CN117288207A - 三维建模的航线规划方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种三维建模的航线规划方法、装置、电子设备及存储介质，涉及航线规划技术领域，包括：获取兴趣区域对应的点云数据；基于图像重叠率沿目标参考轴对点云数据进行切割得到多个目标点云切面，并从点云数据中截取每个目标点云切面对应的点云环带；控制预先构建的碰撞球体围绕目标点云切面移动，以根据移动过程中碰撞球体与目标点云切面、点云环带之间的碰撞情况，确定目标点云切面对应的包络线；基于包络线内包含的点生成兴趣区域对应的图像采集航线。本发明实施例可以显著提高规划航线的精度及自动化程度、避免无人机发生碰撞事故，从而有助于提高后续三维建模的精度，以及降低无人机航行过程中存在的安全隐患。

Description

三维建模的航线规划方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本发明涉及航线规划技术领域，尤其是涉及一种三维建模的航线规划方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

在对场景有精细化三维建模需求时，通常会对场景进行精细扫描。所谓精细扫描指使用摄影器材对被扫描场景的所有可见表面尽可能地进行满足一定重叠率的照片采集，这种照片采集经常会使用无人机进行，然而使用无人机进行照片采集需要人工规划航线，人工规划航线具有效率偏低的问题。

目前，为了改善上述问题，相关技术提出《一种针对建筑立面精细建模的无人机拍摄及重建方法和装置》，该技术利用无人机搭载的相机从空中垂直向下拍摄建筑物影像，经摄影测量处理后，获取建筑物的平面和高程信息，选择建筑物的外轮廓范围，结合高程信息构建建筑物的粗略三维框架模型；根据建筑物的粗略模型提取建筑物的平面图，并建立建筑平面图外扩边界得到建筑物的外轮廓线，根据建筑物的外轮廓线，生成建筑立面横向或纵向的无人机飞行路径。但是，由于该相关技术利用建筑物的粗略三维框架模型生成无人机飞行路径，因此将存在无人机飞行路径精度较低、无人机与建筑物之间发生碰撞概率较高等问题，不仅影响后续三维建模的精度，而且使无人机采集图像的过程中存在一定安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三维建模的航线规划方法、装置、电子设备及存储介质，可以显著提高规划航线的精度及自动化程度、避免无人机发生碰撞事故，从而有助于提高后续三维建模的精度，以及降低无人机航行过程中存在的安全隐患。

第一方面，本发明实施例提供了一种三维建模的航线规划方法，包括：

获取兴趣区域对应的点云数据；

基于预设的图像重叠率，沿目标参考轴对所述点云数据进行切割得到多个目标点云切面，并从所述点云数据中截取每个所述目标点云切面对应的点云环带；

控制预先构建的碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，以根据移动过程中所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，确定所述目标点云切面对应的包络线；

基于所述包络线内包含的点生成所述兴趣区域对应的图像采集航线。

在一种实施方式中，基于预设的图像重叠率，沿目标参考轴对所述点云数据进行切割得到多个目标点云切面的步骤，包括：

从所述兴趣区域对应的坐标系内包含的坐标轴中，确定至少一个目标参考轴；

基于预设的图像重叠率确定图像间水平间距和图像间垂直间距，并从图像间水平间距或图像间垂直间距中，确定所述目标参考轴对应的目标切割间距；

按照所述目标切割间距，沿所述目标参考轴对所述点云数据进行切割，得到多个目标点云切面。

在一种实施方式中，从所述点云数据中截取每个所述目标点云切面对应的点云环带的步骤，包括：

对于每个所述目标点云切面，将该目标点云切面所处位置作为中心，分别沿所述目标参考轴的正方向和负方向，按照预设的安全距离从所述点云数据中截取该目标点云切面两侧的点云，以得到该目标点云切面对应的点云环带。

在一种实施方式中，所述碰撞球体包括圆心相同的第一球体和第二球体，所述第一球体的半径为所述拍照距离，所述第二球体的半径为所述安全距离；

所述碰撞球体的球心在所述目标点云切面所在平面内移动。

在一种实施方式中，控制预先构建的碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，以根据移动过程中所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，确定所述目标点云切面对应的包络线的步骤，包括：

基于预设的拍照距离和安全距离构造碰撞球体；

控制所述碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，并在所述移动过程中根据所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，调整所述碰撞球体的前进角度，直至得到所述目标点云切面对应的包络线；其中，所述包络线内包含的点到所述目标点云切面、所述点云环带之间的距离均大于或等于所述安全距离，且所述包络线内包含的点到所述目标点云切面之间的距离为最小值。

在一种实施方式中，控制所述碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，并在所述移动过程中根据所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，调整所述碰撞球体的前进角度，直至得到所述目标点云切面对应的包络线的步骤，包括：

按照预设的移动步长，控制所述碰撞球体向靠近所述目标点云切面的方向移动；

在移动过程中，如果所述碰撞球体与所述目标点云切面和/或所述点云环带发生碰撞，则调整所述碰撞球体的前进角度；

继续按照所述移动步长和所述前进角度，控制所述碰撞球体向靠近所述目标点云切面的方向移动，直至所述碰撞球体的当前位置与第一个所述碰撞点位置之间的距离小于预设阈值，控制所述碰撞球体停止移动；

基于每个所述碰撞点位置生成所述目标点云切面对应的包络线。

在一种实施方式中，如果所述碰撞球体与所述目标点云切面和/或所述点云环带发生碰撞，则调整所述碰撞球体的前进角度的步骤，包括：

如果所述碰撞球体中的所述第一球体与所述目标点云切面碰撞，或者所述碰撞球体中的所述第二球体与所述点云环带碰撞，则记录碰撞点位置，按照所述移动步长控制所述碰撞球体向远离所述目标点云切面的方向移动一次，并调整所述碰撞球体的前进角度。

在一种实施方式中，所述方法还包括：

根据所述碰撞球体的当前位置确定检测范围；

判断所述碰撞球体在所述检测范围内移动的次数是否大于预设次数阈值；

如果是，则对所述移动步长进行至少一次增大，以按照增大后的所述移动步长继续控制所述碰撞球体移动，直至所述碰撞球体的当前位置位于所述检测范围之外，恢复所述移动步长。

在一种实施方式中，基于所述包络线内包含的点生成所述兴趣区域对应的图像采集航线的步骤，包括：

基于预设的图像重叠率确定图像间水平间距和图像间垂直间距，并将所述图像间水平间距和所述图像间垂直间距中，除所述目标参考轴对应的目标切割间距之外的另一个间距作为目标提取间距；

按照所述目标提取间距从所述包络线内提取航点，从所述目标点云切面中确定所述航点对应的最近点，并基于所述航点与所述最近点之间的向量得到所述航点处的图像采集角度；

基于所述航点和所述航点处的图像采集角度，生成所述兴趣区域对应的图像采集航线。

在一种实施方式中，在基于所述包络线内包含的点生成所述兴趣区域对应的图像采集航线的步骤之后，所述方法还包括：

对于所述图像采集航线内每个航点，判断该航点处的图像采集角度，与该航点对应的相邻航点处的图像采集角度之间的角度差值是否大于预设差值阈值；

如果是，则对该航点和所述相邻航点之间进行角度插值，以得到多个插值航点和所述插值航点处的图像采集角度；

将所述插值航点和所述插值航点处的图像采集角度补充至所述图像采集航线内，以得到目标图像采集航线。

第二方面，本发明实施例还提供一种三维建模的航线规划装置，包括：

点云获取模块，用于获取兴趣区域对应的点云数据；

切面及环带确定模块，用于基于预设的图像重叠率，沿目标参考轴对所述点云数据进行切割得到多个目标点云切面，并从所述点云数据中截取每个所述目标点云切面对应的点云环带；

包络线确定模块，用于控制预先构建的碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，以根据移动过程中所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，确定所述目标点云切面对应的包络线；

航线生成模块，用于基于所述包络线内包含的点生成所述兴趣区域对应的图像采集航线。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现第一方面提供的任一项所述的方法。

第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现第一方面提供的任一项所述的方法。

本发明实施例提供的一种三维建模的航线规划方法、装置、电子设备及存储介质，首先获取兴趣区域对应的点云数据；然后基于预设的图像重叠率沿目标参考轴对点云数据进行切割得到多个目标点云切面，并从点云数据中截取每个目标点云切面对应的点云环带；再控制预先构建的碰撞球体围绕目标点云切面移动，以根据移动过程中碰撞球体与目标点云切面、点云环带之间的碰撞情况，确定目标点云切面对应的包络线；最后基于包络线内包含的点生成兴趣区域对应的图像采集航线。上述方法基于图像重叠率对点云数据进行切割，得到多个目标点云切面及其对应的点云环带，将目标点云切面及其对应的点云环带作为最小处理单元，并根据碰撞球体与最小处理单元之间的碰撞情况生成相应的包络线，该包络线内的点也即在满足不发生碰撞这一条件的基础上，与目标点云切面距离最小的点，进而基于包络线内包含的点生成图像采集航线，本发明实施例可以显著提高规划航线的精度及自动化程度、避免无人机发生碰撞事故，从而有助于提高后续三维建模的精度，以及降低无人机航行过程中存在的安全隐患。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种三维建模的航线规划方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种包络线示意图；

图3为本发明实施例提供的一种包络线俯视图；

图4为本发明实施例提供的一种图像采集航线的示意图；

图5为本发明实施例提供的一种三维建模的航线规划装置的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，相关技术利用建筑物的粗略三维框架模型生成无人机飞行路径，因此将存在无人机飞行路径精度较低、无人机与建筑物之间发生碰撞概率较高等问题，不仅影响后续三维建模的精度，而且使无人机采集图像的过程中存在一定安全隐患，基于此，本发明实施提供了一种三维建模的航线规划方法、装置、电子设备及存储介质，可以显著提高规划航线的精度及自动化程度、避免无人机发生碰撞事故，从而有助于提高后续三维建模的精度，以及降低无人机航行过程中存在的安全隐患。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种三维建模的航线规划方法进行详细介绍，参见图1所示的一种三维建模的航线规划方法的流程示意图，该方法主要包括以下步骤S102至步骤S108：

步骤S102，获取兴趣区域对应的点云数据。

其中，兴趣区域也可称之为被扫描场景或被扫描物。

步骤S104，基于预设的图像重叠率，沿目标参考轴对点云数据进行切割得到多个目标点云切面，并从点云数据中截取每个目标点云切面对应的点云环带。

其中，目标参考轴可以为兴趣区域对应的坐标系内的X轴、Y轴、Z轴，目标点云切面可以理解为兴趣区域外轮廓的点云组成的切面，点云环带可以理解为从目标点云切面两侧中截取的具有一定厚度的点云，截取厚度与预设的安全距离相关，组合目标点云切面和点云环带，作为最小处理单元。

在一种实施方式中，依次选取X轴、Y轴、Z轴作为目标参考轴；根据图像重叠率确定出图像间水平间距和图像间垂直间距，并从两个间距中选取目标参考轴对应的目标切割间距；沿着目标参考轴，按照该目标切割间距对点云数据进行切割，以得到目标点云切面；从目标点云切面两侧中截取的具有一定厚度的点云，作为该目标点云切面对应的点云环带，将目标点云切面及其对应的点云环带作为最小处理单元。

步骤S106，控制预先构建的碰撞球体围绕目标点云切面移动，以根据移动过程中碰撞球体与目标点云切面、点云环带之间的碰撞情况，确定目标点云切面对应的包络线。

其中，包络线内包含的点到目标点云切面、点云环带之间的距离均大于或等于安全距离，且包络线内包含的点到目标点云切面之间的距离为最小值；碰撞球体包括圆心相同的第一球体和第二球体，第一球体的半径为拍照距离，第二球体的半径为安全距离。

在一种实施方式中，可以按照预设的移动步长控制碰撞球体向靠近最小处理单元的方向移动，并在发生碰撞时控制碰撞球体后退一个移动步长的距离，再调整碰撞球体的前进角度，继续控制碰撞球体向靠近最小处理单元的方向移动，重复这一过程，以实现碰撞球体围绕最小处理单元移动的目的，并记录移动过程中每个碰撞点位置，该碰撞点位置也即碰撞球体发生碰撞时的球心位置，连接各个碰撞点位置即可得到该最小处理单元对应的包络线。

步骤S108，基于包络线内包含的点生成兴趣区域对应的图像采集航线。

在一种实施方式中，可以按照图像间水平间距和图像间垂直间距从包络线中提取航点，生成初始的图像采集航线。进一步的，可以对图像采集航线内每个航点进行遍历，以检查相邻两个航点之间的图像采集角度是否发生突变，如果是，则需要对两个航点之间的图像采集角度进行插值以生成新的航点，并将新生成的航点及其对应的图像采集角度补充至上述图像采集航线中，得到目标图像采集航线。

本发明实施例提供的三维建模的航线规划方法，基于图像重叠率对点云数据进行切割，得到多个目标点云切面及其对应的点云环带，将目标点云切面及其对应的点云环带作为最小处理单元，并根据碰撞球体与最小处理单元之间的碰撞情况生成相应的包络线，该包络线内的点也即在满足不发生碰撞这一条件的基础上，与目标点云切面距离最小的点，进而基于包络线内包含的点生成图像采集航线，本发明实施例可以显著提高规划航线的精度及自动化程度、避免无人机发生碰撞事故，从而有助于提高后续三维建模的精度，以及降低无人机航行过程中存在的安全隐患。

本发明实施例旨在给定输入的情况下，自动生成对兴趣区域（称被扫描场景或被扫描物）的精细扫描航线。执行该航线采集到的数据（照片）可以保证：（1）对被扫描物可见表面全覆盖；（2）所有照片到被扫描物表面距离固定；（3）相邻照片间保持足够重叠率。因此，使用该数据进行三维重建，可以得到被扫描物的精细三维模型。另外，本发明实施例还可以保证生成的航线安全，不与被兴趣区域发生碰撞。

首先对一些描述性词汇进行定义。（1）三维建模：使用三维重建软件，以一系列照片和照片位姿作为输入，经过特征点提取与匹配、运动结构恢复、多视图重建、三角化、贴图等步骤，得到兴趣区域的三维数字模型。（2）精细：三维模型的精细程度体现在体积和结构的准确性和贴图的精细程度。包括小尺度结构是否准确重建，贴图的表面采样率（单位像素在模型表面的实际尺寸）。（3）重叠率：相邻两张照片在垂直和水平两个方向上互相重叠的部分分别占其画幅宽和高的比例。

在此基础上，本发明实施例提供了一种三维建模的航线规划方法的具体实施方式。

在执行步骤S102之后，可以判断点云数据是否存在缺失（如平面场景地面以下的点云是缺失的），如果存在缺失，则可以自动生成三条直边，将切面几何图形补全为类似梯形或矩形的图形，以保证碰撞球体环绕成功。

对于前述步骤S104，本发明实施例提供了一种基于预设的图像重叠率，沿目标参考轴对点云数据进行切割得到多个目标点云切面的实施方式，参见如下步骤A1至步骤A3：

步骤A1，从兴趣区域对应的坐标系内包含的坐标轴中，确定至少一个目标参考轴。

在一种实施方式中，本发明实施例可以分别对兴趣区域进行x、y、z三个维度的扫描，其中，x、y、z指被扫描物所在自体坐标系中的x、y、z轴，被扫描物自体坐标系通常z轴与大地坐标系平行，然后与大地坐标系之间存在一个旋转平移变换。实际应用中z轴维度多用于柱状物体的环绕扫描航线和立面场景的扫描，而x、y轴维度多用于柱状物体和立面场景的顶部，以及平面场景的扫描。

可选的，起始阶段根据人为判断将场景分为物种情况：1.柱状不含顶部；2.柱状含顶部；3.立面不含顶部；4.立面含顶部；5.平面场景。其中柱状和立面用到z轴，顶部和平面用到xy轴。在存在轴航线时，优先保证z轴航线的覆盖，再保证xy轴的覆盖，xy轴和z轴的覆盖重叠之处的多少可以手动设置。

示例性的，本发明实施例针对z轴维度进行叙述，也即将z轴作为目标参考轴，x、y轴维度与z轴维度在算法上没有本质区别。

步骤A2，基于预设的图像重叠率确定图像间水平间距和图像间垂直间距，并从图像间水平间距或图像间垂直间距中，确定目标参考轴对应的目标切割间距。

其中，图像重叠率包括水平方向重叠率和垂直方向重叠率。在一种实施方式中，可以根据用户设置的水平方向重叠率、垂直方向重叠率计算水平方向和垂直方向相邻两张照片之间的间距，也即图像间水平间距h或图像间垂直间距v。示例性的，当z轴为目标参考轴时，图像间垂直间距v将作为目标切割间距，也即作为切割点云数据的间距，图像间水平间距h将作为目标提取间距，也即作为提取包络线内的点的间距。

步骤A3，按照目标切割间距，沿目标参考轴对点云数据进行切割，得到多个目标点云切面。

示例性的，假设z轴为目标参考轴，则沿z轴等间距横切点云数据，得到一系列初始点云切面，相邻的两个初始点云切面之间的间距为图像间垂直间距v。其中，初始点云切面具有一定厚度，该厚度为与精度有关的经验参数。将初始点云切面至厚度为0，即可得到目标点云切面。

在一种具体的实施方式中，可以根据上述图像间垂直间距v确定多个切割点位；对于每个切割点位，以该切割点位为中心，按照预设的厚度沿z轴对点云数据进行横切，即可得到等间距且具有一定厚度的初始点云切面；将初始点云切面投影至二维空间，即可得到厚度为0的目标点云切面。

对于前述步骤S104，本发明实施例还提供了一种从点云数据中截取每个目标点云切面对应的点云环带的实施方式，具体的：对于每个目标点云切面，将该目标点云切面所处位置作为中心，分别沿目标参考轴的正方向和负方向，按照预设的安全距离从点云数据中截取该目标点云切面两侧的点云，以得到该目标点云切面对应的点云环带。

示例性的，获取用户设定的拍照距离和安全距离/>；以目标点云切面所处位置为中心，沿z轴正方向截取厚度为/>的点云，以及沿z轴负方向截取厚度为/>的点云，即可得到厚度为2/>的点云环带。

将目标点云切面和点云环带组合起来，为后续处理的最小处理单元，最小处理单元内的点云成为碰撞点云。

对于前述步骤S106，本发明实施例提供了一种基于预设的拍照距离和安全距离构造碰撞球体的实施方式，具体的：对于每一个最小处理单元，定义同心的第一球体和第二球体，第一球体的半径为，第二球体的半径为/>，将第一球体和第二球体组合起来，成为碰撞球体。在具体实现时，碰撞球体的球心只能在目标点云切面所在平面内移动。

在一例中，碰撞球体的球心初始位置选取在碰撞点云的矩形边界框再外扩之外，保证初始时碰撞球体与碰撞点云没有接触。

在此基础上，本发明实施例还提供了一种控制预先构建的碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，以根据移动过程中所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，确定所述目标点云切面对应的包络线的实施方式，可以基于预设的拍照距离和安全距离构造碰撞球体；然后控制碰撞球体围绕目标点云切面移动，并在移动过程中根据碰撞球体与目标点云切面、点云环带之间的碰撞情况，调整碰撞球体的前进角度，直至得到目标点云切面对应的包络线。

在一种具体的实施方式中，参见如下步骤B1至步骤B4：

步骤B1，按照预设的移动步长，控制碰撞球体向靠近目标点云切面的方向移动。

在一种实施方式中，令碰撞球体向碰撞点云沿直线移动，移动是不连续的，每次移动以步为单位，每步长度（也即移动补偿）为与精度有关的参数。

步骤B2，在移动过程中，如果所述碰撞球体与目标点云切面和/或点云环带发生碰撞，则调整所述碰撞球体的前进角度。

具体的，如果碰撞球体中的第一球体与目标点云切面碰撞，或者碰撞球体中的第二球体与点云环带碰撞，则记录碰撞点位置，按照移动步长控制碰撞球体向远离目标点云切面的方向移动一次，并调整碰撞球体的前进角度。

在一种实施方式中，当半径为的第一球体与目标点云切面碰撞时则碰撞球体停止移动，或者当半径为/>的第二球体与点云环带碰撞时则碰撞球体停止移动。当碰撞球体因碰撞而停止后，相反方向移动一个移动步长的距离，将前进角度逆时针旋转一定角度，该角度为与精度有关的经验参数，重新前进。

步骤B3，继续按照移动步长和前进角度，控制碰撞球体向靠近目标点云切面的方向移动，直至碰撞球体的当前位置与第一个碰撞点位置之间的距离小于预设阈值，控制碰撞球体停止移动。其中，当前位置也即碰撞球体的球心的当前所在位置。

在一种实施方式中，如此循环往复，直至碰撞球体在碰撞点云表面滚动一周，滚动一周的判断标准为碰撞球体的球心回到第一次发生碰撞的位置附近。

步骤B4，基于每个碰撞点位置生成目标点云切面对应的包络线。

在一种实施方式中，记录下移动过程中每一步球心的位置，这些位置点均位于切面的一条包络线上。参见图2所示的一种包络线示意图，这条包络线具有这样的性质：对于包络线上的任一点，其距离点云环带上最近点的距离为，且有/>；其距离目标点云切面上最近点的距离为/>，且有/>，且在满足上述两项约束的条件下，/>取可能的最小值。

考虑到在碰撞球体移动过程中，碰撞球体可能会落入碰撞点云表面的凹陷内无法出来，因此本发明实施例可以自动检测碰撞球体是否处于这种情况，并通过加大移动步长的方式尝试跳出凹陷，直至碰撞球体跳出凹陷，然后继续按照原始的移动步长控制碰撞球体围绕目标点云切面进行移动。在具体实现时，可以参见如下步骤C1至步骤C3：

步骤C1，根据碰撞球体的当前位置确定检测范围。

在一种实施方式中，可以以碰撞球体的球心为圆心，结合预设半径得到检测范围。

步骤C2，判断碰撞球体在检测范围内移动的次数是否大于预设次数阈值。

在一种实施方式中，如果碰撞球体在检测范围内移动的次数大于预设次数阈值，仍为离开该检测范围，则认为碰撞球体陷入凹陷内无法移出，此时将执行如下步骤C3；如果移动次数小于预设次数阈值，则可以继续按照控制碰撞球体围绕目标点云切面移动。

步骤C3，则对移动步长进行至少一次增大，以按照增大后的移动步长继续控制碰撞球体移动，直至碰撞球体的当前位置位于检测范围之外，恢复移动步长。

在一种实施方式中，可以按照预设增量调整一次移动步长，按照该移动步长前进和后退，并检测碰撞球体是否能够跳出凹陷；如果不能，则继续按照预设 增量调整一次移动步长，直至碰撞球体跳出凹陷，也即碰撞球体的当前位置位于检测范围之外，此时将将调整后的移动步长恢复至原始值，以继续按照原始值控制碰撞球体围绕目标点云切面移动。

对于前述步骤S108，本发明实施例还提供了一种基于包络线内包含的点生成兴趣区域对应的图像采集航线的实施方式，参见如下步骤D1至步骤D3：

步骤D1，基于预设的图像重叠率确定图像间水平间距和图像间垂直间距，并将图像间水平间距和图像间垂直间距中，除目标参考轴对应的目标切割间距之外的另一个间距作为目标提取间距。

示例性的，假设z轴为目标参考轴，前述实施例将图像间垂直间距v作为目标切割间距，此时将图像间水平间距h作为目标提取间距。

步骤D2，按照目标提取间距从包络线内提取航点，从目标点云切面中确定航点对应的最近点，并基于航点与最近点之间的向量得到航点处的图像采集角度。

示例性的，参见图3所示的一种包络线俯视图，图3示意出了包络线内每个点的图像采集角度（也可称之为，拍摄方向向量）。在一种实施方式中，可以按照图像间水平间距h从包络线内提取点，这些点即为拍照时无人机的位置，即航点。对于每个航点，从目标点云切面中确定与该航点距离最近的点，简称最近点，图像采集角度为该航点到最近点之间的向量。

步骤D3，基于航点和航点处的图像采集角度，生成兴趣区域对应的图像采集航线。

在一种实施方式中，将这些航点按在包络线上获取的顺序连接起来，即得到可执行的无人机航线。将每个最小处理单元的航线组合起来，即得到整个兴趣区域z轴方向的精细扫描航线，也即图像采集航线。

进一步的，柱状物体的顶部和平面场景的扫描需要同时使用x轴和y轴方向航线，这样才能保证从各个方向都无遗漏地覆盖被扫描物，其算法流程与z轴方向完全相同。参见图4所示的一种图像采集航线的示意图，组合x轴、y轴、z轴各自的图像采集航线，即可得到整个兴趣区域的图像采集航线。

进一步的，在因为图像采集角度突变导致重叠率下降的情况，本发明实施例将自动检测是否存在这种情况，并在突变的两个图像采集角度之间进行角度插值，添加新的航点，来保证重叠率。具体的，参见如下步骤E1至步骤E3：

步骤E1，对于图像采集航线内每个航点，判断该航点处的图像采集角度，与该航点对应的相邻航点处的图像采集角度之间的角度差值是否大于预设差值阈值。

示例性的，计算当前航点处的图像采集角度与下一航点处的图像采集角度之间的角度差值，并在角度差值大于预设差值阈值的情况下执行如下步骤E2，在角度差值小于预设差值阈值的情况下继续遍历下一航点，直至图像采集航线内的相邻两个航点间的角度差值均小于预设差值阈值。

步骤E2，如果是，则对该航点和相邻航点之间进行角度插值，以得到多个插值航点和插值航点处的图像采集角度。

示例性的，可以预设插值航点的数量或者根据角度差值确定插值航点的数量，按照数量确定多个插值航点及其对应的图像采集角度。

步骤E3，将插值航点和插值航点处的图像采集角度补充至图像采集航线内，以得到目标图像采集航线。

在一种实施方式中，航点规划结束条件：z轴方向的航线规划结束条件为对完成所有“单元”的处理，这些单元在被扫描物体点云上沿z轴从一端向另一端分布。同理，x轴、y轴结束条件与z轴相同。

综上所述，本发明实施例提供了一种精细化三维建模的航线生成方法。该方法在保证航线与被扫描物不发生碰撞的前提下，可以使无人机一直保持与被扫描物相距一个固定距离，并在保证重叠率的前提下，拍摄覆盖被扫描物全部可见表面。

在前述实施例的基础上，本发明实施例提供了一种三维建模的航线规划装置，参见图5所示的一种三维建模的航线规划装置的结构示意图，该装置主要包括以下部分：

点云获取模块502，用于获取兴趣区域对应的点云数据；

切面及环带确定模块504，用于基于预设的图像重叠率，沿目标参考轴对点云数据进行切割得到多个目标点云切面，并从点云数据中截取每个目标点云切面对应的点云环带；

包络线确定模块506，用于控制预先构建的碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，以根据移动过程中所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，确定所述目标点云切面对应的包络线；

航线生成模块508，用于基于包络线内包含的点生成兴趣区域对应的图像采集航线。

本发明实施例提供的三维建模的航线规划装置，基于图像重叠率对点云数据进行切割，得到多个目标点云切面及其对应的点云环带，将目标点云切面及其对应的点云环带作为最小处理单元，结合拍照距离和安全距离构造碰撞球体，并根据碰撞球体与最小处理单元之间的碰撞情况生成相应的包络线，该包络线内的点也即在满足不发生碰撞这一条件的基础上，与目标点云切面距离最小的点，进而基于包络线内包含的点生成图像采集航线，本发明实施例可以显著提高规划航线的精度及自动化程度、避免无人机发生碰撞事故，从而有助于提高后续三维建模的精度，以及降低无人机航行过程中存在的安全隐患。

在一种实施方式中，切面及环带确定模块504还用于：

从兴趣区域对应的坐标系内包含的坐标轴中，确定至少一个目标参考轴；

基于预设的图像重叠率确定图像间水平间距和图像间垂直间距，并从图像间水平间距或图像间垂直间距中，确定目标参考轴对应的目标切割间距；

按照目标切割间距，沿目标参考轴对点云数据进行切割，得到多个目标点云切面。

在一种实施方式中，切面及环带确定模块504还用于：

对于每个目标点云切面，将该目标点云切面所处位置作为中心，分别沿目标参考轴的正方向和负方向，按照预设的安全距离从点云数据中截取该目标点云切面两侧的点云，以得到该目标点云切面对应的点云环带。

在一种实施方式中，碰撞球体包括圆心相同的第一球体和第二球体，第一球体的半径为拍照距离，第二球体的半径为安全距离；

所述碰撞球体的球心在所述目标点云切面所在平面内移动。

在一种实施方式中，包络线确定模块506还用于：

基于预设的拍照距离和安全距离构造碰撞球体；

控制所述碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，并在所述移动过程中根据所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，调整所述碰撞球体的前进角度，直至得到所述目标点云切面对应的包络线；其中，所述包络线内包含的点到所述目标点云切面、所述点云环带之间的距离均大于或等于所述安全距离，且所述包络线内包含的点到所述目标点云切面之间的距离为最小值。

在一种实施方式中，包络线确定模块506还用于：

按照预设的移动步长，控制碰撞球体向靠近目标点云切面的方向移动；

在移动过程中，如果所述碰撞球体与所述目标点云切面和/或所述点云环带发生碰撞，则调整所述碰撞球体的前进角度；

继续按照移动步长和前进角度，控制碰撞球体向靠近目标点云切面的方向移动，直至碰撞球体的当前位置与第一个碰撞点位置之间的距离小于预设阈值，控制碰撞球体停止移动；

基于每个碰撞点位置生成目标点云切面对应的包络线。

在一种实施方式中，包络线确定模块506还用于：

如果碰撞球体中的第一球体与目标点云切面碰撞，或者碰撞球体中的第二球体与点云环带碰撞，则记录碰撞点位置，按照移动步长控制碰撞球体向远离目标点云切面的方向移动一次，并调整碰撞球体的前进角度。

在一种实施方式中，包络线确定模块506还用于：

根据碰撞球体的当前位置确定检测范围；

判断碰撞球体在检测范围内移动的次数是否大于预设次数阈值；

如果是，则对移动步长进行至少一次增大，以按照增大后的移动步长继续控制碰撞球体移动，直至碰撞球体的当前位置位于检测范围之外，恢复移动步长。

在一种实施方式中，航线生成模块508还用于：

基于预设的图像重叠率确定图像间水平间距和图像间垂直间距，并将图像间水平间距和图像间垂直间距中，除目标参考轴对应的目标切割间距之外的另一个间距作为目标提取间距；

按照目标提取间距从包络线内提取航点，从目标点云切面中确定航点对应的最近点，并基于航点与最近点之间的向量得到航点处的图像采集角度；

基于航点和航点处的图像采集角度，生成兴趣区域对应的图像采集航线。

在一种实施方式中，航线生成模块508还用于：

对于图像采集航线内每个航点，判断该航点处的图像采集角度，与该航点对应的相邻航点处的图像采集角度之间的角度差值是否大于预设差值阈值；

如果是，则对该航点和相邻航点之间进行角度插值，以得到多个插值航点和插值航点处的图像采集角度；

将插值航点和插值航点处的图像采集角度补充至图像采集航线内，以得到目标图像采集航线。

本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

本发明实施例提供了一种电子设备，具体的，该电子设备包括处理器和存储装置；存储装置上存储有计算机程序，计算机程序在被所述处理器运行时执行如上所述实施方式的任一项所述的方法 。

图6为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备100包括：处理器60，存储器61，总线62和通信接口63，所述处理器60、通信接口63和存储器61通过总线62连接；处理器60用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器（RAM，Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatilememory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口63（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图6中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器61用于存储程序，所述处理器60在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器60中，或者由处理器60实现。

处理器60可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器60可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器60读取存储器61中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例所提供的可读存储介质的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见前述方法实施例，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种三维建模的航线规划方法，其特征在于，包括：

获取兴趣区域对应的点云数据；

基于预设的图像重叠率，沿目标参考轴对所述点云数据进行切割得到多个目标点云切面，并从所述点云数据中截取每个所述目标点云切面对应的点云环带；

控制预先构建的碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，以根据移动过程中所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，确定所述目标点云切面对应的包络线；

基于所述包络线内包含的点生成所述兴趣区域对应的图像采集航线。

2.根据权利要求1所述的三维建模的航线规划方法，其特征在于，基于预设的图像重叠率，沿目标参考轴对所述点云数据进行切割得到多个目标点云切面的步骤，包括：

从所述兴趣区域对应的坐标系内包含的坐标轴中，确定至少一个目标参考轴；

基于预设的图像重叠率确定图像间水平间距和图像间垂直间距，并从所述图像间水平间距或所述图像间垂直间距中，确定所述目标参考轴对应的目标切割间距；

按照所述目标切割间距，沿所述目标参考轴对所述点云数据进行切割，得到多个目标点云切面。

3.根据权利要求2所述的三维建模的航线规划方法，其特征在于，从所述点云数据中截取每个所述目标点云切面对应的点云环带的步骤，包括：

对于每个所述目标点云切面，将该目标点云切面所处位置作为中心，分别沿所述目标参考轴的正方向和负方向，按照预设的安全距离从所述点云数据中截取该目标点云切面两侧的点云，以得到该目标点云切面对应的点云环带。

4.根据权利要求1所述的三维建模的航线规划方法，其特征在于，所述碰撞球体包括圆心相同的第一球体和第二球体，所述第一球体的半径为拍照距离，所述第二球体的半径为安全距离；

所述碰撞球体的球心在所述目标点云切面所在平面内移动。

5.根据权利要求1所述的三维建模的航线规划方法，其特征在于，控制预先构建的碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，以根据移动过程中所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，确定所述目标点云切面对应的包络线的步骤，包括：

基于预设的拍照距离和安全距离构造碰撞球体；

控制所述碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，并在所述移动过程中根据所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，调整所述碰撞球体的前进角度，直至得到所述目标点云切面对应的包络线；其中，所述包络线内包含的点到所述目标点云切面、所述点云环带之间的距离均大于或等于所述安全距离，且所述包络线内包含的点到所述目标点云切面之间的距离为最小值。

6.根据权利要求5所述的三维建模的航线规划方法，其特征在于，控制所述碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，并在所述移动过程中根据所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，调整所述碰撞球体的前进角度，直至得到所述目标点云切面对应的包络线的步骤，包括：

按照预设的移动步长，控制所述碰撞球体向靠近所述目标点云切面的方向移动；

在移动过程中，如果所述碰撞球体与所述目标点云切面和/或所述点云环带发生碰撞，则调整所述碰撞球体的前进角度；

继续按照所述移动步长和所述前进角度，控制所述碰撞球体向靠近所述目标点云切面的方向移动，直至所述碰撞球体的当前位置与第一个碰撞点位置之间的距离小于预设阈值，控制所述碰撞球体停止移动；

基于每个所述碰撞点位置生成所述目标点云切面对应的包络线。

7.根据权利要求6所述的三维建模的航线规划方法，其特征在于，如果所述碰撞球体与所述目标点云切面和/或所述点云环带发生碰撞，则调整所述碰撞球体的前进角度的步骤，包括：

如果所述碰撞球体中的第一球体与所述目标点云切面碰撞，或者所述碰撞球体中的第二球体与所述点云环带碰撞，则记录碰撞点位置，按照所述移动步长控制所述碰撞球体向远离所述目标点云切面的方向移动一次，并调整所述碰撞球体的前进角度。

8.根据权利要求6所述的三维建模的航线规划方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述碰撞球体的当前位置确定检测范围；

判断所述碰撞球体在所述检测范围内移动的次数是否大于预设次数阈值；

如果是，则对所述移动步长进行至少一次增大，以按照增大后的所述移动步长继续控制所述碰撞球体移动，直至所述碰撞球体的当前位置位于所述检测范围之外，恢复所述移动步长。

9.根据权利要求1所述的三维建模的航线规划方法，其特征在于，基于所述包络线内包含的点生成所述兴趣区域对应的图像采集航线的步骤，包括：

基于预设的图像重叠率确定图像间水平间距和图像间垂直间距，并将所述图像间水平间距和所述图像间垂直间距中，除所述目标参考轴对应的目标切割间距之外的另一个间距作为目标提取间距；

按照所述目标提取间距从所述包络线内提取航点，从所述目标点云切面中确定所述航点对应的最近点，并基于所述航点与所述最近点之间的向量得到所述航点处的图像采集角度；

基于所述航点和所述航点处的图像采集角度，生成所述兴趣区域对应的图像采集航线。

10.根据权利要求1所述的三维建模的航线规划方法，其特征在于，在基于所述包络线内包含的点生成所述兴趣区域对应的图像采集航线的步骤之后，所述方法还包括：

对于所述图像采集航线内每个航点，判断该航点处的图像采集角度，与该航点对应的相邻航点处的图像采集角度之间的角度差值是否大于预设差值阈值；

如果是，则对该航点和所述相邻航点之间进行角度插值，以得到多个插值航点和所述插值航点处的图像采集角度；

将所述插值航点和所述插值航点处的图像采集角度补充至所述图像采集航线内，以得到目标图像采集航线。

11.一种三维建模的航线规划装置，其特征在于，包括：

点云获取模块，用于获取兴趣区域对应的点云数据；

切面及环带确定模块，用于基于预设的图像重叠率，沿目标参考轴对所述点云数据进行切割得到多个目标点云切面，并从所述点云数据中截取每个所述目标点云切面对应的点云环带；

包络线确定模块，用于控制预先构建的碰撞球体围绕所述目标点云切面移动，以根据移动过程中所述碰撞球体与所述目标点云切面、所述点云环带之间的碰撞情况，确定所述目标点云切面对应的包络线；

航线生成模块，用于基于所述包络线内包含的点生成所述兴趣区域对应的图像采集航线。

12.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至10任一项所述的方法。

13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被处理器调用和执行时，计算机可执行指令促使处理器实现权利要求1至10任一项所述的方法。