室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建方法及系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建方法及系統(tǒng)。該方法先將三維點(diǎn)云進(jìn)行分割處理而得到很多個(gè)曲面片，然后在分割得到的曲面片上利用室內(nèi)場(chǎng)景分類器不斷添加與其相鄰的曲面片以得到一個(gè)有意義的物體，最后將得到的有意義的物體與模型庫(kù)中的模板進(jìn)行擬合與處理得到重建好的室內(nèi)場(chǎng)景。由于重建的室內(nèi)場(chǎng)景是由有意義的物體組成，所以重建好的室內(nèi)場(chǎng)景就具有語義信息，這樣該室內(nèi)場(chǎng)景也就可以為后續(xù)的編輯與使用帶來方便。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種三維點(diǎn)云分類與重建方法，特別是涉及一種室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
構(gòu)建室內(nèi)外場(chǎng)景的三維模型是現(xiàn)實(shí)世界三維數(shù)字化的主要內(nèi)容。在城市建設(shè)規(guī)劃、決策與應(yīng)急指揮、虛擬現(xiàn)實(shí)、影視制作及電腦游戲等方面具有重要的意義。例如三維模型可以應(yīng)用于高層建筑火災(zāi)的應(yīng)急救援和人群疏散、氣體污染物泄露擴(kuò)散、“數(shù)字噪聲地圖”的城市噪音仿真模擬等。傳統(tǒng)的二維城市管理系統(tǒng)是無法解決這些實(shí)際應(yīng)用問題的，而這些應(yīng)用正是提高城市中人們安全保障和生活質(zhì)量的有效途徑。在這些需求的推動(dòng)下，美、歐、日、韓等國(guó)家已經(jīng)投入巨資開始有關(guān)城市場(chǎng)景建模和感知的研究。現(xiàn)有的大部分研究工作主要針對(duì)室外場(chǎng)景，研究對(duì)象主要包括建筑物、樹木、道路等，而鮮有針對(duì)室內(nèi)場(chǎng)景的研究。然而在現(xiàn)實(shí)中，室內(nèi)場(chǎng)景作為人類生活的主要場(chǎng)所，與室外場(chǎng)景相比有更重要的地位，·在城市生活的方方面面也發(fā)揮著重要的作用。對(duì)室內(nèi)場(chǎng)景的研究能夠極大地推動(dòng)城市管理和相關(guān)服務(wù)(例如公共安全、室內(nèi)定位、導(dǎo)航等)向智能化、智慧化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)常用的室內(nèi)場(chǎng)景三維重建方法是基于圖像和掃描數(shù)據(jù)的混合三維重建方法。該室內(nèi)場(chǎng)景三維重建方法結(jié)合圖像和掃描數(shù)據(jù)，利用圖像數(shù)據(jù)補(bǔ)充激光掃描儀未能獲取的信息，同時(shí)掃描數(shù)據(jù)保證幾何精度并為立體圖像的匹配提供場(chǎng)景結(jié)構(gòu)信息。該室內(nèi)場(chǎng)景三維重建方法的主要流程如下首先將三維掃描數(shù)據(jù)分割為一系列點(diǎn)集，并平面擬合所得點(diǎn)集；然后將屬于每一個(gè)空間平面的三維點(diǎn)分別投影到兩幅圖像上，擬合對(duì)應(yīng)于該空間平面的視差層；然后通過立體匹配找出主圖像中各個(gè)像素點(diǎn)所屬的空間平面；再在掃描數(shù)據(jù)缺失區(qū)域添加三維頂點(diǎn)，最后生成網(wǎng)格模型。傳統(tǒng)的室內(nèi)場(chǎng)景三維重建方法的主要目標(biāo)是重建場(chǎng)景的三維幾何模型，重建結(jié)果并不包含室內(nèi)場(chǎng)景語義的描述。這給后續(xù)重建好的三維模型的使用、編輯等操作帶來不便，降低了操作效率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
基于此，有必要提供一種室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建方法及系統(tǒng)，使用該室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建方法所重建好的室內(nèi)場(chǎng)景進(jìn)行了分割與識(shí)別，被分割與識(shí)別的物體具有確定的語義信息，從而方便后續(xù)對(duì)重建好的室內(nèi)場(chǎng)景進(jìn)行編輯與使用，以提高操作效率。一種室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建方法，包括以下步驟對(duì)需要重建的三維點(diǎn)云進(jìn)行過分割處理，得到多個(gè)光滑的初級(jí)曲面片；將相鄰的N個(gè)初級(jí)曲面片組成次級(jí)曲面片，其中N為自然數(shù)；選取多個(gè)次級(jí)曲面片作為種子，根據(jù)預(yù)先構(gòu)建的室內(nèi)場(chǎng)景分類器篩選初級(jí)曲面片加入次級(jí)曲面片形成有意義的物體；利用預(yù)先建立的模型庫(kù)中的模板擬合有意義的物體得到有意義的物體的三維模型。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述對(duì)需要重建的三維點(diǎn)云進(jìn)行過分割處理，得到多個(gè)光滑的初級(jí)曲面片的步驟之前還包括對(duì)三維點(diǎn)云的形狀特征進(jìn)行提取與訓(xùn)練得到所述室內(nèi)場(chǎng)景分類器的步驟。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述通過對(duì)三維點(diǎn)云的形狀特征進(jìn)行人工提取與訓(xùn)練得到室內(nèi)場(chǎng)景分類器的步驟之后還包括對(duì)需要重建的三維點(diǎn)云進(jìn)行增強(qiáng)處理的步驟。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述利用預(yù)先建立的模型庫(kù)中的模板擬合有意義的物體得到有意義的物體的三維模型的步驟之后還包括刪除被錯(cuò)誤分割出來的初級(jí)曲面片及合并相互重合的初級(jí)曲面片的步驟。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述選取多個(gè)次級(jí)曲面片作為種子，根據(jù)預(yù)先構(gòu)建的室內(nèi)場(chǎng)景分類器篩選初級(jí)曲面片加入次級(jí)曲面片形成有意義的物體的步驟包括選取多個(gè)次級(jí)曲面片作為種子；向每個(gè)次級(jí)曲面片中加入與每個(gè)次級(jí)曲面片相鄰的所有初級(jí)曲面片；利用室內(nèi)場(chǎng)景分類器檢測(cè)每加入一個(gè)相鄰的初級(jí)曲面片后形成的次級(jí)曲面片的置信度；選擇置信度最高的一個(gè)次級(jí)曲面片作為新的次級(jí)曲面片；利用室內(nèi)場(chǎng)景分類器比較新的次級(jí)曲面片與上一次形成的次級(jí)曲面片的置信度，當(dāng)新的次級(jí)曲面片的置信度小于上一次形成的 次級(jí)曲面片的置信度時(shí)，結(jié)束操作，以最后形成的次級(jí)曲面片作為有意義的物體，否則返回向每個(gè)次級(jí)曲面片中加入與每個(gè)次級(jí)曲面片相鄰的所有初級(jí)曲面片的步驟。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述選取多個(gè)次級(jí)曲面片作為種子的步驟中所選取的多個(gè)次級(jí)曲面片是表面面積較大的次級(jí)曲面片。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述將形成的有意義的物體與模型庫(kù)中的模板進(jìn)行擬合得到有意義的物體的三維模型的步驟包括根據(jù)得到的每一個(gè)有意義的物體在模型庫(kù)中分別選出對(duì)應(yīng)于每一個(gè)有意義的物體的全部模板；將每一個(gè)有意義的物體的全部模板分別進(jìn)行非剛性變形，以使有意義的物體到變形后的模板的單向平均距離最小；選取變形后的模板到有意義的物體的單向平均距離最小的一個(gè)模板替代三維點(diǎn)云中的有意義的物體。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述室內(nèi)場(chǎng)景分類器是由隨機(jī)決策森林分類器生成的。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述相鄰的N個(gè)初級(jí)曲面片中任何兩個(gè)相鄰的初級(jí)曲面片之間的距離小于15厘米。一種室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建系統(tǒng)，包括過分割模塊，用于對(duì)需要重建的三維點(diǎn)云進(jìn)行過分割處理，得到多個(gè)光滑的初級(jí)曲面片；組合模塊，用于將相鄰的N個(gè)初級(jí)曲面片組成次級(jí)曲面片，其中N為自然數(shù)；生長(zhǎng)模塊，用于選取多個(gè)次級(jí)曲面片作為種子，根據(jù)預(yù)先構(gòu)建的室內(nèi)場(chǎng)景分類器篩選初級(jí)曲面片加入次級(jí)曲面片形成有意義的物體；擬合模塊，用于利用預(yù)先建立的模型庫(kù)中的模板擬合有意義的物體得到有意義的物體的三維模型。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建系統(tǒng)還包括分類器生成模塊，用于對(duì)三維點(diǎn)云的形狀特征進(jìn)行提取與訓(xùn)練得到所述室內(nèi)場(chǎng)景分類器。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建系統(tǒng)還包括調(diào)整模塊，用于刪除被錯(cuò)誤分割出來的初級(jí)曲面片及合并相互重合的初級(jí)曲面片。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述生長(zhǎng)模塊包括曲面片選取模塊，用于選取多個(gè)次級(jí)曲面片作為種子；添加模塊，用于向每個(gè)次級(jí)曲面片中加入與每個(gè)次級(jí)曲面片相鄰的所有初級(jí)曲面片；檢測(cè)模塊，用于利用室內(nèi)場(chǎng)景分類器檢測(cè)每加入一個(gè)相鄰的初級(jí)曲面片后形成的次級(jí)曲面片的置信度；篩選模塊，用于選擇置信度最高的一個(gè)次級(jí)曲面片作為新的次級(jí)曲面片；判斷模塊，用于利用室內(nèi)場(chǎng)景分類器比較新的次級(jí)曲面片與上一次形成的次級(jí)曲面片的置信度，當(dāng)新的次級(jí)曲面片的置信度小于上一次形成的次級(jí)曲面片的置信度時(shí)，結(jié)束操作，以最后形成的次級(jí)曲面片作為有意義的物體，否則繼續(xù)向每個(gè)次級(jí)曲面片中加入與每個(gè)次級(jí)曲面片相鄰的所有初級(jí)曲面片的。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述擬合模塊包括模板選擇模塊，用于根據(jù)得到的每一個(gè)有意義的物體在模型庫(kù)中分別選出對(duì)應(yīng)于每一個(gè)有意義的物體的全部模板；變形模塊，用于將每一個(gè)有意義的物體的全部模板分別進(jìn)行非剛性變形，以使有意義的物體到變形后的模板的單向平均距離最小；替換模塊，用于選取變形后的模板到有意義的物體的單向平均距離最小的一個(gè)模板替代三維點(diǎn)云中的有意義的物體。上述室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建方法及系統(tǒng)先將三維點(diǎn)云進(jìn)行分割處理而得到很多個(gè)曲面片，然后將分割得到的曲面片通過室內(nèi)場(chǎng)景分類器不斷添加與其相鄰的曲面·片以得到一個(gè)有意義的物體，最后將得到的有意義的物體與模型庫(kù)中的模板進(jìn)行擬合與處理就可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)場(chǎng)景的重建。由于重建的室內(nèi)場(chǎng)景是由有意義的物體組成，所以重建好的室內(nèi)場(chǎng)景就具有語義信息，這樣該室內(nèi)場(chǎng)景也就可以為后續(xù)的編輯與使用帶來方便，以提高操作效率。附圖說明圖I為一個(gè)實(shí)施例的室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建方法流程圖；圖2為選取多個(gè)次級(jí)曲面片作為種子，根據(jù)室內(nèi)場(chǎng)景分類器篩選初級(jí)曲面片加入次級(jí)曲面片形成有意義的物體的方法的流程圖；圖3為將形成的有意義的物體與模型庫(kù)中的模板本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種室內(nèi)場(chǎng)景的分類與重建方法，包括以下步驟：對(duì)需要重建的三維點(diǎn)云進(jìn)行過分割處理，得到多個(gè)光滑的初級(jí)曲面片；將相鄰的N個(gè)初級(jí)曲面片組成次級(jí)曲面片，其中N為自然數(shù)；選取多個(gè)次級(jí)曲面片作為種子，根據(jù)預(yù)先構(gòu)建的室內(nèi)場(chǎng)景分類器篩選初級(jí)曲面片加入次級(jí)曲面片形成有意義的物體；利用預(yù)先建立的模型庫(kù)中的模板擬合有意義的物體得到有意義的物體的三維模型。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：南亮亮，謝科，黃惠，陳寶權(quán)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：