CN105096284A - 一种生成道路正射投影图像的方法、装置及*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种生成道路正射投影图像的方法、装置及***。所述方法，包括：获取当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态；根据全景相机采集的图像，获取全景相机拍摄的当前时刻的道路路面的正射投影图像；依据所述图像的坐标和姿态以及所述道路路面的正射投影图像，将下一拍摄时刻的正射投影图像镶嵌到上一拍摄时刻获取的所述正射投影图像中，生成道路正射投影图像。上述方案，通过利用基于全景图像进行正射投影和图像镶嵌的方式生成道路正射投影图像，此种方法能够快速方便地生成道路正射投影图像，同时降低了图像生产成本。

Description

一种生成道路正射投影图像的方法、装置及***

技术领域

本发明涉及测绘技术领域，特别涉及一种生成道路正射投影图像的方法、装置及***。

背景技术

道路正射投影图像是道路导航数据的主要表现形式之一，在公安、交通等空间信息行业应用领域作为基础空间数据得到广泛的应用。而现有的常规的道路正射投影图像的获取方案是使用装载测绘设备的小型飞机或无人机，在规划区域上空飞行，以正射投影或者倾斜投影等方式获取遥感图像数据，然后在数据处理中心使用地面影像处理***，经过图像滤波、图像增强、正射纠正、图像拼接等流程，得到较高分辨率的道路正射投影图像。

而航空影像方法生成道路正射投影图像有如下缺点：

1)在大雾等能见度较低的天气状况下，无法执行采集；

2)中国空域管理较紧，飞行器升空需要预先申请，走相应审批程序，导致采集流程很慢；

3)在北京市等重点城市上空，飞行器禁止飞行，无法执行采集；

4)飞行器飞行成本较高，导致数据生产成本很高，性价比很低。

综上所述，采用航空摄影方法采集和生产道路正射投影图像有其局限性，在进行正射投影图像获取时有诸多不便之处。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种生成道路正射投影图像的方法、装置及***，用以解决在利用航空摄影方法采集和生产道路正射投影图像时受天气等多方面的影响，并且成本较高，造成获取正射投影图像存在诸多不便的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种生成道路正射投影图像的方法，包括：

获取当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态；

根据全景相机采集的图像，获取全景相机拍摄的当前时刻的道路路面的正射投影图像，所述正射投影图像指的是从空中往地面看的俯视图像；

依据所述图像的坐标和姿态以及所述道路路面的正射投影图像，将下一拍摄时刻的正射投影图像镶嵌到上一拍摄时刻获取的所述正射投影图像中，生成道路正射投影图像。

进一步地，所述获取当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态的步骤包括：

获取移动测绘车上安装的全球定位***/惯性测量单元采集得到的全部时刻的位置和姿态数据；

获取车轮编码器数据触发得到的当前全部帧图像的拍摄时间；

根据所述全部时刻的位置和姿态数据和当前全部帧图像的拍摄时间，按照插值方法，计算得到当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态。

进一步地，所述根据所述全部时刻的位置和姿态数据和当前全部帧图像的拍摄时间，按照插值方法，计算得到当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态的步骤具体为：

在全部时刻的位置和姿态数据中找到与当前全部帧图像的拍摄时刻相对应的时刻，插值计算得到当前拍摄时刻图像的坐标和姿态。

进一步地，所述根据全景相机采集的图像，获取全景相机拍摄的当前时刻的道路路面的正射投影图像具体为：

获取全景图像；

获取全景相机的标定参数；

根据所述全景图像和全景相机的标定参数，计算以采集装置为中心的预设范围内的全景图像区域；

依据空间变换矩阵对所述预设范围内的图像的所有像素点进行像素投射转换，得到道路路面的正射投影图像。

进一步地，所述根据所述全景图像和全景相机的标定参数，计算以采集装置为中心的预设范围内的全景图像区域的步骤具体为：

根据全景相机采集的每个方位的帧图像，根据相机的标定参数，将所述每个方位的帧图像拼接在一起，形成拼接的以采集装置为中心的预设范围内的全方位全景图像；

所述标定参数包括每个相机的航向角、俯仰角以及翻滚角。

进一步地，所述依据空间变换矩阵对所述预设范围内的图像的所有像素点进行像素投射转换，得到道路路面的正射投影图像的步骤具体为：

将所述全方位全景图像中的所有像素点利用矩阵变换将正视图像转换成道路路面的正射投影图像。

本发明实施例的所述生成道路正射投影图像的装置，包括：

第一获取模块，用于获取当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态；

第二获取模块，用于根据全景相机采集的图像，获取全景相机拍摄的当前时刻的道路路面的正射投影图像；

生成模块，用于依据所述图像的坐标和姿态以及所述道路路面的正射投影图像，将下一拍摄时刻的正射投影图像镶嵌到上一拍摄时刻获取的所述正射投影图像中，生成道路正射投影图像。

进一步地，所述第一获取模块包括：

第一获取单元，用于获取移动测绘车上安装的全球定位***/惯性测量单元采集得到的全部时刻的位置和姿态数据；

第二获取单元，用于获取车轮编码器数据触发得到的当前全部帧图像的拍摄时间；

第一计算单元，用于根据所述全部时刻的位置和姿态数据和当前全部帧图像的拍摄时间，按照插值方法，计算得到当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态。

进一步地，所述第二获取模块包括：

第三获取单元，用于获取全景图像；

第四获取单元，用于获取全景相机的标定参数；

第二计算单元，用于根据所述全景图像和全景相机的标定参数，计算以采集装置为中心的预设范围内的全景图像区域；

变换单元，用于依据空间变换矩阵对所述预设范围内的图像的所有像素点进行像素投射转换，得到道路路面的正射投影图像。

本发明实施例的所述生成道路正射投影图像的***，包括：

全景相机，用于采集路面水平360度、垂直180度全部景象的道路图像数据；

全球定位***/惯性测量单元，用于采集所述***的空间位置和姿态数据；

车轮编码器，用于采集所述***的运动距离；

还包括：上述的生成道路正射投影图像的装置。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过利用基于全景图像进行正射投影和图像镶嵌的方式生成道路正射投影图像，解决了在利用航空摄影方法采集和生产道路正射投影图像时受天气等多方面的影响，并且成本较高，造成获取正射投影图像存在诸多不便的问题，此种方法能够快速方便的生成道路正射投影图像，同时降低了图像生产成本。

附图说明

图1为本发明的实施例的所述方法总体流程图；

图2为本发明的实施例的所述方法详细流程图；

图3为本发明的实施例的所述装置的详细模块图；

图4为本发明的所述***的安装位置侧视图；

图5为本发明的所述***的安装位置俯视图；

图6为移动测绘车上的模块分布示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的在利用航空摄影方法采集和生产道路正射投影图像时受天气等多方面的影响，并且成本较高，造成获取正射投影图像存在诸多不便的问题，提供一种生成道路正射投影图像的方法、装置及***。

如图1所示，本发明实施例的所述方法，包括：

步骤10，获取当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态；

步骤20，根据全景相机采集的图像，获取全景相机拍摄的当前时刻的道路路面的正射投影图像；步骤30，依据所述图像的坐标和姿态以及所述道路路面的正射投影图像，将下一拍摄时刻的正射投影图像镶嵌到上一拍摄时刻获取的所述正射投影图像中，生成道路正射投影图像。

应当说明的是，上述方案中，所述正射投影图像指的是从空中往地面看的俯视图像。

本发明上述实施例，通过利用基于全景图像进行正射投影和图像镶嵌的方式生成道路正射投影图像，能够快速方便的生成道路正射投影图像，同时降低了图像生产成本。

应当说明的是，本发明实施例的所述全景相机包括六个相机，所述相机分布为采集顶部图像的一个相机和包围在顶部的四周采集水平图像的五个相机，所述六个相机分别对各个方位的图像进行采集，为后续生成道路正射投影图像提供图像基础。

本发明另一实施例中，所述步骤10具体为：

步骤11，获取移动测绘车上安装的全球定位***/惯性测量单元采集得到的全部时刻的位置和姿态数据；

步骤12，获取车轮编码器数据触发得到的当前全部帧图像的拍摄时间；

步骤13，根据所述全部时刻的位置和姿态数据和当前全部帧图像的拍摄时间，按照插值方法，计算得到当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态。

应当说明的是，所述车轮编码器主要用于统计车轮旋转的圈数，以用来计算车辆的行驶距离；移动测绘车在运动过程中，所述GPS/IMU会实时的记录车辆行进过程中采集到的车辆的全部位置和姿态，以此作为采集图像的全部时刻的位置和姿态数据，车轮编码器通过计算车辆的行驶路程触发采集图像的时刻，例如，全景相机每10米采集一次图像，在此次采集完成，车轮编码器记录车轮的旋转圈数，当以统计的圈数计算得到的周长达到了10米，则触发全景相机进行下一次图像采集过程，并记录此次采集开始的时间，在全部时刻的位置和姿态数据中查找与此次采集图像的时刻相同的时刻，便得到此次拍摄时刻的图像的坐标和姿态。

本发明又一实施例中，所述步骤20具体为：

步骤21，获取全景图像；

步骤22，获取全景相机的标定参数；

步骤23，根据所述全景图像和全景相机的标定参数，计算以采集装置为中心的预设范围内的全景图像区域；

进一步地，所述步骤23具体为：根据全景相机采集的每个方位的帧图像，根据相机的标定参数，将所述每个方位的帧图像拼接在一起，形成拼接的以采集装置为中心的预设范围(所述预设范围主要根据相机的分辨率在相机安装时设定好储存在***中)内的全方位全景图像。

这里应当说明的是，所述标定参数主要指相机的设置角度，包括每个相机的航向角(指明相机具体的朝向方位)、俯仰角(指明相机与水平面的夹角)以及翻滚角(指明相机与水平面法线的夹角)，相机的标定参数确定后，在全景相机没有拆卸和移动的前提下，可以一直使用。

步骤24，依据空间变换矩阵对所述预设范围内的图像的所有像素点进行像素投射转换，得到道路路面的正射投影图像；

进一步地，所述步骤24具体为：将所述全方位全景图像中的所有像素点利用矩阵变换将三维立体图像转换成道路路面的正射投影图像，这里所述的矩阵变换主要包括：对矩阵中的点的平移、比例、旋转、对称、错切等变换，应当说明的是，所述矩阵变换方法为本领域技术人员所熟知的，这里不再详细说明。

所述步骤20实现的具体功能为：将全景相机的各个方位独立相机采集到的在同一时刻的图像，通过根据图像所在位置和姿态，拼接成一个在同一时刻下的完整图像，再将所述完整图像中的像素点进行空间矩阵变换得到在同一时刻下的包含地面各个方位信息的正射投影图像。

如图2所示，本发明所述方法的具体实现流程为：根据GPS/IMU数据得到全部时刻的位置和姿态以及车轮编码器数据触发得到的当前帧图像的拍摄时间，通过插值法，将全景图像的拍摄时间对应到GPS/IMU数据全部时刻的位置和姿态中；同时利用全景相机标定参数和全景图像计算以移动测绘车为中心的预设范围内的全景图像区域，再将在该范围内的全景图像的所有像素点利用矩阵变换得到单帧地面正射投影图像；然后依据正射投影图像的位置和姿态数据，以前一张正射投影图像为参考坐标，平移和旋转后一张正射投影图像，将移动和旋转后的第二张正射投影图像与第一张正射投影图像进行镶嵌，得到两张镶嵌在在一起的正射投影图像，以此结果为参考，继续进行下一张正射投影图像的镶嵌，直到镶嵌完所有的正射投影图像，得到一张完整的正射投影图像。

如图3所示，本发明实施例的所述装置，包括：

第一获取模块40，用于获取当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态；

第二获取模块50，用于根据全景相机采集的图像，获取全景相机拍摄的当前时刻的道路路面的正射投影图像；

生成模块60，用于依据所述图像的坐标和姿态以及所述道路路面的正射投影图像，将下一拍摄时刻的正射投影图像镶嵌到上一拍摄时刻获取的所述正射投影图像中，生成道路正射投影图像。

本发明另一实施例中，所述第一获取模块40包括：

第一获取单元41，用于获取移动测绘车上安装的全球定位***/惯性测量单元采集得到的全部时刻的位置和姿态数据；

第二获取单元42，用于获取车轮编码器数据触发得到的当前全部帧图像的拍摄时间；

第一计算单元43，用于根据所述全部时刻的位置和姿态数据和当前全部帧图像的拍摄时间，按照插值方法，计算得到当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态。

本发明又一实施例中，所述第二获取模块50包括：

第三获取单元51，用于获取全景图像；

第四获取单元52，用于获取全景相机的标定参数；

第二计算单元53，用于根据所述全景图像和全景相机的标定参数，计算以采集装置为中心的预设范围内的全景图像区域；

变换单元54，用于依据空间变换矩阵对所述预设范围内的图像的所有像素点进行像素投射转换，得到道路路面的正射投影图像。

需要说明的是，该装置实施例是与上述方法对应的装置，上述方法的所有实现方式均适用于该装置实施例中，也能达到与上述方法相同的技术效果。

本发明实施例的所述生成道路正射投影图像的***，包括：

全景相机，用于采集路面水平360度、垂直180度全部景象的道路图像数据；

全球定位***/惯性测量单元(GPS/IMU)，用于采集所述***的空间位置和姿态数据；

车轮编码器，用于采集所述***的运动距离；

还包括：上述的生成道路正射投影图像的装置。

如图4和图5所示，应当说明的是，所述全景相机和GPS/IMU安装在移动测绘车车顶上，所述车轮编码器设置在移动测绘车的车轮位置(本发明中只安装有一个车轮编码器，所述车轮编码器可以设置在前轮上，也可以设置在后轮上)。

如图6所示，应当说明的是，移动测绘车上安装有GPS/IMU采集模块、全景图像数据采集模块以及总体控制模块，所述总体控制模块用于对所述采集装置进行控制，包括：GPS/IMU采集模块与全景图像数据采集模块的消息通信、屏幕显示，采集参数的实时刷新，数据存数管理，所述总体控制模块还根据存储容量的变化控制全景图像数据采集模块的采集频率，应当说明的是，所述总体控制模块具体的实现方式以及实现功能为本领域技术人员所述熟知的，在此不再详细说明。

应当说明的是，安装有此***的移动测绘车，一天可获取150公里长度的路面全景图像数据，经过8小时的处理，可以生成对应的道路正射投影图像，在处理中，实现了全景图像合成拼接、全景图像空间坐标赋值、全景图像向地面正射投影图像的正射投影变换、地面正射投影图像的镶嵌的模块化、流程化、自动化的处理，极大的提高了数据采集和生产的速度。

以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述原理前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种生成道路正射投影图像的方法，其特征在于，包括：

获取当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态；

根据全景相机采集的图像，获取全景相机拍摄的当前时刻的道路路面的正射投影图像，所述正射投影图像指的是从空中往地面看的俯视图像；

依据所述图像的坐标和姿态以及所述道路路面的正射投影图像，将下一拍摄时刻的正射投影图像镶嵌到上一拍摄时刻获取的所述正射投影图像中，生成道路正射投影图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态的步骤包括：

获取移动测绘车上安装的全球定位***/惯性测量单元采集得到的全部时刻的位置和姿态数据；

获取车轮编码器数据触发得到的当前全部帧图像的拍摄时间；

根据所述全部时刻的位置和姿态数据和当前全部帧图像的拍摄时间，按照插值方法，计算得到当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述全部时刻的位置和姿态数据和当前全部帧图像的拍摄时间，按照插值方法，计算得到当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态的步骤具体为：

在全部时刻的位置和姿态数据中找到与当前全部帧图像的拍摄时刻相对应的时刻，插值计算得到当前拍摄时刻图像的坐标和姿态。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据全景相机采集的图像，获取全景相机拍摄的当前时刻的道路路面的正射投影图像具体为：

获取全景图像；

获取全景相机的标定参数；

根据所述全景图像和全景相机的标定参数，计算以采集装置为中心的预设范围内的全景图像区域；

依据空间变换矩阵对所述预设范围内的图像的所有像素点进行像素投射转换，得到道路路面的正射投影图像。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述全景图像和全景相机的标定参数，计算以采集装置为中心的预设范围内的全景图像区域的步骤具体为：

根据全景相机采集的每个方位的帧图像，根据相机的标定参数，将所述每个方位的帧图像拼接在一起，形成拼接的以采集装置为中心的预设范围内的全方位全景图像；

所述标定参数包括每个相机的航向角、俯仰角以及翻滚角。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述依据空间变换矩阵对所述预设范围内的图像的所有像素点进行像素投射转换，得到道路路面的正射投影图像的步骤具体为：

将所述全方位全景图像中的所有像素点利用矩阵变换将道路路面的正视图像转换成道路路面的正射投影图像。

7.一种生成道路正射投影图像的装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态；

第二获取模块，用于根据全景相机采集的图像，获取全景相机拍摄的当前时刻的道路路面的正射投影图像；

生成模块，用于依据所述图像的坐标和姿态以及所述道路路面的正射投影图像，将下一拍摄时刻的正射投影图像镶嵌到上一拍摄时刻获取的所述正射投影图像中，生成道路正射投影图像。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一获取模块包括：

第一获取单元，用于获取移动测绘车上安装的全球定位***/惯性测量单元采集得到的全部时刻的位置和姿态数据；

第二获取单元，用于获取车轮编码器数据触发得到的当前全部帧图像的拍摄时间；

第一计算单元，用于根据所述全部时刻的位置和姿态数据和当前全部帧图像的拍摄时间，按照插值方法，计算得到当前拍摄时刻的图像的坐标和姿态。

9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块包括：

第三获取单元，用于获取全景图像；

第四获取单元，用于获取全景相机的标定参数；

第二计算单元，用于根据所述全景图像和全景相机的标定参数，计算以采集装置为中心的预设范围内的全景图像区域；

变换单元，用于依据空间变换矩阵对所述预设范围内的图像的所有像素点进行像素投射转换，得到道路路面的正射投影图像。

10.一种生成道路正射投影图像的***，其特征在于，包括：

全景相机，用于采集路面水平360度、垂直180度全部景象的道路图像数据；

全球定位***/惯性测量单元，用于采集所述***的空间位置和姿态数据；

车轮编码器，用于采集所述***的运动距离；

还包括：如权利要求7至9任一项所述的装置。