[发明专利]一种基于神经辐射场的燃气厂站三维重建方法及装置

说明书

本发明提供一种基于神经辐射场的燃气厂站三维重建方法及装置。所述方法包括：获取由成像设备采集的多视点下燃气厂站的二维图像，以及被观察点的空间坐标和视角；构建以被观察点的空间坐标和视角为输入、以用颜色值和透明度表示的二维成像结果为输出的神经辐射场模型，并利用多视点下的二维图像对所述模型进行训练；将被观察点的空间坐标和视角输入训练好的模型，得到视点对应的二维成像结果，基于多个视点对应的二维成像结果进行燃气厂站三维重建。本发明通过构建神经辐射场模型，可基于多个视点的二维图像实现燃气厂站三维重建。本发明获得的二维图像可重复多次使用，无需实地实景观察。

技术领域

本发明属于三维重建技术领域，具体涉及一种基于神经辐射场的燃气厂站三维重建方法及装置。

背景技术

燃气厂站真实环境有效重建是无人值守系统平稳运行的基础之一。具体而言，这一技术可提供厂站范围内的高保真地图，为实地/远程/自动化巡检、筛查、定位、导航等任务提供准确而充分的先验知识。一般情况下，燃气行业从业者习惯于获取摄制二维图像，该过程十分简单。然而，捕获并展示一个三维场景则是十分繁琐的。

目前，在实际运营中，燃气厂站已有诸多在计算机中进行三维展示与部署的典型方案，现有手段按照技术路线可分为如下三种：一是计算机辅助设计(CAD)，多用几何形态清晰、数学表达明确的基础模块构建三维对象，主要用于展示厂站的建设概念、设计思想以及整体架构轮廓，但无法描绘出厂站实景；二是传统视图合成技术，以多个摄像机视点拍摄同一物体，并将拍摄结果合成为该物体的三维表示。这一技术失真度较高，且仅能处理背景纯净的较小物体，但无法处理大面积区域的全景；三是实景描绘技术，需专人依靠专业软件对厂站进行实地描绘，对于专业技能的要求较高，且耗费巨大的时间、经济和人力成本。

为了解决燃气厂站的三维场景高保真重建这一技术难题，本发明提出了一种基于神经辐射场的燃气厂站三维重建技术。本发明所提供的神经辐射场模型可输出由观察点观察到的二维图像，无需实地实景观察，当变换、累计足够的视点时即可直接模拟出人类对场景的三维观察过程。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于神经辐射场的燃气厂站三维重建方法及装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

第一方面，本发明提供一种基于神经辐射场的燃气厂站三维重建方法，包括以下步骤：

获取由成像设备采集的多视点下燃气厂站的二维图像，以及被观察点的空间坐标和视角，视角为视点o与被观察点s的连线os的方向角；

构建以被观察点的空间坐标和视角为输入、以用颜色值和透明度表示的二维成像结果为输出的神经辐射场模型，并利用多视点下的二维图像对所述模型进行训练；

将被观察点的空间坐标和视角输入训练好的模型，得到视点对应的二维成像结果，基于多个视点对应的二维成像结果进行燃气厂站三维重建。

进一步地，所述被观察点的空间坐标是在以任一视点o为原点的三维直角坐标系下的坐标，表示为三元组(x,y,z)，视角为连线os与y轴的夹角和连线os在平面xoz内的投影与x轴的夹角θ，表示为二元组

更进一步地，所述二维成像结果的成像平面为过o点且垂直于连线os的平面Ψ。

更进一步地，所述模型为从五元组到四元组(r,g,b,α)的映射，r、g、b、α分别表示红、绿、蓝的颜色值和透明度。

更进一步地，所述模型的输入为被观测点和以所述被观测点为中心的3*3*3立方体的8个顶点的五元组