[发明专利]一种基于骨架点局域动态更新的三维全局可视化监控系统构建方法

说明书

一种基于骨架点局域动态更新的三维全局可视化监控系统构建方法，该方法主要包括移动机器人视角场景三维重建系统、大范围多视角场景三维重建系统及骨架点三维定位及匹配系统，其实现步骤主要包括移动机器人视角场景三维重建、大范围多视角场景三维重建、全局坐标系下骨架点三维定位、累积误差的控制及大范围三维场景的实时更新。本发明结合固定放置的多视角摄像机（相机）及移动机器人承载的阵列相机（相机），通过骨架点三维定位及匹配方法，以完成大范围下实时三维场景重建，并结合局域差异化更新的方法，仅对三维场景中变化部分进行更新，极大提高了更新效率，既获得了良好的大范围场景的全局三维地图，并可对其进行实时更新。

技术领域

本发明涉及一种基于骨架点局域动态更新的三维全局可视化监控系统构建方法，可通过骨架点的局域动态更新实现对大范围场景的三维全局可视化监控，属于计算机视觉领域。

背景技术

大范围三维场景的三维全局可视化监控是计算机视觉领域的一个热门研究方向，它在工业监控、遗迹考古、虚拟现实等许多领域都有着广泛的应用前景。作为基础配套设施，目前各大工厂、变电站以及一些公共设施，均部署了摄像机，数量从几个至上百个不等，用以监控现场各部分是否正常运转，但目前的监控图像均为人力完成，而摄像机获取的二维图像对于场景信息损失较大，且与场景关联度较低，对于值守人员和管理者来说，不停地观看如此海量的视频信息是一个很大负担，也是一个不可持续的工作。但如果通过机器视觉的方法，将这些摄像机拍摄的图像实时重建为一个与真实的场景相似的三维空间，通过监控重建后的三维模型，实时了解场景内的动态，这样便能极大地减少工作人员的工作量，又能比较真实地掌握现场情况，还可以及时发现现场可能存在的问题，及时做出响应。

针对这些问题，近几年来，随着计算机视觉的发展，基于移动平台（车载式）的多摄像机区域巡视构建三位场景的技术及软件系统逐渐发展起来。但是，由于其建立整个三维场景需要对整个场景区域巡视，才能采集全部的图像数据采集，对于大范围三维场景，耗时较长，不能在较短的时间内实现整个三维场景的重建，更不能满足三维场景实时更新的要求，而且没有充分利用现场已有的多个摄像机视频信息。但利用现场已有的多个摄像机视频信息进行三维重建，又只能实现现场局部的三维场景快速重建，而不能获得全局三维地图，如果对局部信息进行三维点云拼接获得全局动态三维地图，又不能满足实时更新的需求。针对以上问题，本方案结合移动机器人的场景重建方法，并提出了一种基于骨架点匹配实现的三维场景重建方法。

发明内容

本发明提供一种基于骨架点局域动态更新的三维全局可视化监控系统构建方法，该方法通过立体视觉的三维重建技术，采用基于多摄像机的立体视角，结合移动机器人的区域性三维重建技术，并采用局域差异更新的方法，实现大范围场景下实时三维全局可视化监控。为了方便对变电站各个摄相机所采集的图像的区域进行识别以及对局部场景的重建，因此，在变电站各相机的视野范围区域加上人工标记的编码圆作为骨架点，用以识别区域位置。本发明的技术方案如下：一种基于骨架点局域动态更新的三维全局可视化监控系统构建方法，该方法主要包括：

（1）移动车载式摄像机三维场景重建系统：主要包含移动机器人平台及其所承载的阵列摄像机（相机），主要完成固定监控现场摄像机无法重建的局部区域重建；

（2）大范围多视角场景三维重建系统：主要由场景中含公共视野的多个固定放置的摄像机（相机）构成，主要完成固定监控区域的场景三维重建；

（3）骨架点三维定位及匹配系统：主要由有场景中人为设置的编码标记、场景中固定放置的摄像机及移动机器人承载的阵列相机共同构成，主要完成场景中骨架点的三维定位，以及如上（1）及（2）重建后的三维场景融合。