一种基于单视图几何原理的室内环境重构方法

摘要

本发明公开了一种基于单视图几何原理的室内环境重构方法，包括：标定点和标定线段的选择与测量，单视图图像采集，室内物体高度和脚点的确定。与现有技术相比，本发明本发明对室内环境中的所有物体进行三维数据信息的提取，在保证一定精度的前提下减少了对室内环境信息数据的人为手工测量，节约了大量的时间和精力，提高了工作效率，解决了对室内环境进行合理快速重构的技术问题，进而基于射线跟踪算法利用重构的环境信息数据可以有效地对室内环境电波传播特性进行分析。

主权项

1.一种基于单视图几何原理的室内环境重构方法，其特征在于：它包括下述步骤：1)在室内水平地面上选择四个标定点，按逆时针方向分别标记为A、B、C、D，且线段AB平行于线段CD，线段AD平行于线段BC，并测量这四个点在室内水平地面上的坐标，即A(x₁，y₁)，B(x₂，y₂)，C(x₃，y₃)，D(x₄，y₄)；2)在室内环境中选择任一标定物体，将该标定物体垂直于水平地面的一条棱边作为标定线段，标记为EF，并测量这条标定线段的长度D₂；3)在保证上述标记清晰可见的前提下，利用相机采集室内环境单视图图像；4)将步骤(3)获得的单视图图像导入MATLAB图像工具箱，读出所述四个标定点的像素值分别为A(x₁′，y₁′)，B(x₂′，y₂′)，C(x₃′，y₃′)，D(x₄′，y₄′)，并将这些读出像素值与步骤(1)中测量的该四个标定点的坐标A(x₁，y₁)，B(x₂，y₂)，C(x₃，y₃)，D(x₄，y₄)相结合，建立各像素值(x_i′，y_i′)和其实际坐标值(x_i，y_i)的关系式：$x_i^{\prime }=\frac{h_{11}{x}_i+h_{12}{y}_i+h_{13}}{h_{31}{x}_i+h_{32}{y}_i+1},i=\mathrm{1,2,3,4}$$y_i^{\prime }=\frac{h_{21}{x}_i+h_{22}{y}_i+h_{23}}{h_{31}{x}_i+h_{32}{y}_i+1}$其中，h₁₁，h₁₂，h₁₃，h₂₁，h₂₂，h₂₃，h₃₁，h₃₂为投影系数，由这些投影系数构成从实际室内水平地面到该单视图图像的投影矩阵H，$H=\left[\begin{array}{ccc}{h}_{11}& h_{12}& h_{13}\\ h_{21}& h_{22}& h_{23}\\ h_{31}& h_{32}& 1\end{array}\right];$5)读出标定线段EF的两个端点的像素值，以及所求物体的垂直于水平地面的一条棱边V₁F₁的两个端点的像素值，作线段V₁F₁和线段EF的交点，记为点v，然后过E作一条与V₁F₁平行的线段s₃，连接点F和V₁的线段与线段s₃的交点为k₂，点k₂到点E的距离为d₂，连接点F₁和点E的线段与地面消失线s的交点为u，连接点V₁和u的线段与线段s₃的交点为k₁，点k₁到点b₂的距离为d₁，高度标定线EF的高度为D₂，物体棱边V₁F₁的长度为D₁，通过公式确定D₁的大小，D₁即该物体的实际高度；6)通过步骤(5)，过点v到点V₁作一条线段，然后过点E作一条与线段V₁F₁平行的线段s₃，连接点F和点V₁的线段与线段s₃的交点为k₂，点k₂到点E的距离为d₂，由公式可知，此时D₂、D₁、d₂已知，求出d₁的值，再确定点k₁；连接点k₁和点V₁的线段与地面灭线s的交点为u，连接点E和点u的线段与线段s₁的交点记为F₁，此时求得该物体脚点F₁的像素值；7)利用投影矩阵H，将物体脚点的像素值转化为对应的实际室内环境中水平地面上的坐标；8)重复步骤(5)至步骤(7)，求出室内所有物体的高度和脚点坐标；9)将重构后的室内物体的数据信息，基于射线跟踪算法，预测室内环境信道参数。