城市三维重建中的自动纹理优化方法

发布时间：2019-11-27 13:49

【摘要】：围绕低空多镜头倾斜摄影在三维城市影像模型生产中的纹理优化问题,提出了一种无缝纹理模型重建方法。文中首先采用相机响应函数和暗通道方法对影像进行预处理;然后,根据地物三角网格表面模型与影像的映射关系,利用稀疏构网方法进行遮挡检测,并建立了三角面片的可视纹理列表;最后,结合三角网格表面模型中基本面片的三维拓扑关系,利用影像的均值与方差信息,构建了基于马尔科夫随机场框架下的图割纹理优化算法,解决了纹理优化选择的离散多标号问题,保证了相邻三角面片映射纹理的一致性,实现了城市大场景无缝纹理模型的重建。试验结果验证了算法的可靠性和优越性。
【图文】：

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流程完成三角网格表面模型重建。首先，对相机检校，解算出相机的内方位元素和相机镜头畸变参数；接着，利用检校结果，对获取的倾斜影像进行自动空中三角测量获取精确的影像外方位元素；然后，结合ＣＭＶＳ（ｃｌｕｓｔｅｒｍｕｌｔｉ－ｖｉｅｗｓｔｅｒｅｏ）方法，对同一地物多视角的多幅影像采用ＰＭＶＳ（ｐａｔｃｈ－ｂａｓｅｄｍｕｌｔｉ－ｖｉｅｗｓｔｅｒｅｏ）技术重建出地物的三维密集点云［３－４］；最后，通过泊松优化构网算法构建出用于纹理映射的城市三维网格表面模型［１］。图１为重建的试验区地物三角网格表面模型。图１试验区三角网格表面模型Ｆｉｇ．１３Ｄｍｏｄｅｌｓｋｅｔｃｈｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｒｅａ２建立可视纹理列表在对三角网格表面模型进行纹理映射前，首先需要知道模型中每个三角面在哪些影像上可见。即需要根据倾斜摄影在三维空间中的深度信息从二维观测影像中得到它们之间的遮挡关系。对于这个问题，本文参考Ｚ－Ｂｕｆｆｅｒ［１４－１５］的思路，将Ｚ－Ｂｕｆｆｅｒ中的处理单元变为文中地物三角面，并为加快遮挡检测中对地物三角面的遍历，引入稀疏网格法纹理探测进行遮挡面片的处理［１６］。接着，根据文献［１７］的纹理筛选思想，将地物纹理的遮挡面积、法向量、距离和分辨率等特性作为评价标准，构建候选纹理优先级评价原则，对影像进行进一步筛选，建立待优化的三角面可视纹理列表，为后续基于图割的纹理优化提供基矗２．１纹理优先级列表建立原则本文的纹理优先级列表按以下３个原则建立：①面积最大原则，选择非遮挡面积最大的影像作为候选纹理；②交角最小原则，在无遮挡摄影中，纹理影

影像,影像,情况,纹理

Ｍａｒｃｈ２０１７Ｖｏｌ．４６Ｎｏ．３ＡＧＣＳｈｔｔｐ：∥ｘｂ．ｓｉｎｏｍａｐｓ．ｃｏｍ面为遮挡影像，对于物方面元ａｂｃｄ的纹理影像选取中，影像Ｏ３比Ｏ２更适合作为纹理源；③纹理自动裁剪原则，为了减少纹理存储中因计算机对纹理的重采样导致的时间消耗，，在存储纹理时将其尺寸裁剪为２的指数倍。图２影像遮挡情况示意Ｆｉｇ．２Ｓｋｅｔｃｈｏｆｉｍａｇｅｏｃｃｌｕｓｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ２．２自适应三角剖分经过遮挡检测和筛选建立的纹理优先级列表中的影像，包括完全可见影像和部分可见影像。对于列表中的部分遮挡纹理影像，如果不做处理，则可能由于构建的三角网格表面模型不够细腻，而出现纹理不一致的现象。为了解决这个问题，加大单个纹理三角面中非遮挡信息的占有率，本文提出了局部四分法的纹理剖分优化策略，即只四分部分遮挡的地物三角面，而对邻接的三角面进行简单的二分法（图３）。这样既能保证部分遮挡三角面的高效细分，也能尽可能减少对非遮挡三角面进行分割增加处理时间和数据量。该方法不仅适合大数据三维模型的半遮挡纹理处理，而且能保证三角网格表面模型网形的半边数据结构不变和流行表面的性质。图３三角网格剖分示意图Ｆｉｇ．３Ｓｋｅｔｃｈｏｆｔｒｉａｎｇｌｅｍｅｓｈｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎ图３中阴影部分为存在部分遮挡的三角形，图３（ｃ）为本文算法的细分结果。与图３（ｂ）全局四分法结果相比，本文算法只有在最坏的情况下才与其剖分得到的三角形数据量相等；而一般情况下，本文方法产生的三角形个数为４ｂ＋６ｂ≤４ａ，其中ｂ为三角网中部分遮挡三角形个数，ａ为三角网中全部三角形个数。

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