一种基于重建模型吻合度的空间目标三维重建评估方法及应用技术

一种基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法及应用，它属于计算机图形学和计算机视觉技术领域。本发明专利技术解决了传统方法存在的评估需要依赖于原始模型信息，且评估仅限于重构模型的局部，不能够对三维重建模型的吻合度进行评估的问题。利用特征边缘直线拟合方程与残差、特征边缘直线的平行度、特征边缘直线的直角性吻合度和特征相邻面的直角性吻合度来评估重建模型吻合度，相比较于现有方法，本发明专利技术的评估方法不需要依赖于原始目标信息，应用性更广；而且本发明专利技术的方法克服了传统方法的只能对重建模型局部进行评估的局限，可以评估三维重建模型整体上的吻合程度。本发明专利技术可以应用于计算机图形学和计算机视觉技术领域用。

【技术实现步骤摘要】
一种基于重建模型吻合度的空间目标三维重建评估方法及应用
本专利技术属于计算机图形学和计算机视觉
，具体涉及一种基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法及应用。
技术介绍
三维重建一直是近些年计算机视觉、计算机图形学领域非常重要的研究内容，通过重构模型与原模型的各部分特征位置比对，可以作为目标判断的合理依据，在计算机视觉三维重建若干技术研究中，传统的评估方法为先将重建图像与原始图像中的曲线对齐，再取重建曲线中的某部分点计算他们到原始曲线的最近距离，进而得到三维重建的精度，该方法充分利用了原始模型的信息，可以通过精度分析得到重建结果的变形程度等，从而对目标三维重建进行评估；虽然传统方法能够对三维重建进行评估，但是评估需要依赖于原始模型信息，因此应用受到一定的局限性；而且传统方法仅限于评价重构模型局部的边缘拟合精度，局部平面变形程度或重构点密度，不能够对三维重建的吻合度进行评估。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决传统方法存在的评估需要依赖于原始模型信息，且评估仅限于重构模型的局部，不能够对三维重建模型的吻合度进行评估的问题。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法，该方法的具体步骤为：步骤一、在重建模型的各个特征边缘直线周围分别选择部分重构点，对选择的重构点进行特征边缘直线拟合，得到特征边缘直线组；计算出选择的重构点与对应的特征边缘直线拟合方程的残差，来判断结构边缘的吻合度；即判断重构点与对应特征边缘直线拟合方程残差的绝对值是否在0～10-2范围内；若判断结果在0～10-2范围内，则执行步骤二，否则评估结束；步骤二、在步骤一的特征边缘直线组中，求得任意两条平行特征边缘直线的平行度，即判断任意两条平行特征边缘直线的夹角是否在±3°范围内；若判断结果为在±3°范围内，则执行步骤三，否则评估结束；步骤三、在步骤一的特征边缘直线组中，求得任意两条垂直特征边缘直线的直角性吻合度，即判断任意两条垂直特征边缘直线的夹角是否在87°～93°范围内；若判断结果为在87°～93°范围内，则执行步骤四，否则评估结束；步骤四、在重构模型中，选择构成特征相邻平面的部分重构点进行平面拟合，得到任意两个特征相邻面拟合平面方程；根据拟合平面方程，求得任意两个特征相邻面的直角性吻合度，即判断任意两个特征相邻面的夹角是否在87°～93°范围内；若判断结果为在87°～93°范围内，则认为三维重建模型符合吻合度的重建要求，否则三维重建模型不符合吻合度的重建要求。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法及应用，本专利技术利用选择的重构点与特征边缘直线拟合方程的残差评估三维重建结构边缘的吻合度；利用特征边缘直线的平行度和直角性吻合度来评估重建结构的尺寸吻合度；利用特征相邻面的直角性吻合度评估整体吻合度，相比较于传统方法，本专利技术的评估方法不需要依赖于原始目标信息，应用性更广；而且本专利技术的方法克服了传统方法的只能对重建模型局部进行评估的局限性；本专利技术的方法可以应用于对仿真方形卫星本体和仿真北斗卫星本体表面三维重建进行吻合度评估。本专利技术可以对三维重建整体的吻合度进行评价，填补了对三维重建结果评价
的空白。附图说明图1为本专利技术所述的一种基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法的流程图；图2为本专利技术实施例的仿真实验对象示意图；图3为本专利技术实施例的仿真实验三维稠密重构效果图；图4为本专利技术实施例的仿真卫星选取边缘特征直线示意图；图5为本专利技术实施例的边缘特征直线的拟合结果图；图6为本专利技术实施例的边缘特征直线的拟合残差图；图7为本专利技术实施例的特征相邻面的选取图；其中：白色平面1和灰色平面2互为特征相邻面；图8为本专利技术实施例的灰色平面2的拟合结果图；图9为本专利技术实施例的灰色平面2的拟合残差图；图10为本专利技术实施例的白色平面1的拟合结果图；图11为本专利技术实施例的白色平面1的拟合残差图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本专利技术技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本专利技术技术方案的精神和范围，均应涵盖在本专利技术的保护范围中。具体实施方式一：结合图1说明本实施方式。本实施方式所述的基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法，该方法的具体步骤为：步骤一、在重建模型的各个特征边缘直线周围分别选择部分重构点，对选择的重构点进行特征边缘直线拟合，得到特征边缘直线组；计算出选择的重构点与对应的特征边缘直线拟合方程的残差，来判断结构边缘的吻合度；即判断重构点与对应特征边缘直线拟合方程残差的绝对值是否在0～10-2范围内；若判断结果在0～10-2范围内，则执行步骤二，否则评估结束；步骤二、在步骤一的特征边缘直线组中，求得任意两条平行特征边缘直线的平行度，即判断任意两条平行特征边缘直线的夹角是否在±3°范围内；若判断结果为在±3°范围内，则执行步骤三，否则评估结束；步骤三、在步骤一的特征边缘直线组中，求得任意两条垂直特征边缘直线的直角性吻合度，即判断任意两条垂直特征边缘直线的夹角是否在87°～93°范围内；若判断结果为在87°～93°范围内，则执行步骤四，否则评估结束；步骤四、在重构模型中，选择构成特征相邻平面的部分重构点进行平面拟合，得到任意两个特征相邻面拟合平面方程；根据拟合平面方程，求得任意两个特征相邻面的直角性吻合度，即判断任意两个特征相邻面的夹角是否在87°～93°范围内；若判断结果为在87°～93°范围内，则认为三维重建模型符合吻合度的重建要求，否则三维重建模型不符合吻合度的重建要求。本实施方式中的步骤一至步骤四是评估三维重建模型吻合度的四个方面。由于目前空间飞行器的外形部分大多为规则几何体，当无法得知空间重建目标的具体标准模型时，本专利技术的基于重建模型吻合度的评估方法可以仅根据重建结果来进行评估，充分利用了重建模型中的对称结构。若该重构点取自该特征边缘直线的周围，则该特征边缘直线即为该重构点对应的特征边缘直线。具体实施方式二：本实施方式对实施方式一所述的一种基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法进行进一步的限定，本实施方式中步骤一中对选择的重构点进行特征边缘直线拟合的具体过程为：在特征边缘直线AB周围随机选取n个重构点作为观测点，第i个观测点的坐标值为(xi,yi,zi)，i＝1,2,…n；选取(x0,y0,z0)为特征边缘直线AB的拟合方程上的点的坐标，其中n个观测点的坐标组成n×3维的矩阵拟合特征边缘直线的方向向量通过所有观测点奇异值分解得到；所有观测点奇异值分解的具体过程为：矩阵AAH的特征值为λ1，λ2和λ3，其中：AH为矩阵A的共轭转置矩阵，则观测点奇异值σ1、σ2和σ3分别为和即拟合特征边缘直线AB的方向向量为(σ1,σ2,σ3)，则拟合特征边缘直线AB的表达式为：同理，对所有特征边缘直线进行拟合，即得到特征边缘直线组。具体实施方式三：本实施方式对实施方式二所述的一种基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法进行进一步的限定，本实施方式中步骤一中重构点与对应的特征边缘直线拟合方程的残差为或对于任意一条特征边缘直线，分别计算出当前特征边缘直线与对应选择的各重构点的残差的绝对值，在各重构点之间做比较，得到当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：步骤一、在重建模型的各个特征边缘直线周围分别选择部分重构点，对选择的重构点进行特征边缘直线拟合，得到特征边缘直线组；计算出选择的重构点与对应的特征边缘直线拟合方程的残差，来判断结构边缘的吻合度；即判断重构点与对应特征边缘直线拟合方程残差的绝对值是否在0～10‑2范围内；若判断结果在0～10‑2范围内，则执行步骤二，否则评估结束；步骤二、在步骤一的特征边缘直线组中，求得任意两条平行特征边缘直线的平行度，即判断任意两条平行特征边缘直线的夹角是否在±3°范围内；若判断结果为在±3°范围内，则执行步骤三，否则评估结束；步骤三、在步骤一的特征边缘直线组中，求得任意两条垂直特征边缘直线的直角性吻合度，即判断任意两条垂直特征边缘直线的夹角是否在87°～93°范围内；若判断结果为在87°～93°范围内，则执行步骤四，否则评估结束；步骤四、在重构模型中，选择构成特征相邻平面的部分重构点进行平面拟合，得到任意两个特征相邻面拟合平面方程；根据拟合平面方程，求得任意两个特征相邻面的直角性吻合度，即判断任意两个特征相邻面的夹角是否在87°～93°范围内；若判断结果为在87°～93°范围内，则认为三维重建模型符合吻合度的重建要求，否则三维重建模型不符合吻合度的重建要求。...

【技术特征摘要】
1.一种基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：步骤一、在重建模型的各个特征边缘直线周围分别选择部分重构点，对选择的重构点进行特征边缘直线拟合，得到特征边缘直线组；计算出选择的重构点与对应的特征边缘直线拟合方程的残差，来判断结构边缘的吻合度；即判断重构点与对应特征边缘直线拟合方程残差的绝对值是否在0～10-2范围内；若判断结果在0～10-2范围内，则执行步骤二，否则评估结束；步骤二、在步骤一的特征边缘直线组中，求得任意两条平行特征边缘直线的平行度，即判断任意两条平行特征边缘直线的夹角是否在±3°范围内；若判断结果为在±3°范围内，则执行步骤三，否则评估结束；步骤三、在步骤一的特征边缘直线组中，求得任意两条垂直特征边缘直线的直角性吻合度，即判断任意两条垂直特征边缘直线的夹角是否在87°～93°范围内；若判断结果为在87°～93°范围内，则执行步骤四，否则评估结束；步骤四、在重构模型中，选择构成特征相邻平面的部分重构点进行平面拟合，得到任意两个特征相邻面拟合平面方程；根据拟合平面方程，求得任意两个特征相邻面的直角性吻合度，即判断任意两个特征相邻面的夹角是否在87°～93°范围内；若判断结果为在87°～93°范围内，则认为三维重建模型符合吻合度的重建要求，否则三维重建模型不符合吻合度的重建要求。2.根据权利要求1所述的一种基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法，其特征在于，所述步骤一中对选择的重构点进行特征边缘直线拟合的具体过程为：在特征边缘直线AB周围随机选取n个重构点作为观测点，第i个观测点的坐标值为(xi,yi,zi)，i＝1,2,…n；选取(x0,y0,z0)为特征边缘直线AB的拟合方程上的点的坐标，其中n个观测点的坐标组成n×3维的矩阵拟合特征边缘直线的方向向量通过所有观测点奇异值分解得到；所有观测点奇异值分解的具体过程为：矩阵AAH的特征值为λ1，λ2和λ3，其中：AH为矩阵A的共轭转置矩阵，则观测点奇异值σ1、σ2和σ3分别为和即拟合特征边缘直线AB的方向向量为(σ1,σ2,σ3)，则拟合特征边缘直线AB的表达式为：同理，对所有特征边缘直线进行拟合，即得到特征边缘直线组。3.根据权利要求2所述的一种基于重构模型吻合度的空间目标三维重建评估方法，其特征在于，所述步骤一中重构点与对应的特征边缘直线拟合方程的残差为或对于任意一条特征边缘直线，分别计算出当前特征边缘直线与对应选择的各重构点的残差的绝对值，在各重构点之间做比较，得到当前特征边缘直线对应的残差绝对值的最大值；同理，分别计算出各个特征边缘直线对应的残差绝对值的最...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泽旭，苏宇，乔衍迪，李江，王洪亮，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23