CN106846472B - 一种基于全景地图生成影像地图的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于全景地图生成影像地图的方法及装置，根据影像地图中绘制点相对于中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点对应的在全景地图中的像素点的横坐标，并根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标，然后将计算出的绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像图中的像素值，绘制出全景地图对应的影像地图。本发明通过全景地图绘制出影像地图，成本低，并且方便快捷。

Description

一种基于全景地图生成影像地图的方法及装置

技术领域

本发明属于视频监控地图制作领域，尤其涉及一种基于全景地图生成影像地图的方法及装置。

背景技术

在平安城市项目以及公安的指挥调度业务中，地图占有十分重要的位置，目前二维地图的应用已经十分成熟，并且在公安的指挥调度领域发挥着重大的作用，如PGIS地图、天地图等。二维地图能够在全局上十分好的把握整个城市的情况，用户使用十分方便，但是二维地图也存在无法清晰地反映地表状况的问题，在一些地形复杂多变，高低落差大的地方，通过二维地图无法准确反映该地方的地理状况。

影像地图是一种带有地面遥感影像的地图，是利用航空图片或卫星遥感影像，通过几何纠正、投影变换和比例尺归化，运用一定的地图符号、注记，直接反映制图对象地理特征及空间分布的地图。和普通二维地图相比，影像地图具有鲜明的特点：一是以丰富的影像细节去表现区域的地理外貌，比普通二维地图信息量丰富，真实直观、生动形象，富于表现力；二是用简单的线划符号和注记表示影像无法显示或需要计算的地物，弥补了单纯用影像表现地物的不足。

由于影像地图在实际的应用中能够清晰的反应现场的状况，所以应用价值巨大，现有技术通过直接使用飞机或者卫星进行拍摄来生成影像地图，但是由于其获取的成本较高，使用人员通常无法方便地获取需要的影像地图。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于全景地图生成影像地图的方法及装置，通过获取采用无人机进行航拍生成的低成本的全景地图，对全景地图进行图像的畸变处理，生成高清晰度的影像地图。

为了实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种基于全景地图生成影像地图的方法，包括：

根据影像地图中绘制点相对于中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点对应的在全景地图中的像素点的横坐标；

根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像地图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标；

将计算出的绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像图中的像素值。

进一步地，所述根据影像地图中绘制点相对于中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，计算公式如下：

其中，x为绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，θ为影像地图中绘制点相对于中心点的角度，sourcewidth为全景地图的宽度。

进一步地，所述根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标，计算公式如下：

其中，y为绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标，xratio为绘制点的横坐标在影像地图中的比例值，yratio为绘制点的纵坐标在影像地图中的比例值，sourceheight为全景地图的高度，α为参数。

进一步地，所述根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标，计算公式如下：

其中，

Pi为圆周率，h为全景地图拍摄点在影像地图中的对应高度，dis为绘制点到影像地图中心点的距离，sourceheight为全景地图的高度。

进一步地，所述影像地图的中心点为全景地图拍摄点在影像地图上的投影。

本发明还提出了一种基于全景地图生成影像地图的装置，包括：

横坐标计算模块，用于根据影像地图中绘制点相对于中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点对应的在全景地图中的像素点的横坐标；

纵坐标计算模块，用于根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像地图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标；

转换模块，用于将计算出的绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像图中的像素值。

进一步地，所述横坐标计算模块根据影像地图中绘制点相对于中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，计算公式如下：

其中，x为绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，θ为影像地图中绘制点相对于中心点的角度，sourcewidth为全景地图的宽度。

进一步地，所述纵坐标计算模块根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标，计算公式如下：

其中，y为绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标，xratio为绘制点的横坐标在影像地图中的比例值，yratio为绘制点的纵坐标在影像地图中的比例值，sourceheight为全景地图的高度，α为参数。

进一步地，所述纵坐标计算模块根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标，计算公式如下：

其中，

Pi为圆周率，h为全景地图拍摄点在影像地图中的对应高度，dis为绘制点到影像地图中心点的距离，sourceheight为全景地图的高度。

进一步地，所述影像地图的中心点为全景地图拍摄点在影像地图上的投影。

本发明提出了一种基于全景地图生成影像地图的方法及装置，根据全景地图的特征，通过线性函数计算出影像地图中绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，并通过经纬度直投方法计算出影像地图中绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标，得到影像地图中的绘制点与全景地图中的像素点的对应关系，并将绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像图中的像素值，在影像地图中绘制出所有的绘制点，生成全景地图对应的影像地图。本发明通过全景地图绘制出影像地图，成本低，并且方便快捷。

附图说明

图1为本实施例全景地图的数据源图片；

图2为本发明基于全景地图生成影像地图的方法的流程图；

图3为本实施例计算绘制点P与影像地图的中心点O之间的连线与横轴的夹角θ的示意图；

图4为本实施例通过线性函数计算方法生成的影像地图；

图5为本实施例计算视点K与绘制点P之间的连线与视点K与影像地图中心点O之间的连线的夹角θ′的示意图；

图6为本实施例通过经纬度直投方法生成的影像地图；

图7为本发明基于全景地图生成影像地图的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。

全景地图是最近兴起的一种地图技术，该技术主要是通过无人机携带相机上升到需要制作全景地图区域的低空(一般为100米～200米)，然后将无人机悬停在空中不动，控制相机以设定的俯仰角度在水平方向进行360度旋转拍摄，然后对相机从不同方向拍摄的图片进行拼接后得到制作全景地图的数据源图片，最后对制作全景地图的数据源图片进行渲染等后期制作后生成全景地图。无人机相对于卫星或飞机而言成本更低，并且使用方便，因此对于范围不大的区域通过无人机拍摄制作全景地图成本较低，方便快捷。

本实施例根据制作全景地图的数据源图片来生成影像地图，本实施例制作全景地图的数据源图片如图1所示，从图中可以看出该图片存在视角变形，即同样大小的物体在图片下部所成的图像较大，在图片上部所成的图像较小。该图片存在以下特征：底部图像距离视点(相机所在位置，拍摄点)最近，顶部图像距离视点最远，图像垂直方向的50％处是视平线(同时也是地平线)，视平线上方为天空，视平线下方为地面，由于本实施例的目的是制作地面的影像地图，所以本实施例所需的图像位于视平线的下方。

该图片还存在以下特征，将图像以纵轴进行分割，每条轴线上的像素正好是该视点朝向某一个角度的所有像素的集合。

基于制作全景地图的数据源图片的以上特征，可以得出如下结论，如果以上述视点在影像地图上的投影为影像地图的中心，按照全景地图中每条纵轴线所代表的角度将每条纵轴线上的像素均匀的铺设在影像地图上，就可以得到全景地图朝向底部的影像地图。

本实施例一种基于全景地图生成影像地图的方法，如图2所示，包括：

步骤S1、根据影像地图中绘制点相对于中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标。

本实施例根据影像地图中的绘制点的坐标，通过线性函数计算出该绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标和纵坐标，得到影像地图中的绘制点在全景地图中对应的像素点，然后将绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像地图中的像素值，生成影像地图。

首先，本实施例根据影像地图中的绘制点的坐标，计算出该绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标。如图3所示，O点为影像地图的中心点，X为影像地图的横轴方向，Y为影像地图的纵轴方向，绘制点P的横坐标为i，纵坐标为j(即绘制点P为影像地图中横轴方向第i个、纵轴方向第j个像素点)，绘制点P与影像地图的中心点O之间的连线与横轴的夹角为θ。根据绘制点P的坐标可以计算出绘制点P在影像地图中的比例值为：

xratio＝i/width

yratio＝j/height

其中，xratio为绘制点P在影像地图横轴方向的比例值，yratio为绘制点P在影像地图纵轴方向的比例值，width为影像地图的宽度(即影像地图横轴方向的像素的总数量)，height为影像地图的高度(即影像地图纵轴方向的像素的总数量)。

需要说明的是，在本实施例中假设影像地图的width与height一致，在影像地图的width与height不一致时，绘制点P在影像地图中的比例值公式可以以影像地图的高度或宽度中的一个值为依据来进行计算，例如：

xratio＝i/width

yratio＝j/width

以影像地图的高度或宽度中的一个值为依据来进行计算，不影响本技术方案的技术效果，这里不再赘述。

如图3所示，根据计算出的绘制点P在影像地图中的比例值可以确定绘制点P与影像地图的中心点O之间的位置关系，从而计算出绘制点P与影像地图的中心点O之间的连线与横轴的夹角为θ。具体计算方法如下：

如果xratio大于0.5，并且yratio大于0.5，则：

如果xratio小于0.5，并且yratio大于0.5，则：

如果xratio小于0.5，并且yratio小于0.5，则：

如果xratio大于0.5，并且yratio小于0.5，则：

根据全景地图的特点，本实施例得到全景地图最左边纵轴线a上的像素点对应于影像地图中θ＝0°时的绘制点，全景地图最右边纵轴线c上的像素点对应于影像地图中θ＝360°时的绘制点，因此通过线性关系得到绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标为：

其中，sourcewidth为全景地图的宽度，即全景地图在横轴方向的像素的总数量。

通过上述方法，本实施例根据影像地图中绘制点相对于中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标。

步骤S2、根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标。

首先，根据绘制点在影像地图中的坐标计算出该绘制点距离影像地图中心的距离：

其中xratio为绘制点P在影像地图横轴方向的比例值，yratio为绘制点P在影像地图纵轴方向的比例值。

根据全景地图的特点，本实施例得出全景地图最下方的横轴d上的像素点对应于影像地图中dis＝0的绘制点，全景地图中间的横轴e(即视平线所在的位置)上的像素点对应于对应影像地图中dis接近0.5的绘制点，因此通过线性关系得到绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标为：

其中，sourceheight为全景地图的高度，即全景地图在纵轴方向的像素的总数量；α为参数。本实施例中α参数不同会产生不同的拉伸效果，其取值根据需要的拉伸效果来定，本实施例优选地设置α＝2。

通过上述方法，本实施例根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标。

本实施例通过上述线性函数计算出绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标和纵坐标后，将绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像地图中的像素值生成的影像地图，如图4所示，从图中可以看出该图中心位置(例如，区域A)和边缘位置(例如，区域B)的分辨率存在巨大差异，中心位置的分辨率很高，边缘位置的分辨率很低，这种分辨率的差异主要是由于计算绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标时采用线性方法造成的，因此为了得到各个位置分辨率一致的影像地图，本实施例进一步地采用类似地图投影的经纬度直投方法来计算绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标，具体计算方法如下：

如图5所示，dis为绘制点P到影像地图中心点O之间的长度，h表示拍摄点在影像地图中的对应高度，h根据无人机的高度以及影像地图的清晰度可以计算得到。

本发明的一个具体实施例，假设根据影响地图的清晰度(分辨率)可知1像素＝N米，即一个像素代表实际距离为N米，效果图的width与height一致，则dis所表示的具体距离为dis*width*N米。

根据经纬度直投方法得到视点K与绘制点P之间的连线与视点K与影像地图中心点O之间的连线的夹角为：

其中，Pi为圆周率，

如果其中dis用其表示的具体距离dis*width*N米来代替，则h为拍摄点的实际高度H(米)。

本实施例在实际应用中，由于实际拍摄的无人机高度、效果图的宽度和分辨率都会事先设定好，因此h是已知的参数，根据实际经验设置h为0.3。

根据经纬度直投方法得到绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标为：

其中sourceheight为全景地图的高度。

本实施例通过上述线性方法计算出绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，并通过经纬度直投方法计算出绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标后，将绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像地图中的像素值生成的影像地图，如图6所示，从图中可以看出该图在横轴和纵轴上能够维持分辨率的稳定，并且道路并没有在远方变窄，依然为相同的宽度，例如，图中的道路R。该影像地图与通过航拍或卫星遥感生成的影像地图十分相似，能够准确反映该影像地图对应区域的地理特征。

步骤S3、将计算出的绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像图中的像素值。

本实施例计算出影像地图中的绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标和纵坐标后，得到该绘制点在全景地图中对应的像素点，将该绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像图中的像素值，在影像地图中绘制出该绘制点。

本实施例通过上述方法得到影像地图中的每个绘制点在全景地图中对应的像素点，并将各个绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像图中的像素值，在影像地图中绘制出所有的绘制点，生成全景地图对应的影像地图。

本实施例还提出了一种基于全景地图生成影像地图的装置，包括：

横坐标计算模块，用于根据影像地图中绘制点相对于中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点对应的在全景地图中的像素点的横坐标；

纵坐标计算模块，用于根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像地图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标；

转换模块，用于将计算出的绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像图中的像素值。

本实施例横坐标计算模块根据影像地图中绘制点相对于中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，计算公式如下：

其中，x为绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，θ为影像地图中绘制点相对于中心点的角度，sourcewidth为全景地图的宽度。

本实施例纵坐标计算模块根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标，计算公式如下：

其中，y为绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标，xratio为绘制点的横坐标在影像地图中的比例值，yratio为绘制点的纵坐标在影像地图中的比例值，sourceheight为全景地图的高度，α为参数。

本实施例纵坐标计算模块根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标，计算公式如下：

其中，

Pi为圆周率，h为全景地图拍摄点在影像地图中的对应高度，dis为绘制点到影像地图中心点的距离，sourceheight为全景地图的高度。

本实施例影像地图的中心点为全景地图拍摄点在影像地图上的投影。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于全景地图生成影像地图的方法，其特征在于，所述基于全景地图生成影像地图的方法，包括：

根据影像地图中绘制点相对于影像地图中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点对应的在全景地图中的像素点的横坐标；

根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像地图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标；

将计算出的绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像图中的像素值；

其中，所述根据影像地图中绘制点相对于影像地图中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，计算公式如下：

其中，x为绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，θ为影像地图中绘制点相对于影像地图中心点的角度，sourcewidth为全景地图的宽度；

所述根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标，计算公式如下：

其中，y为绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标，xratio为绘制点的横坐标在影像地图中的比例值，yratio为绘制点的纵坐标在影像地图中的比例值，sourceheight为全景地图的高度，α为参数；

或，所述根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标，计算公式如下：

其中，

Pi为圆周率，h为全景地图拍摄点在影像地图中的对应高度，dis为绘制点到影像地图中心点的距离，sourceheight为全景地图的高度。

2.根据权利要求1所述基于全景地图生成影像地图的方法，其特征在于，所述影像地图的中心点为全景地图拍摄点在影像地图上的投影。

3.一种基于全景地图生成影像地图的装置，其特征在于，所述基于全景地图生成影像地图的装置，包括：

横坐标计算模块，用于根据影像地图中绘制点相对于中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点对应的在全景地图中的像素点的横坐标；

纵坐标计算模块，用于根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像地图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标；

转换模块，用于将计算出的绘制点在全景地图中对应的像素点的像素值作为该绘制点在影像图中的像素值；

其中，所述横坐标计算模块根据影像地图中绘制点相对于影像地图中心点的角度和全景地图的宽度，计算出该绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，计算公式如下：

其中，x为绘制点在全景地图中对应的像素点的横坐标，θ为影像地图中绘制点相对于影像地图中心点的角度，sourcewidth为全景地图的宽度；

所述纵坐标计算模块根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标，计算公式如下：

其中，y为绘制点在全景地图中对应的像素点的纵坐标，xratio为绘制点的横坐标在影像地图中的比例值，yratio为绘制点的纵坐标在影像地图中的比例值，sourceheight为全景地图的高度，α为参数；

或，所述纵坐标计算模块根据影像地图中绘制点的横坐标和纵坐标在影像图中的比例值，以及全景地图的高度，计算该绘制点对应的在全景地图中的像素点的纵坐标，计算公式如下：

其中，

Pi为圆周率，h为全景地图拍摄点在影像地图中的对应高度，dis为绘制点到影像地图中心点的距离，sourceheight为全景地图的高度。

4.根据权利要求3所述基于全景地图生成影像地图的装置，其特征在于，所述影像地图的中心点为全景地图拍摄点在影像地图上的投影。

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