基于SFM和CMVS／PMVS的建筑物点云重构方法研究

来 提取 匹配 图像 上 的特 征点 ， 一 系列 匹配点从 每两 幅 图像 中搜 索到 后 ， 便 被纳 入轨迹 中。而轨 迹 为多视 图间
匹配 点 的连通 集 ， 用 多于 两个特 征 点一致 的轨迹 进行 重构 来恢 复 每幅 图像 的相机 参 数和 每个 匹配轨 迹 的三
维位 置信 息Ｉ ｌ Ｏ ｌ 。如 有 ｍ 幅图像 ， 空间 中 １ ７ ， 个点， 有 方程
第 ３ ２卷 第 ３期
２ ０１ ５年 ９ 月
苏 州 科 技 学 院 学 报 （自 然 科 学 版 ）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｕ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ（ Ｎａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ）
ｉ ＝ １ ， …， ｍ； ｊ ＝ ｌ ， …， ／ ＇ ｔ （ １ ）
其中， 粕 为第 ｉ 幅图像 中第 个点 的二 维 信息 ， 为第 个 点 的三 维位 置信 息 ， 只为第 ｉ 幅 图像 的投 影 矩 阵 ， 由 ｍ・ ／ ＇ ｔ 个 二维 信息 ， 估算 ｍ个 投影 矩阵 以及 ｎ个点 的三维 位置 信息 。Ｓ Ｆ Ｍ算 法示 意 图如 图 １ 所示 。
关键词 ： Ｌ ａ ｄ ｙ ｂ ｕ ｇ ３ ； Ｓ Ｉ Ｆ ｒ ； Ｓ Ｆ Ｍ； Ｃ ＭＶ Ｓ ／ Ｐ Ｍ Ｖ Ｓ ； 三 维 点 云 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ 文 献标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ：１ ６ ７ ２ — ０ ６ ８ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ ３ — ０ ０ ６ ０ — ０ ５
换（ Ｓ Ｉ Ｆ ｔ ） 来 提 取 和 匹 配 图像 上 的特 征点 并 计 算 多 视 图之 间 的几 何 关 系 ， 然后由 Ｓ Ｆ Ｍ 分 析 相 机 运 动 进 而 寻 找 三 维 点
云结构 ， 利用 Ｃ Ｍ Ｖ Ｓ对 图像 进 行 聚簇 ； 最后 ， 采 用 基 于面 片模 型 的 Ｐ ＭＶ Ｓ通 过 匹 配 、 扩展 、 过 滤 三 个 阶段 来 完成 密 集 匹 配 同 时 生成 稠 密 三 维 点 云 。实验 结 果 表 明 ． 算 法 能 够 有 效地 重 构 建 筑 物 三 维 点 云 ， 对 三维 重 建 有 一 定 的 参考 价 值 ， 对 运 动恢 复 结 构 （ Ｓ Ｆ Ｍ） 和多视角密集 匹配（ Ｃ ＭＶ Ｓ ／ Ｐ Ｍ Ｖ Ｓ ） 的 三维 点 云 重 构
进行研究 ， 介 绍 了从 Ｌ ａ ｄ ｙ ｂ ｕ ｇ ３全 景 相 机 采 集 到 的 图像 进 行 建 筑 物 的 三 维 点 云 重 构 过程 。首 先利 用 尺 度 不 变 特 征 变
稀疏 重 构 ， 进 而使 用 Ｃ ＭＶ Ｓ 圆、 Ｐ ＭＶ Ｓ ｐ － ４ ］ 算法 ， 得 到重 构后 的稠 密 三维 点 云 ， 为下一 步 街景 三 维重 建Ｉ ５ 】 研 究 提供 依据 。文 中获取 三维 点云 的方法 相对 于激光 扫描设 备 获取 三维点 云嘲 的方法 成本低 ， 相 对于航 拍 方式车 载获
Ｖｏ Ｉ ． ３ ２ Ｎｏ ． ３
Ｓｅ ｐ． ２ ０１ ５
基于 Ｓ Ｆ Ｍ和 Ｃ ＭＶ Ｓ ／ Ｐ ＭＶ Ｓ的
建筑物点云重构方法研究
张 平 ，王 山 东 ，黄 瑾 娉 ，周 明 明 。
（ １ ． 安 徽 工业 大学 计 算 机科 学 与技 术 学 院 ， 安徽 马鞍山 ２ ４ ３ ０ ３ ２ ； ２ ． 河 海 大 学 地 球 科学 与工 程 学 院 ， 江苏 南京 ２ １ ０ ０ ９ ８ ）
取 的是 近景影 像 ． 同时该 方法使 用 自标定 获取相 机参 数 ， 规避了 Ｌ ａ ｄ ｙ ｂ ｕ ｇ ３全 景相机 不易 标定 ＿ ７ Ｊ 的特点 。
１ 运动恢复结构 Ｓ Ｆ Ｍ 算 法
运 动恢 复结构 Ｓ Ｆ Ｍ（ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ｍ ｏ ｔ ｉ ｏ ｎ ） 是 一种 相机标 定方 法 。首先 由尺度 不变 特 征变换 Ｓ Ｉ Ｆ Ｆ Ｉ 卅 算法
随着 智 慧城市 的建设 在我 国蔚 然兴起 ， 对 城市街 景 的三维 重建 显得更 加重要 ， 城 市场景 中包 含多 种不 同 类 型 的 目标 物体 ， 比如建 筑物 、 道路 、 树木、 桥梁 、 路 灯等 。针对 这些 不 同类 型 的 目标 物体 ， 三维 重建 的方法 也 有 所不 同 。 建筑 物是 城市 场景 中的 主要组成 部分 ， 城 市场景 中建 筑物三 维重 建 已成为研 究热 点 。 三维 城市 建 筑 物 重建 的数 据 源主要 有 ： （ １ ） 激 光扫 描设 备所 获取 的三维 点云 数据 ； （ ２ ） 基于 车载 、 航拍 等 二 维数 据 生成 的 三维 点云 数据 。文 中研 究 的是城 市街 景 中建 筑物 三维 点云 重构 的方 法 ，使用 的 图像数 据 由车 载 Ｌ ａ ｄ ｙ ｂ ｕ ｇ ３ 、
Ｓ Ｆ Ｍ 中每 幅 图像 对应 的相机 被 ７个 参数 确 定 ， 包括 旋 转矩 阵 Ｒ 和平 移 坐标 ｔ 的 ６个 外 参 ， 和一个 相机
内参焦 距 厂 ， 在 相 机 和场 景被 重 构过 程 中 ， 按 重投 影 误差 最 小原 则 ， 为 避免 运 动恢 复 结构 中因 陷入 不 良局部
Ｇ Ｐ Ｓ接 收器 、 移动 工作 站及配 套设 备完 成 ， Ｌ ａ ｄ ｙ ｂ ｕ ｇ ３是 Ｐ ｏ ｉ ｎ ｔ Ｇ ｒ ｅ ｙ 公 司发 布 的 ３ ６ ０ 。 全景视 觉产 品。通过 匹配 图像 之 间的特 征点 ， 利用 Ｓ Ｆ Ｍ ［ 】 算 法 对 匹配结 果进 行计 算得 到相 机位 置等 场景 信息 ， 将 得 到的 三维 点云 进行