CN108648272A - 三维实景采集建模方法、可读存储介质及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的三维实景采集建模方法、可读存储介质及装置。通过利用三维实景采集装置的激光扫描部件实时采集目标的激光点云，同时利用全景拍摄部件采集目标真实的全景影像，将点云数据与全景影像数据同步上传至三维实景建模***进行存储与处理。通过对激光点云进行同名点匹配计算构建整体三维模型，对全景影像进行拼接整合处理，将处理后的三维模型与全景影像进行融合处理完成三维实景建模，三维实景模型再通过三维实景建模***推送至三维实景应用***进行各种三维实景的应用；从而大幅提升采集与建模处理速度，在应对突发情况时，能够保证了数据的时效性，提高建模效率，减少建模周期。
Description
技术领域
本发明涉及的三维数据采集建模领域。尤其是涉及三维实景采集建模方法、可读存储介质及装置。
背景技术
三维实景是一种运用数码相机对现有场景进行多角度环视拍摄然后进行后期缝合并加载播放程序来完成的一种三维虚拟展示技术。三维实景在浏览中可以由观赏者对图像进行放大、缩小、移动、多角度观看等操作。经过深入的编程，可实现场景中的热点链接、多场景之间虚拟漫游、雷达方位导航等功能。三维实景技术广泛应用于诸多领域网络虚拟展示。
近年来三维实景建模技术在国际测绘领域新兴，通过在平台上搭载多种传感器，同时从垂直、水平、倾斜等不同的角度采集影像，获取地面物体更为完整准确的信息。其主要过程包括空中三角测量、几何校正、同名点匹配、区域网联合平差等处理，最后将平差后的数据包含三个坐标信息及三个方向角信息赋予每张倾斜影像，进而合成高精度三维模型。
但现有技术也存在一定程度的不足。三维实景建模技术多采用固定的工作站集群方式进行，获取实景信息相对有限，且难以应对突发情况下对三维实景建模的需要，且现阶段三维实景建模采集得到的数据量巨大，现有工作站难以完成对该数据的处理，而将数据保存做后期处理则将失去数据的时效性。现有技术对整体三维实景建模的精度虽然较高但效率偏低制作周期长，难以满足对精度要求不高但对时效性要求很高的使用场景。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供三维实景采集建模方法、可读存储介质及装置，用于解决现有技术中获取实景信息难以应对突发情况以及保证数据的时效性，建模效率低，周期时间长的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三维实景采集建模方法，所述方法包括：实时同步获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息；利用同名点匹配算法对所述三维激光点云信息进行计算生成三维模型；利用全景自动处理软件对所述全景影像信息进行拼接构建全景影像；采用点标记法对所述全景影像标定多个空间位置点；将各所述空间位置点与所述三维模型进行匹配计算，得到所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型；利用所述相对关系模型对所述三维模型与所述全景影像进行融合处理，得到目标物体及其周围环境的三维实景数据，形成三维实景模型；通过通信网络将三维实景模型发送到远端的三维实景应用***，以供生成可视化图像。
于本发明的一实施例中，所述三维激光点云信息和全景影像信息通过多个不同位置观测站点采集，所述多个不同位置的观测站点所采集的三维激光点云信息和全景影像信息的组合全面覆盖所述目标物体。
于本发明的一实施例中，所述多个不同位置的观测站点优选道路两旁。
于本发明的一实施例中，还包括：对所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型修正，包括：若不符合预期，则对所述不符合预期的相对关系模型单独存储，并重新进行机器训练，直至符合预期；若符合预期，则执行所述融合处理。
于本发明的一实施例中，所述三维实景应用***还包括对应不同周围环境的多个场景子***。
于本发明的一实施例中，所述多个场景子***类型包括：道路、房屋、展厅、及会场中的一或多种。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，该程序被处理器执行时实现所述的一种三维实景采集建模方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三维实景采集建模装置，所述三维实景建模装置，包括：通信器、存储器及处理器；所述通信器，用于与外部通信以获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述三维实景建模装置执行所述的一种三维实景采集建模方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三维实景采集建模装置，包括：激光扫描部件、全景拍摄部件、存储器、处理器、及通信器；所述激光扫描部件，用于负责所述目标物体及其周围环境的三维激光点云数据信息的收集和处理，通过激光发射与反射接收获取扫描目标的空间位置与距离信息；所述全景拍摄部件，用于负责所述目标物体及其周围环境的真实景象进行拍摄采集和处理，通过多个摄像头同时对目标环境进行拍摄以获取重叠图适合的照片；所述通信器，用于与外部通信以获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息；存储器，存储计算机程序；处理器，通信连接所述激光扫描部件、全景拍摄部件及存储器，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以实现如下步骤：控制所述激光扫描部件及全景拍摄部件同步获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息；利用同名点匹配算法对所述三维激光点云信息进行计算生成三维模型；利用全景自动处理软件对所述全景影像信息进行拼接构建全景影像；采用点标记法对所述全景影像标定多个空间位置点；将各所述空间位置点与所述三维模型进行匹配计算，得到所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型；利用所述相关关系模型对所述三维模型与所述全景影像进行融合处理，得到目标物体及其周围环境的三维实景数据，形成三维实景模型；通过通信网络将三维实景模型发送到远端的三维实景应用***，以供生成可视化图像。
于本发明的一实施例中，所述激光扫描部件与所述全景拍摄部件可拆卸连接。
如上所述，本发明的一种三维实景采集建模方法、可读存储介质及装置，通过利用三维实景采集装置的激光扫描部件实时采集目标的激光点云，同时利用全景拍摄部件采集目标真实的全景影像，将点云数据与全景影像数据同步上传至三维实景建模***进行存储与处理。通过对激光点云进行同名点匹配计算构建整体三维模型，对全景影像进行拼接整合处理，将处理后的三维模型与全景影像进行融合处理完成三维实景建模，三维实景模型再通过三维实景建模***推送至三维实景应用***进行各种三维实景的应用。采用本发明的方法、可读存储介质及装置，具有以下有益效果：
可以大幅提升采集与建模处理速度，在应对突发情况时，能够保证了数据的时效性，提高建模效率，减少建模周期。
附图说明
图1显示为本发明于一实施例中的三维实景采集建模方法的流程示意图。
图2显示为本发明于一实施例中的相对关系模型修正方法的流程示意图。
图3显示为本发明于一实施例中的三维实景采集建模装置模块示意图。
图4显示为本发明于另一实施例中的三维实景采集建模装置模块示意图。
元件标号说明
S101～S107 方法步骤
S201～S204 方法步骤
300 三维采集建模装置
301 存储器
302 处理器
303 通信器
400 三维建模采集装置
401 存储器
402 处理器
403 通信器
404 激光扫描部件
405 全景拍摄部件
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，展示本发明实施例中的三维实景采集建模方法的流程示意图，本发明提供一种三维实景采集建模方法，所述方法包括：
步骤S101：实时同步获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息。
于本发明的一实施例中，所述三维激光点云信息和全景影像信息通过多个不同位置观测站点采集，所述多个不同位置的观测站点所采集的三维激光点云信息和全景影像信息的组合全面覆盖所述目标物体。
于本发明的一实施例中，所述多个不同位置的观测站点优选道路两旁。
所述三维激光点云信息采用具有激光扫描功能装置进行采集，其原理通过激光发射与反射接收获取被扫描目标的空间位置与距离信息，所述三维激光点云信息包含物体表面的高精度三维坐标，通过点云直接可以获取地物坐标及特征信息，具有密度大，精度高、数据量大等特点。
所述全景影像信息采用具有拍摄功能装置进行采集，例如照相机、及摄像头，其原理通过多个摄像头同时对目标环境进行拍摄以获取重叠图适合的图像，所述全景影像信息具有形象的纹理和颜色信息。
所述多个不同位置的观测站点，其中，每个位置的观测站点优选激光扫描部件与全景拍摄部件同步采集，可以减少步骤S104、及步骤S105匹配与融合的运算时间；所述多个不同位置的观测站点的数量，优选不少于3个。通常对目标物体进行360度全方位观测最少需要3个观测站点，但对于结构不规则的目标物体，或目标物体处于运动状态，则会存在观测盲区或遗漏点，所以，设置不少于3个数量的观测站点，能够最大化地全面覆盖所述目标物体。
所述多个不同位置的观测站点优选道路两旁，基于本发明一种三维实景采集建模方法中，可实时同步采集目标物体信息，能够应对突发状况的实景环境，优选地，可于道路两旁设置观测站点以采集道路上车辆及行人的动态环境。
步骤S102：利用同名点匹配算法对所述三维激光点云信息进行计算生成三维模型。
所述同名点匹配算法是针对点云数据配准的一种方法，目前最常用的是迭代最近点算法(Iterative Closest Point，ICP)，它是由Besl和Mckay在1992年提出的，该算法是基于纯粹几何模型的三维物体对准算法，主要用于三维物体的配准问题，可以理解为：给定两个来自不同坐标系的三维数据点集，找出两个点集的空间变换，以便它们能进行空间匹配。由于它的强大功能以及高的精确度，很快就成为了曲面配准中的主流算法。
通过所述同名点匹配算法对多个不同位置观测站点三维激光点云信息进行配准，生成三维模型。
步骤S103：利用全景自动处理软件对所述全景影像信息进行拼接构建全景影像。
所述全景自动处理软件，是指通过专业软件制作把拍摄的图片制作成超过人的正常视角的图像处理软件。常用全景自动处理软件包括：以图片拼接为主的全景拼接软件；把多张全景图制作成可以互相切换，并且有地图导航指示，漫游全景的全景三维漫游制作软件；以制作物体的360旋转展示为主的360度展示软件。
步骤S104：采用点标记法对所述全景影像标定多个空间位置点。
步骤S105：将各所述空间位置点与所述三维模型进行匹配计算，得到所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型。
三维激光点云是物体表面的高精度三维坐标，通过点云直接可以获取地物坐标及特征信息，具有密度大，精度高、数据量大等特点，但没有纹理和颜色信息，表现不直观，点云的这些特点导致单纯利用三维激光点云难以对地物进行判读、分类、测量，制约着点云的应用。
全景影像数据具有形象的纹理和颜色信息，可以作为三维激光点云数据的纹理补充。将点云与全景影像数据进行配准，融合两者信息，通过三维激光点云可以找到对应影像像素，进行点云着色，反之以全景影像作为展现载体，通过影像素坐标可以找到对应三维激光点云，使两种数据产品拥有统一的坐标***，相互空间关联，形成所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型。
步骤S106：利用所述相对关系模型对所述三维模型与所述全景影像进行融合处理，得到目标物体及其周围环境的三维实景数据，形成三维实景模型；
于本发明的一实施例中，还包括：对所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型修正方法。如图2所示，展示本发明实施例中的相对关系模型修正方法的流程示意图。
包括对所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型进行预期判断步骤S201；
若不符合预期，则对所述不符合预期的相对关系模型单独存储步骤S202；并重新进行机器训练，直至符合预期步骤S203；
若符合预期，则执行所述融合处理步骤S204。
对所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型判断是否符合预期，基于专家经验与人工目视的判断。
步骤S107：通过通信网络将三维实景模型发送到远端的三维实景应用***，以供生成可视化图像。
于本发明的一实施例中，所述三维实景应用***还包括对应不同周围环境的多个场景子***。
于本发明的一实施例中，所述多个场景子***类型包括：道路、房屋、展厅、及会场中的一或多种。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种计算机可读存储介质，该程序被处理器执行时实现所述的一种三维实景采集建模方法。
所述计算机可读存储介质，本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
如图3所示，展示本发明实施例中的三维实景采集建模装置模块示意图，本发明提供一种三维实景采集建模装置300，包括：通信器303、存储器301及处理器302；所述通信器303，用于与外部通信以获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息；所述存储器301用于存储计算机程序，所述处理器302用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述三维实景建模装置300执行所述的一种三维实景采集建模方法。
所述目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息可由远端服务器提供，所述远端服务器可以代表各种形式的服务器，比如web服务器、应用服务器、代理服务器、网络服务器或者服务器群；
所述目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息还可由计算设备提供，所述计算设备可以包括一个或者多个处理设备，并且可以是或者包括膝上型计算机、手持计算机、平板计算机、网络装置、三维扫描装置、相机、导航设备或者这些数据处理设备或者其他数据处理设备中的任何两个或者更多数据处理设备的组合。
所述通信器用于实现数据库访问装置与其他设备(例如客户端、读写库和只读库)之间的通信，所述通信可以是一个或多个有线和/或无线网络的任何合适的组合。例如，通信可以包括互联网、内联网、广域网(WAN)、局域网(LAN)、无线网络、数字用户线(DSL)网络、帧中继网络、异步传输模式(ATM)网络、虚拟专用网络(VPN)和/或任何其它合适的通信网络中的任何一个或多个。所述存储器可能包含随机存取存储器(RandomAccessMemory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。所述处理器可以是通用处理器，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(DigitalSignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，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。
如图4所示，展示本发明另一实施例中的三维实景采集建模装置模块示意图，本发明提供一种三维实景采集建模装置400，包括：激光扫描部件404、全景拍摄部件405、存储器401、处理器402、及通信器403；所述激光扫描部件404，用于负责所述目标物体及其周围环境的三维激光点云数据信息的收集和处理，通过激光发射与反射接收获取扫描目标的空间位置与距离信息；所述全景拍摄部件405，用于负责所述目标物体及其周围环境的真实景象进行拍摄采集和处理，通过多个摄像头同时对目标环境进行拍摄以获取重叠图适合的照片；所述通信器403，用于与外部通信以获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息；存储器401，存储计算机程序；处理器402，通信连接所述激光扫描部件404、全景拍摄部件405及存储器401，用于执行所述存储器401存储的计算机程序，以实现如下步骤：控制所述激光扫描部件及全景拍摄部件，同步获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息S101；利用同名点匹配算法对所述三维激光点云信息进行计算生成三维模型S102；利用全景自动处理软件对所述全景影像信息进行拼接构建全景影像S103；采用点标记法对所述全景影像标定多个空间位置点S104；将各所述空间位置点与所述三维模型进行匹配计算，得到所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型S105；利用所述相关关系模型对所述三维模型与所述全景影像进行融合处理，得到目标物体及其周围环境的三维实景数据，形成三维实景模型S106；通过通信网络将三维实景模型发送到远端的三维实景应用***，以供生成可视化图像S107。
所述激光扫描部件404为具有激光扫描功能部件，应用于通过激光发射与反射接收获取被扫描目标的空间位置与距离信息。所述全景拍摄部件405为具有拍摄功能部件，例如照相机、及摄像头，应用于通过多个摄像头同时对目标环境进行拍摄以获取重叠图适合的图像。
所述存储器401、处理器402、及通信器403与上述本发明提供一种三维实景采集建模装置200所述一致。
所述一种三维实景采集建模装置400可为一体结构，组成结构包括：激光扫描部件404、全景拍摄部件405、存储器401、处理器402、及通信器403；所述一种三维实景采集建模装置400还可以由激光扫描部件404、全景拍摄部件405、存储器401、处理器402、及通信器403组合而成。
于本发明的一实施例中，所述激光扫描部件与所述全景拍摄部件可拆卸连接。
所述激光扫描部件与所述全景拍摄部件可拆卸连接，包括：铰接、卡扣、及粘连一或多种组合方式。
综上所述，本发明的一种三维实景采集建模方法、可读存储介质及装置，通过利用三维实景采集装置的激光扫描部件实时采集目标的激光点云，同时利用全景拍摄部件采集目标真实的全景影像，将点云数据与全景影像数据同步上传至三维实景建模***进行存储与处理。通过对激光点云进行同名点匹配计算构建整体三维模型，对全景影像进行拼接整合处理，将处理后的三维模型与全景影像进行融合处理完成三维实景建模，三维实景模型再通过三维实景建模***推送至三维实景应用***进行各种三维实景的应用。
以采集目标环境500平方米为例，目前流行的测绘方式从采集到制作完成整个三维实景数据建模的周期一般在3-5天，利用本发明的采集、建模方法与***可以更高效的处理周期在1-2天内完成，整体时效性大幅提高可以促进更多的实际应用如案件现场的采集可以更高效进行以避免造成案件处理的延误。
本发明可以大幅提升采集与建模处理速度，在应对突发情况时，能够保证了数据的时效性，提高建模效率，减少建模周期，有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种三维实景采集建模方法，其特征在于，所述方法包括：
实时同步获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息；
利用同名点匹配算法对所述三维激光点云信息进行计算生成三维模型；
利用全景自动处理软件对所述全景影像信息进行拼接构建全景影像；
采用点标记法对所述全景影像标定多个空间位置点；
将各所述空间位置点与所述三维模型进行匹配计算，得到所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型；
利用所述相对关系模型对所述三维模型与所述全景影像进行融合处理，得到目标物体及其周围环境的三维实景数据，形成三维实景模型；
通过通信网络将三维实景模型发送到远端的三维实景应用***，以供生成可视化图像。
2.根据权利要求1所述的三维实景采集建模方法，其特征在于，所述三维激光点云信息和全景影像信息通过多个不同位置观测站点采集，所述多个不同位置的观测站点所采集的三维激光点云信息和全景影像信息的组合全面覆盖所述目标物体。
3.根据权利要求2所述的三维实景采集建模方法，其特征在于，所述多个不同位置的观测站点优选道路两旁。
4.根据权利要求1所述的三维实景采集建模方法，其特征在于，还包括：对所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型修正，包括：
若不符合预期，则对所述不符合预期的相对关系模型单独存储，并重新进行机器训练，直至符合预期；
若符合预期，则执行所述融合处理。
5.根据权利要求1述的三维实景采集建模方法，其特征在于，所述三维实景应用***还包括对应不同周围环境的多个场景子***。
6.根据权利要求4述的三维实景采集建模方法，其特征在于，所述多个场景子***类型包括：道路、房屋、展厅、及会场中的一或多种。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至6中任一项所述的一种三维实景采集建模方法。
8.一种三维实景采集建模装置，其特征在于，所述三维实景建模装置，包括：通信器、存储器、及处理器；
所述通信器，用于与外部通信以获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息；
所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述三维实景建模装置执行如权利要求1至6中任一项所述的一种三维实景采集建模方法。
9.一种三维实景采集建模装置，其特征在于，包括：激光扫描部件、全景拍摄部件、存储器、处理器、及通信器；
所述激光扫描部件，用于负责所述目标物体及其周围环境的三维激光点云数据信息的收集和处理，通过激光发射与反射接收获取扫描目标的空间位置与距离信息；
所述全景拍摄部件，用于负责所述目标物体及其周围环境的真实景象进行拍摄采集和处理，通过多个摄像头同时对目标环境进行拍摄以获取重叠图适合的照片；
通信器，用于与外部通信以获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息；
存储器，存储计算机程序；
处理器，通信连接所述激光扫描部件、全景拍摄部件及存储器，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以实现如下步骤：
控制所述激光扫描部件及全景拍摄部件同步获取目标物体的三维激光点云信息与全景影像信息；
利用同名点匹配算法对所述三维激光点云信息进行计算生成三维模型；
利用全景自动处理软件对所述全景影像信息进行拼接构建全景影像；
采用点标记法对所述全景影像标定多个空间位置点；
将各所述空间位置点与所述三维模型进行匹配计算，得到所述三维模型与所述全景影像的相对关系模型；
利用所述相关关系模型对所述三维模型与所述全景影像进行融合处理，得到目标物体及其周围环境的三维实景数据，形成三维实景模型；
通过通信网络将三维实景模型发送到远端的三维实景应用***，以供生成可视化图像。
10.根据权利要求9所述的三维实景采集建模装置，其特征在于，所述激光扫描部件与所述全景拍摄部件可拆卸连接。
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