J、L2= [a2b2c2]，則LiXL2可以確定這 兩條直線的交點(diǎn)的齊次坐標(biāo)，公式如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于單幅圖像文化遺存遺址的三維重建方法，其特征在于包括以下步驟實(shí)現(xiàn)： 步驟S1 :將一張待重建文化遺存遺址場景的圖像或相片輸入計(jì)算機(jī)； 步驟S2 :采用手動或自動的方法從步驟S1中所述圖像中提取尤7、Z三個(gè)垂直方向的 平行直線簇，并將提取的直線簇分成三組； 步驟S3 :利用步驟S2提取的Z、7、2方向的三組平行直線簇計(jì)算Z、7、Z三個(gè)主方向滅 點(diǎn)，得到三個(gè)主滅點(diǎn)； 步驟S4 :利用步驟S3計(jì)算的尤7、Z三個(gè)主滅點(diǎn)，根據(jù)三個(gè)主滅點(diǎn)計(jì)算相機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣 (沿及外參數(shù)矩陣（兄完成相機(jī)標(biāo)定，即求取投影矩陣（灼； 步驟S5 :在三維空間中設(shè)定參考平面及參考方向，其中所述參考平面為空間直角坐標(biāo) 系的刀平面，所述參考方向?yàn)榭臻g直角坐標(biāo)系的2方向，在所述參考方向上建立多個(gè)平行 于參考平面的平行平面，利用反投影射線與平行平面的交點(diǎn)完成三維點(diǎn)重建，得到點(diǎn)云； 步驟S6 :對步驟S5重建的點(diǎn)云進(jìn)行點(diǎn)云網(wǎng)格化及紋理映射完成真實(shí)感三維模型重建。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單幅圖像文化遺存遺址的三維重建方法，其 特征在于：所述步驟S1中的圖像為照片或圖片的數(shù)字化影像，圖像的數(shù)字化分辨率為 600dpi~1200dpi〇
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單幅圖像文化遺存遺址的三維重建方法，其特征 在于：所述步驟S2中的手動方法具體為：用戶可根據(jù)輸入的圖像選取建筑骨架線，運(yùn)用交 互式方法分別在X、Y、Z三個(gè)垂直方向上繪制三條或四條直線，根據(jù)用戶繪制的直線方向， 依據(jù)空間直角坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸方向完成直線分組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S2中的自動方法具體包括以下 步驟： 步驟S21 :對待提取的圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理，具體包括：利用Ostu閾值分割算法對圖像 進(jìn)行分割用以提取待重建建筑物目標(biāo)區(qū)域，利用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)原理清除圖像中的孤立點(diǎn)，對 圖像進(jìn)行細(xì)化處理； 步驟S22 :利用步驟S21預(yù)處理完成的圖像，采用Canny邊緣檢測算法提取目標(biāo)區(qū)域的 邊緣圖像； 步驟S23 :利用步驟S22提取的邊緣圖像，采用累計(jì)概率霍夫變換，通過將同方向、間隔 短的直線段合并為一條直線提取長直線； 步驟S24 :利用步驟S23提取的長直線，采用角度和距離的共同限制，將提取的直線分 成與空間坐標(biāo)系三個(gè)坐標(biāo)軸對應(yīng)的三組。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S3具體包括以下步驟：具體包 括以下步驟： 步驟S31 :假設(shè)兩條非平行直線Li=[aihcJ、L2= [a2b2c2]，則LiXL2可以確定這 兩條直線的交點(diǎn)的齊次坐標(biāo)，公式如下：
步驟S32:將同一方向上平行直線簇中的直線[apbpCi]按照斜率從小到大進(jìn)行 排序，記L(A)為從第一條直線到第n/2條直線的加和，L(B)為從第n/2+l條直線到第n條直 線的加和，公式如下：
則L(A)XL(B)即為這組平行直線簇交點(diǎn)的重心，將該重心作為這組平行直線簇的滅點(diǎn)； 步驟S33 :采用以上步驟分別計(jì)算X、Y、Z三個(gè)坐標(biāo)軸方向上的平行直線簇的滅點(diǎn)，并將 其作為X、Y、Z三個(gè)主方向滅點(diǎn)，即三個(gè)主滅點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S4具體包括以下步驟： 步驟S41 :將步驟S3解算的三個(gè)主滅點(diǎn)所構(gòu)成三角形的垂心設(shè)置為像主點(diǎn)，根據(jù)垂心 計(jì)算公式解算像主點(diǎn)坐標(biāo)； 步驟S42 :定義相機(jī)的中心為投影中心，投影中心到像平面的垂直投影點(diǎn)為像主點(diǎn)，投 影中心與像主點(diǎn)間的距離為相機(jī)焦距；所述的投影中心、三個(gè)主滅點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)直角三角椎 體，該椎體以投影中心為頂點(diǎn)、三主滅點(diǎn)構(gòu)成的三角形為底面，頂點(diǎn)到底面的高為相機(jī)焦 距，根據(jù)三角形相似及勾股定理計(jì)算相機(jī)焦距，通過步驟S41、S42確定相機(jī)內(nèi)參矩陣 步驟S43 :選取三個(gè)主滅點(diǎn)方向?yàn)槭澜缱鴺?biāo)系的三個(gè)坐標(biāo)軸，通過透視投影方程確定 旋轉(zhuǎn)矩陣吊 步驟S44 :選取世界坐標(biāo)系原點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，通過透視投影方程確定平移向量t
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S5三維點(diǎn)重建具體包括以下步 驟： 步驟S51 :建立多個(gè)平行于參考平面的平行平面，用以完成基于單幅圖片的三維重建； 設(shè)定世界坐標(biāo)系xoy平面為參考平面，世界坐標(biāo)系z軸方向?yàn)閰⒖挤较颍? 步驟S52:根據(jù)透視投影變換，解算某一平行平面rii到參考平面n^之間的距離d及 平行平面h的齊次方程ni= [〇 〇 1 -d]; 步驟S53 :設(shè)定投影中心和像點(diǎn)的連線為反投影射線，計(jì)算反投影射線與平行平面的 交點(diǎn)來重構(gòu)相平面中任意可見點(diǎn)所對應(yīng)的空間三維點(diǎn)； 步驟S54:對于不可見點(diǎn)及遮擋點(diǎn)采用滅點(diǎn)幾何原理，通過求取多條直線的最優(yōu)交點(diǎn) 來確定不可見點(diǎn)的圖像坐標(biāo)，再利用步驟S53求取該點(diǎn)對應(yīng)空間三維點(diǎn)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟S6點(diǎn)云網(wǎng)格化和紋理映射主要 包括以下步驟： 步驟S61 :將步驟S5得到的空間點(diǎn)映射到平面中變?yōu)槎S點(diǎn)，對二維點(diǎn)進(jìn)行Delaunay三角剖分，再將剖分完成的點(diǎn)反映射到三維空間中完成點(diǎn)云網(wǎng)格化； 步驟S62 :采用基于OpenGL的紋理映射法，首先通過glGenTextures函數(shù)創(chuàng)建紋理，再 利用glBindTexture、glTextImage2D函數(shù)完成紋理的綁定，接著進(jìn)行紋理坐標(biāo)的對應(yīng)，最 后利用glTexCoor2d、glVertex3d函數(shù)完成紋理的植染與繪制。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于單幅圖像文化遺存遺址的三維重建方法，首先將單張圖像輸入計(jì)算機(jī)；通過交互式手動或自動的圖像處理方法，提取圖像中三個(gè)主方向上的平行直線簇；并將平行直線簇分組，通過滅點(diǎn)重心求取法求取每組平行直線簇對應(yīng)的滅點(diǎn)；利用滅點(diǎn)與相機(jī)內(nèi)外方位元素的幾何關(guān)系進(jìn)行相機(jī)標(biāo)定，在世界坐標(biāo)系下建立一系列平行于參考平面的平行平面；通過反投影射線與平行平面的交點(diǎn)完成像點(diǎn)對應(yīng)空間點(diǎn)的三維重建；對重建的圖像點(diǎn)云進(jìn)行點(diǎn)云網(wǎng)格化及紋理映射完成真實(shí)感三維模型的構(gòu)建。本發(fā)明可以利用單張圖像進(jìn)行三維重建，對于僅存留一張照片且目前不復(fù)存在或損壞的古建筑三維重建尤為適用，有助于文化遺存遺址的數(shù)字化保護(hù)和文化旅游的宣傳。
【IPC分類】G06T17-00
【公開號】CN104809755
【申請?zhí)枴緾N201510165036
【發(fā)明人】方莉娜, 王思潔, 陳崇成, 黃明偉
【申請人】福州大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月9日