CN1945213A - 基于可量测实景图像的可视化位置服务的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于可量测实景图像的可视化位置服务方法，包括如下步骤：获取关于真实场景的立体序列影像数据等数据；对获取影像数据进行预处理；并对数据建立索引；可视化位置服务及兴趣点量测。本发明与单纯的地图或者正射影像图相比，更贴近用户日常生活的视角，消除了明显的专业色彩，能更好的面向大众，同时采用该方法可以满足对电子地图进行快速测制和更新的需要，提高位置服务数据的质量，保证数据更新的周期，解决落后的数据采集和生产方式，充分发挥GIS***的功能，推动相关产业的发展。另一方面，该方法与传统的三维GIS平台相比，数据采集快，加工繁杂度、成本和劳动强度都很低，具有高精度的量测特性，可极大扩展位置服务的应用范围。

Description

基于可量测实景图像的可视化位置服务的实现方法

技术领域

本发明涉及基于可量测实景图像的可视化位置服务方法。

背景技术

人类80％以上的信息与地理位置有关，随着资讯时代的到来，人们对于快速获取全面、准确、实时的三维地理信息有着越来越强烈的要求。

目前空间信息主要以4D产品为主，其专业性比较强，而且缺乏现势性，导致产业链不完整，影响产业发展，具体而言主要存在以下三个方面的问题：

1、缺少可视化、高分辨率的信息支持，只能提供单纯的电子地图或者正射影像图，忽视人们出行中信息和娱乐的需求，同时正射影像图带有明显的专业色彩，其视角与平常看到的世界很不一样，不够直观，不便于其面向大众服务。

2、位置服务数据质量、数据更新的周期无法保证，不能满足对电子地图快速测制以及更新的需要。采用人工测量方式，存在效率低、劳动强度大且存在人为误差等缺点；采用航测遥感技术则存在调绘工作量大、判读难、易受主观影响以及效率低的缺点，且垂直摄影受摄影角度的限制不能获取某些地物的属性。

3、空间数据的获取与快速加工是位置服务产业链上的瓶颈问题，它直接制约了汽车导航等技术的推广和普及，从而也大大制约了智能交通产业的发展。而在勘测、部队、交通、电力等领域，GIS***已普及到了相当的程度，但也由于不能有效采集数据和及时更新数据，造成了GIS***的功能不能充分的发挥。

另一方面，三维地理信息***的出现和发展，使得人们可以用透视的方式多角度的观察客观的三维世界，它具有直观性强，便于非专业化和大众化的服务。但是传统的三维GIS平台中，客观世界的表达是通过对已采集的三维模型和纹理数据进行建模和渲染等处理后实现的，三维建模和纹理制作是其主要的组成部分。模型数据当前主要是利用数字摄影测量的方式采集数字地面模型和建筑物的三维立体模型，对于建筑物模型数据，采集完经过大量的编辑修改之后才能实现建筑物的建模；纹理影像是通过实地拍照、无人机或飞艇进行低空摄影的方式进行获取，经过加工处理后复制到模型表面的，这种三维建模和纹理获取的方式表达三维城市模型在数据加工的繁复度和成本方面都较高，劳动强度也很大，制作出来的三维模型也基本上只为了满足三维浏览目的，不具有可量测性，应用范围受限制。

因此在实际应用中急切需要应用先进的科技手段，提高数据获取的效率，缩短数据更新的周期，提高数据的质量，解决落后的数据采集生产方式，并提供一种新的更贴近与日常生活的视角以使基于位置的服务能够更好的为非专业和大众化服务。

发明内容

本发明就是针对上述问题，提供一种基于可量测实景图像的快速可视化位置服务方法，以解决目前位置服务在数据获取以及表达等方面存在的瓶颈问题，使地理信息***能够更好的为非专业和大众化服务。

本发明提供的技术方案是：一种基于可量测实景图像的可视化位置服务方法，包括如下步骤：

一、数据获取：通过地面摄影平台获取关于真实场景的不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据、CCD相机的姿态数据和GPS数据；

二、对获取的不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据、GPS数据和相机的姿态数据进行预处理：对不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据中的每一帧实景图像，根据其获取的时间，结合该时刻相机的姿态数据、GPS数据以及GPS接收机与相机的相对位置关系得出该帧实景图像的内外方位元素；并对不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据建立索引，根据坐标将序列影像数据或视频流数据中的实景图像帧与电子地图或正射影像图关联起来；

三、可视化位置服务：当用户在电子地图或正射影像图上漫游到某一位置时，根据用户漫游的位置，实时获取关于该场景的不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据，并显示给用户；

四、兴趣点量测：当在电子地图或正射影像图上漫游到某一位置时，从不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据中获取关于该场景的实景图像的立体像对以及实景图像的内外方位元素；测量时首先对兴趣点进行匹配，找出兴趣点在实景图像的立体像对中的同名像点，然后采用摄影测量的前方交汇方法量测兴趣点的地面坐标，并进而计算地物的几何尺寸；量测兴趣点的地面坐标的过程如下所述：

已知条件：实景图像的立体像对的内方位元素分别为(X₁₀，Y₁₀，f₁)，(X₂₀，Y₂₀，f₂)外方位线元素分别为(X_S1，Y_S1，Z_S1)，(X_S2，Y_S2，Z_S2)外方位角元素分别为(₁，ω₁，κ₁)，(₂，ω₂，κ₂)所求兴趣点在实景图像的立体像对的像素坐标分别为(X₁，Y₁)，(X₂，Y₂)求兴趣点的地面坐标(X_A，Y_A，Z_A)：

1)所求兴趣点在实景图像的立体像对的像点坐标分别为(x₁，y₁)，(x₂，y₂)

               x₁＝X₁-X₁₀

               y₁＝Y₁-Y₁₀

               x₂＝X₂-X₂₀

               y₂＝Y₂-Y₂₀

2)根据实景图像的立体像对的外方位元素的角元素分别计算立体像对的左右实景图像的旋转矩阵R₁和R₂

3)根据实景图像的立体像对的外方位线元素计算摄影基线分量B_X，B_Y，B_Z；

4)逐点计算像点的空间辅助坐标：

$\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ Y_1\\ Z_1\end{array}\right]=R_1\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ -f_1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{X}_2\\ Y_2\\ Z_2\end{array}\right]=R_2\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ -f_2\end{array}\right]$

5)计算点投影系数：

$N_1=\frac{B_x{Z}_2-B_z{X}_2}{X_1{Z}_2-X_2{Z}_1}$

$N_2=\frac{B_x{Z}_1-B_z{X}_1}{X_1{Z}_2-X_2{Z}_1}$

6)计算兴趣点的地面坐标：

X_A＝N₁X₁+X_S1＝N₂X₂+X_S2

Y_A＝N₁Y₁+Y_S1＝N₂Y₂+Y_S2

Z_A＝N₁Z₁+Z_S1＝N₂Z₂+Z_S2。

本发明利用高分辨率、多角度的CCD相机序列影像数据(连续获取的图像数据)或视频数据获取技术、GPS(全球定位***)、INS(惯性导航***)或航位推算***(电子罗盘/里程计)等先进的传感器和设备，提出了一种全新的基于可量测实景图像的快速可视化位置服务方法。该方法与单纯的地图或者正射影像图相比，更贴近用户日常生活的视角，消除了明显的专业色彩，能更好的面向大众，同时采用该方法可以满足对电子地图进行快速测制和更新的需要，提高位置服务数据的质量，保证数据更新的周期，解决落后的数据采集和生产方式，充分发挥GIS***的功能，推动相关产业的发展。另一方面，该方法与传统的三维GIS平台相比，数据采集快速，数据加工繁杂度、成本和劳动强度都很低，同时具有高精度的量测特性，可极大扩展位置服务的应用范围。

具体实施方式

本发明提出了一种全新的基于可量测实景图像的快速可视化位置服务方法，解决了目前位置服务在数据获取以及表达等方面存在的瓶颈问题，使地理信息***能够更好的为非专业和大众化服务。

本发明提出的一种基于可量测实景图像的可视化位置服务方法，包括如下步骤：

一、数据获取：通过地面摄影平台获取关于真实场景的不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据、CCD相机的姿态数据和GPS数据；不同角度的立体序列影像数据或立体视频数据由于是通过地面摄影平台获取的，因此其视角与用户行走在街道上或坐在车上观察整个城市的视角基本一致，这样更有利于其能够更好的被非专业用户所接受，给用户提供一种身临其境的感觉；

二、对获取的不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据、GPS数据和相机的姿态数据进行预处理：对不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据中的每一帧实景图像，根据其获取的时间，结合该时刻相机的姿态数据、GPS数据以及GPS接收机与相机的相对位置关系得出该帧实景图像的内外方位元素；并对不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据建立索引，根据坐标将序列影像数据或视频流数据中的实景图像帧与电子地图或正射影像图关联起来，使得可以方便的得到某一位置处与真实场景相关的实景图像以及实景图象的内外方位元素；

三、可视化位置服务：当用户在电子地图或正射影像图上漫游到某一位置时，根据用户漫游的位置，实时获取关于该场景的不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据，并显示给用户；由于地面摄影平台获取的实景图像具有的贴近用户视角特性，可以使用户获得关于场景更丰富的信息；这样，如果你打算上街去买点东西，你就可以找到离你最近的街道，可以真实地看见你将要去的地方，那种感觉是很不一样的，你可以通过网站、手机、PDA，“走”过那些街道，看一看店面的外观，然后看看那里到底有些什么；

四、兴趣点量测：当在电子地图或正射影像图上漫游到某一位置时，从不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据中获取关于该场景的实景图像的立体像对以及实景图像的内外方位元素；测量时首先对兴趣点进行匹配，找出兴趣点在实景图像的立体像对中的同名像点，然后采用摄影测量的前方交汇方法量测兴趣点的地面坐标，

并进而计算地物的几何尺寸；量测兴趣点的地面坐标的过程如下所述：

已知条件：实景图像的立体像对的内方位元素分别为(X₁₀，Y₁₀，f₁)，(X₂₀，Y₂₀，f₂)外方位线元素分别为(X_S1，Y_S1，Z_S1)，(X_S2，Y_S2，Z_S2)外方位角元素分别为(₁，ω₁，κ₁)，(₂，ω₂，κ₂)所求兴趣点在实景图像的立体像对的像素坐标分别为(X₁，Y₁)，(X₂，Y₂)求兴趣点的地面坐标(X_A，Y_A，Z_A)：

1)所求兴趣点在实景图像的立体像对的像点坐标分别为(x₁，y₁)，(x₂，y₂)

               x₁＝X₁-X₁₀

               y₁＝Y₁-Y₁₀

               x₂＝X₂-X₂₀

               y₂＝Y₂-Y₂₀

2)根据实景图像的立体像对的外方位元素的角元素分别计算立体像对的左右实景图像的旋转矩阵R₁和R₂

3)根据实景图像的立体像对的外方位线元素计算摄影基线分量B_X，B_Y，B_Z；

4)逐点计算像点的空间辅助坐标：

$\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ Y_1\\ Z_1\end{array}\right]=R_1\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ -f_1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{X}_2\\ Y_2\\ Z_2\end{array}\right]=R_2\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ -f_2\end{array}\right]$

5)计算点投影系数：

$N_1=\frac{B_x{Z}_2-B_z{X}_2}{X_1{Z}_2-X_2{Z}_1}$

$N_2=\frac{B_x{Z}_1-B_z{X}_1}{X_1{Z}_2-X_2{Z}_1}$

6)计算兴趣点的地面坐标：

X_A＝N₁X₁+X_S1＝N₂X₂+X_S2

Y_A＝N₁Y₁+Y_S1＝N₂Y₂+Y_S2

Z_A＝N₁Z₁+Z_S1＝N₂Z₂+Z_S2。

可量测实景图像是指关于真实场景的不同角度拍摄的图像，每幅图像的内外方位元素已知，对每两张关于同一场景不同角度获取的图像，可以采用摄影测量的前方交汇方法量测地面点的空间坐标。

Claims (1)

1.一种基于可量测实景图像的可视化位置服务的实现方法，包括如下步骤：

一、数据获取：通过地面摄影平台获取关于真实场景的不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据、CCD相机的姿态数据和GPS数据；

二、对获取的不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据、GPS数据和相机的姿态数据进行预处理：对不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据中的每一帧实景图像，根据其获取的时间，结合该时刻相机的姿态数据、GPS数据以及GPS接收机与相机的相对位置关系得出该帧实景图像的内外方位元素：并对不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据建立索引，根据坐标将序列影像数据或视频流数据中的实景图像帧与电子地图或正射影像图关联起来；

三、可视化位置服务：当用户在电子地图或正射影像图上漫游到某一位置时，根据用户漫游的位置，实时获取关于该场景的不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据，并显示给用户；

四、兴趣点量测：当在电子地图或正射影像图上漫游到某一位置时，从不同角度的立体序列影像数据或立体视频流数据中获取关于该场景的实景图像的立体像对以及实景图像的内外方位元素；测量时首先对兴趣点进行匹配，找出兴趣点在实景图像的立体像对中的同名像点，然后采用摄影测量的前方交汇方法量测兴趣点的地面坐标，并进而计算地物的几何尺寸；量测兴趣点的地面坐标的过程如下所述：

已知条件：实景图像的立体像对的内方位元素分别为(X₁₀，Y₁₀，f₁)，(X₂₀，Y₂₀，f₂)

          外方位线元素分别为(X_S1，Y_S1，Z_S1)，(X_S2，Y_S2，Z_S2)

          外方位角元素分别为(₁，ω₁，κ₁)，(₂，ω₂，κ₂)

          所求兴趣点在实景图像的立体像对的像素坐标分别为(X₁，Y₁)，(X₂，Y₂)

求兴趣点的地面坐标(X_A，Y_A，Z_A)：

1)所求兴趣点在实景图像的立体像对的像点坐标分别为(x₁，y₁)，(x₂，y₂)

          x₁＝X₁-X₁₀

          y₁＝Y₁-Y₁₀

          x₂＝X₂-X₂₀

          y₂＝Y₂-Y₂₀

2)根据实景图像的立体像对的外方位元素的角元素分别计算立体像对的左右实景图像的旋转矩阵R₁和R₂

3)根据实景图像的立体像对的外方位线元素计算摄影基线分量B_X，B_Y，B_Z；

4)逐点计算像点的空间辅助坐标：

$\left[\begin{array}{c}{X}_1\\ Y_1\\ Z_1\end{array}\right]=R_1\left[\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ -f_1\end{array}\right],\left[\begin{array}{c}{X}_2\\ Y_2\\ Z_2\end{array}\right]=R_2\left[\begin{array}{c}{x}_2\\ y_2\\ -f_2\end{array}\right]$

5)计算点投影系数：

$N_1=\frac{B_x{Z}_2-B_z{X}_2}{X_1{Z}_2-X_2{Z}_1}$

$N_2=\frac{B_x{Z}_1-B_z{X}_1}{X_1{Z}_2-X_2{Z}_1}$

6)计算兴趣点的地面坐标：

X_A＝N₁X₁+X_S1＝N₂X₂+X_S2

Y_A＝N₁Y₁+T_S1＝N₂Y₂+Y_S2

Z_A＝N₁Z₁+Z_S1＝N₂Z₂+Z_S2。