三维建模系统及三维建模方法技术方案

本发明专利技术提供三维建模系统及三维建模方法，系统部分包括空中视频获取单元、地面视频获取单元、处理器单元；方法部分包括以下步骤：S1、得到待建模区域的空中全景视频和地面全景视频；S2、根据空中全景视频和地面全景视频进行三维建模，得到三维实景模型。本发明专利技术的建模方法可以从视场角和连续场景两个维度增加对区域及区域中对象进行多视覆盖，在单次采集任务中尽可能多地完成场景信息获取；本发明专利技术将空中全景摄影测量与地面移动全景三维重建进行有效融合得到目标区域的精确几何模型与全方位纹理信息；本发明专利技术还通过近景全景数据弥补空中全景在覆盖侧面及底部场景的缺陷，降低数据采集的难度。集的难度。集的难度。

【技术实现步骤摘要】
三维建模系统及三维建模方法


[0001]本专利技术涉及三维建模领域，特别涉及三维建模系统及三维建模方法。

技术介绍

[0002]随着我国城市的快速发展，数字城市、智慧城市的潮流正影响着社会中的各行各业，对城市和地表对象的空间信息精细表达可为相关领域的管理决策提供有效辅助服务。三维模型既可定性反映对象的形状、颜色、纹理等样貌；亦可定量描述建模对象的位置参考、长度面积，以及体积等几何信息，因而受到广泛关注。三维模型的构建主要包括基于图形的建模与基于实景传感器建模两种方式。相较基于二维图形绘制三维虚拟模型的方法，实景传感器构建的三维模型可以更加真实客观地还原目标对象的实景信息。
[0003]实景三维重建作为摄影测量领域的研究热点，近年来，倾斜摄影测量、地面移动测量、地面/机载激光扫描等技术的发展给实景三维重建提供了多元化的数据源与处理方式。精密激光扫描仪设备造价昂贵且操作相对不便捷，倾斜摄影测量与地面移动测量成为更加普遍的建模方式。
[0004]倾斜摄影测量利用多传感器从不同的角度对目标进行影像采集，同时获取区域内地面及物体的顶部信息与侧面轮廓和纹理，结合内业处理生成三维实景模型等产品。倾斜摄影测量可以全面感知目标物的复杂场景，也提升了内业处理过程中的自动化程度与建模效率。但对于城市建筑物等地物，倾斜摄影难以获取所有地面侧面完整的信息，其建模结果往往存在纹理模糊、几何模型扭曲的情况。
[0005]地面移动测量系统搭载多方位相机等多种传感器，以车载或行人移动的采集方式围绕场景进行连续拍摄，获取场景地面与地物侧面的纹理信息。地面移动测量可以弥补倾斜摄影在建筑物密集地区的获取信息不足的缺点，提供清晰度高、重叠度大的影像数据。但地面移动测量系统无法同时获取地面及物体的顶部信息，依然无法单独实现场景的完整重建。

技术实现思路

[0006]本专利技术为解决上述问题，提供三维建模系统及三维建模方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用以下具体技术方案：
[0008]一种三维建模系统，包括：用于获取空中全景视频的空中视频获取单元、用于获取地面全景视频的地面视频获取单元、处理器单元；处理器单元用于根据空中全景视频和地面全景视频进行三维建模，得到三维实景模型；
[0009]空中视频获取单元包括用于进行空中移动的无人机、用于拍摄空中全景视频的空中全景相机；无人机与空中全景相机连接，带动空中全景相机进行空中移动数据采集；
[0010]地面视频获取单元包括用于进行地面移动的地面移动装置、用于拍摄地面全景视频的地面全景相机；地面移动装置与地面全景相机连接，带动地面全景相机进行地面移动数据采集；
[0011]处理器单元包括用于进行视频拼接的视频拼接模块、用于抽取地面关键帧的地面视频帧抽取模块、用于生成地面密集点云的地面密集点云生成模块、用于抽取空中关键帧的空中视频帧抽取模块、用于生成空中密集点云的空中密集点云生成模块、用于生成空地三维点云的点云融合模块、用于三维网格模型构建的三维网格构建模块、用于生成映射影像集的映射影像生成模块、用于选取最佳映射影像的最佳映射影像选取模块、用于生成三维实景模型的三维实景模型生成模块。
[0012]一种三维建模方法，包括以下步骤：
[0013]S1、通过空中视频获取单元和地面视频获取单元同时进行视频获取，得到待建模区域的空中全景视频和地面全景视频；
[0014]S2、通过处理器单元根据空中全景视频和地面全景视频进行三维建模，得到三维实景模型。
[0015]优选地，在步骤S1前，还包括以下步骤：
[0016]S0、在待建模区域的地面及物体侧面均匀布设标志点组，建立坐标系，测量标志点组包含的所有标志点的现实三维坐标。
[0017]优选地，步骤S2包括以下步骤：
[0018]S201、通过处理器的视频拼接模块，使用球形全景模型对空中全景视频和地面全景视频进行拼接，得到空地全景视频；
[0019]S202、通过处理器的地面视频帧抽取模块对地面全景视频进行视频帧自适应抽取，得到用于三维重建的地面关键帧组；通过处理器的地面密集点云生成模块，根据标志点组对地面关键帧组进行空中三角测量，根据地面关键帧组获取地面多视影像集，并根据地面多视影像集进行立体重建，得到地面密集点云；
[0020]通过处理器的空中视频帧抽取模块对空中全景视频进行视频帧自适应抽取，得到用于三维重建的空中关键帧组；通过处理器的空中密集点云生成模块，根据标志点的测量平差对空中关键帧组进行空中三角测量，根据空中关键帧组获取空中多视影像集，并根据空中多视影像集进行立体重建，得到空中密集点云；
[0021]S203、通过处理器的点云融合模块对地面密集点云和空中密集点云进行点云配准，并对配准后的地面密集点云和空中密集点云进行融合，得到空地三维点云；
[0022]S204、通过处理器的三维网格构建模块，根据空地三维点云，构建三维网格模型；通过处理器的纹理影像生成模块，对三维网格模型的每个网格面片生成映射影像，得到每个网格面片的映射候选影像集；通过处理器的最佳映射影像选取模块，在映射候选影像集中选取最佳映射影像；通过处理器的三维实景模型生成模块，根据最佳映射影像进行纹理映射，生成三维实景模型。
[0023]优选地，在步骤S202中，对地面全景视频进行视频帧自适应抽取包括以下步骤：
[0024]通过地面视频帧抽取模块对比地面全景视频的相邻视频帧的相似度，去除停留片段视频帧；
[0025]获取地面全景视频中每帧视频帧的左视切片和右视切片，根据相邻侧视切片之间的相对水平位移进行计算，去除旋转片段视频帧；
[0026]设定进行去除后的地面全景视频的第一帧视频帧为第一地面关键帧，计算后续视频帧与前一关键帧之间的重叠率，并与预设重叠率阈值进行对比，视频帧中与前一关键帧
之间的重叠率满足预设重叠率阈值的视频帧选取为当前关键帧，直至遍历所有视频帧，得到地面关键帧组；
[0027]根据地面关键帧组获取地面多视影像集包括以下步骤：
[0028]根据地面关键帧组中的每帧地面关键帧的左视切片和右视切片，对相邻关键帧进行最优交会视角切片，得到地面多视影像集。
[0029]优选地，在步骤S202中，对空中全景视频进行视频帧自适应抽取包括以下步骤：
[0030]通过空中视频帧抽取模块对比空中全景视频的相邻视频帧的相似度，去除停留片段视频帧；
[0031]获取空中全景视频中每帧视频帧的下视切片，根据相邻下视切片之间的重心坐标变化进行计算，去除旋转片段视频帧；
[0032]设定进行去除后的空中全景视频的第一视频帧为第一空中关键帧，计算后续视频帧与前一关键帧之间的重叠率，并与预设重叠率阈值进行对比，视频帧中与前一关键帧之间的重叠率满足所述预设重叠率阈值的视频帧选取为当前关键帧，直至遍历所有视频帧，得到空中关键帧组；
[0033]根据空中关键帧组获取空中多视影像集包括以下步骤：
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维建模系统，其特征在于，包括：用于获取空中全景视频的空中视频获取单元、用于获取地面全景视频的地面视频获取单元、处理器单元；所述处理器单元用于根据所述空中全景视频和所述地面全景视频进行三维建模，得到三维实景模型；所述空中视频获取单元包括用于进行空中移动的无人机、用于拍摄空中全景视频的空中全景相机；所述无人机与所述空中全景相机连接，带动所述空中全景相机进行空中移动数据采集；所述地面视频获取单元包括用于进行地面移动的地面移动装置、用于拍摄地面全景视频的地面全景相机；所述地面移动装置与所述地面全景相机连接，带动所述地面全景相机进行地面移动数据采集；所述处理器单元包括用于进行视频拼接的视频拼接模块、用于抽取地面关键帧的地面视频帧抽取模块、用于生成地面密集点云的地面密集点云生成模块、用于抽取空中关键帧的空中视频帧抽取模块、用于生成空中密集点云的空中密集点云生成模块、用于生成空地三维点云的点云融合模块、用于三维网格模型构建的三维网格构建模块、用于生成映射影像集的映射影像生成模块、用于选取最佳映射影像的最佳映射影像选取模块、用于生成三维实景模型的三维实景模型生成模块。2.一种三维建模方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过空中视频获取单元和地面视频获取单元同时进行视频获取，得到待建模区域的空中全景视频和地面全景视频；S2、通过处理器单元根据所述空中全景视频和所述地面全景视频进行三维建模，得到三维实景模型。3.如权利要求2所述的三维建模方法，其特征在于，在所述步骤S1前，还包括以下步骤：S0、在所述待建模区域的地面及物体侧面均匀布设标志点组，建立坐标系，测量所述标志点组包含的所有标志点的现实三维坐标。4.如权利要求3所述的三维建模方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S201、通过处理器的视频拼接模块，使用球形全景模型对所述空中全景视频和所述地面全景视频进行拼接，得到空地全景视频；S202、通过所述处理器的地面视频帧抽取模块对所述地面全景视频进行视频帧自适应抽取，得到用于三维重建的地面关键帧组；通过所述处理器的地面密集点云生成模块，根据所述标志点组对所述地面关键帧组进行空中三角测量，根据所述地面关键帧组获取地面多视影像集，并根据所述地面多视影像集进行立体重建，得到地面密集点云；通过所述处理器的空中视频帧抽取模块对所述空中全景视频进行视频帧自适应抽取，得到用于三维重建的空中关键帧组；通过所述处理器的空中密集点云生成模块，根据所述标志点的测量平差对所述空中关键帧组进行空中三角测量，根据所述空中关键帧组获取空中多视影像集，并根据所述空中多视影像集进行立体重建，得到空中密集点云；S203、通过所述处理器的点云融合模块对所述地面密集点云和所述空中密集点云进行点云配准，并对配准后的所述地面密集点云和所述空中密集点云进行融合，得到空地三维点云；S204、通过所述处理器的三维网格构建模块，根据所述空地三维点云，构建三维网格模型；通过所述处理器的纹理影像生成模块，对所述三维网格模型的每个网格面片生成映射
影像，得到每个网格面片的映射候选影像集；通过所述处理器的最佳映射影像选取模块，在所述映射候选影像集中选取最佳映射影像；通过所述处理器的三维实景模型生成模块，根据所述最佳映射影像进行纹理映射，生成三维实景模型。5.如权利要求4所述的三维建模方法，其特征在于，在所述步骤S202中，对所述地面全景视频进行视频帧自适应抽取包括以下步骤：通过所述地面视频帧抽取模块对比所述地面全景视频的相邻视频帧的相似度，去除停留片段视频帧；获取所述地面全景视频中每帧视频帧的左视切片和右视切片，根据相邻侧视切片之间的相对水平位移进行计算，去除旋转片段视频帧；设定进行去除后的地面全景视频的第一帧视频帧为第一地面关键帧，计算后续视频帧与前一关键帧之间的重叠率，并与...

【专利技术属性】
技术研发人员：常远，段龙梅，徐彤，郭春阳，赵先洋，吕大邦，尹秋文，刘凡，
申请(专利权)人：吉林省交通规划设计院，
类型：发明
国别省市：