[发明专利]一种基于影像外方位元素的三维结构重建装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于影像外方位元素的三维结构重建装置及方法，属于近景摄影测量学和计算机视觉技术领域，所述装置包括U型支撑架、第一矩形支撑架、第二矩形支撑架、处理器、脚螺旋、RTK模块、转动轴、垂直制动螺旋、三轴倾角传感器、相机、水平制动螺旋、基座、圆柱形托盘、三脚架以及显示面板；本方案利用实时RTK模块为曝光瞬间图像提供精确的空间位置，利用三轴倾角传感器获取曝光瞬间相机的姿态信息，本发明将运用相机拍摄得到待重构的地理场景图像与测量地理场景中的地面控制点两部分工作合并，能够有效解决特征匹配困难，高效实现SFM三维重建，为提高SFM三维重建的精度，特殊地理场景重建提供了数据获取和支持。

技术领域

本发明属于近景摄影测量学和计算机视觉技术领域，尤其涉及一种基于影像外方位元素的三维结构重建装置及方法。

背景技术

运动恢复结构（Structure-from-Motion，简称SFM）是一种能够从多张图像或视频序列中自动地恢复出相机参数以及场景三维结构的技术。鉴于SFM对于图像序列中的特征点跟踪的准确性有较强的依赖性，如果场景中的遮挡或者图像噪声导致了特征跟踪的不准确或跟踪寿命较短，SFM重建精度就会受到很大影响，重建的精度较低。对于如海岸带、草地、光秃的山体等颜色纹理较为接近且难以实现图像特征跟踪的地理场景较难实现SFM三维重建。为了解决特征匹配困难又可以顺利实现SFM三维重建的目的，拟借助测量学领域的RTK设备和通讯领域的倾角传感器设备获取相机曝光瞬间图像外方位元素的情况下，结合序列影像之间的重叠关系实现SFM地面点坐标量测。

另一方面，在小区域地理场景恢复过程中，通常是运用普通数码相机拍照获得影像序列的基础上，结合运动恢复结构技术实现相似地理模型重构。在实际作业过程中，通常还需要利用全站仪、RTK（Real - time kinematic）实时差分定位测量设备等获取被测区域中所需要的地面控制点坐标辅助实景三维模型重建。

另外，在立体像对中的场景存在遮挡或图像噪声导致特征跟踪不准确时，现有SFM数据采集装置难以采集准确数据进行立体解析或运动恢复结构重建三维模型。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于影像外方位元素的三维结构重建装置及方法将影像数据获取和地面控制点坐标量测两部分工作合并，在顺利实施三维重建工作的基础上可以提供作业的效率和精度，解决了现有SFM数据采集装置难以采集准确数据，并进行立体解析或运动恢复结构重建三维模型的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种基于影像外方位元素的三维结构重建装置，包括U型支撑架、第一矩形支撑架、第二矩形支撑架、处理器、脚螺旋、RTK模块、转动轴、垂直制动螺旋、三轴倾角传感器、相机、水平制动螺旋、基座、圆柱形托盘、三脚架以及显示面板；

所述U型支撑架的上端与RTK模块连接；所述RTK模块与处理器通信连接；所述U型支撑架的下端与基座的上端外侧边缘连接；所述基座的上端外侧中心与脚螺旋的下端连接；所述基座的下端与三脚架连接；所述脚螺旋的上端与圆柱形托盘的下端连接；所述圆柱形托盘的外侧与水平制动螺旋连接；所述圆柱形托盘的上端内侧中心位置与处理器连接；所述显示面板相对处理器设置于圆柱形托盘的上端外侧中心位置，且与处理器通信连接；所述圆柱形托盘的上端外侧边缘沿直径分别与第一矩形支撑架的下端和第二矩形支撑架的下端连接；所述第一矩形支撑架的上端靠近第二矩形支撑架的一侧与转动轴的一端连接；所述第二矩形支撑架的上端靠近第一矩形支撑架的一侧与转动轴的另一端连接；所述第二矩形支撑架的上端远离第一矩形支撑架的一侧与垂直制动螺旋连接；所述三轴倾角传感器设置于转动轴的内部中心位置处；所述三轴倾角传感器与处理器通信连接；所述转动轴与三轴倾角传感器连接处的相邻侧与相机连接；所述相机与处理器通信连接。