直平面上，选定对应区域的面元为垂直支撑面元集；

将所述共面支撑面元集、所述平行平面支撑面元集和所述垂直支撑面元集为约束条件优化当前面元的中心位置和法向量；

对当前RGB图像进行平面检测，分割出不同的局部平面投影区域，通过局部平面内的面元和全局三维模型中的面元匹配情况，结合匹配到的面元的所属全局平面，选取与局部平面所包含面元匹配度最高的全局平面作为局部平面所匹配到的全局平面；

将局部平面中心向其所匹配的全局平面做垂直投影得到中心投影点，将所述中心投影点和局部平面的原中心点做动态加权融合，得到新的局部平面中心，根据局部平面中心的位置变化对局部平面内的面元中心位置进行调整；

根据所有面元集合组建全局三维模型，输出所述RGB-D图像的三维重建结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，创建所述共面支撑面元集、所述平行平面支撑面元集和所述垂直支撑面元集，包括：

与当前面元中心点在二维图像的投影点距离小于半径r的范围内为当前面元共面邻域，共面领域内的面元选取为所述共面支撑面元集；

将当前面元所在平面的共面邻域垂直投影到其平行平面，共面邻域投影范围内的面元为所述平行平面支撑面元集；

根据一致性筛选条件滤除共面支撑面元集、平行平面支撑面元集中不一致的支撑面元；

选取与当前面元垂直的垂直平面，将当前面元的共面邻域范围对应变换得到所述垂直平面上垂直邻域，选取垂直邻域内的面元组成所述垂直支撑面元集。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述半径r的确定方式为：

r＝min(k*t_s+r₀，r_max)，

其中，t_s是当前面元S的更新次数，r_max是邻域半径r的上界，r₀为其初始值，系数k控制着邻域搜索范围的扩展速度。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据一致性筛选条件滤除共面支撑面元集、平行平面支撑面元集中不一致的支撑面元，包括：

通过设置最大偏差角阈值来滤除法向量与当前面元偏差大于最大偏差角阈值的平行平面支撑面元；

通过综合高斯概率模型估计共面支撑面元与当前面元的一致性概率，从共面支撑面元集中滤除一致性概率低于预设值的共面支撑面元。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，选取与当前面元垂直的垂直平面，当前面元的共面邻域范围对应变换得到所述垂直平面上垂直邻域，选取垂直邻域内的面元组成所述垂直支撑面元集，包括：

将当前平面α与垂直平面β缩放到同一尺度，缩放后的平面用α′表示，在平面α′的点与垂直平面β上的点之间建立位置对应关系；

将当前面元的共面邻域范围对应变换得到所述垂直平面上垂直邻域，选取垂直邻域内的面元组成所述垂直支撑面元集。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述共面支撑面元集、所述平行平面支撑面元集和所述垂直支撑面元集为约束条件优化当前面元的中心位置和法向量，包括：

将所述共面支撑面元集、所述平行平面支撑面元集和所述垂直支撑面元集带入共面支撑面元与当前面元共面、平行支撑面元与当前面元法向量相同、垂直支撑面元与当前面元法向量夹角为90度的三种关系，最小化在三个支撑面元集上分别做平面拟合的能量函数。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，局部平面的中心点位置及法向量分别为其所包含面元的中心点及法向量的均值，局部平面的权重为其所包含面元的权重之和。