一種可量測全景圖像的構建方法
2023-06-29 05:34:46 1
專利名稱：一種可量測全景圖像的構建方法
技術領域：
本發明涉及一種全景圖像的構建方法，特別是關於一種通過立體圖像構建全景圖 像並建立全景圖像與原始立體圖像關聯的可量測全景圖像的構建方法。
背景技術：
目前，基於圖像的繪製技術(Image-Based Rendering, IBR)由於其運算量小、場景 細節豐富、可以進行實時處理等特點正在成為一種全新的虛擬實境構建方法。全景圖像是 基於IBR的一種技術，其基本思想是在一個給定視點採集各個方向的實景圖像，然後把這 些實景圖像投影到一個圓柱的內表面或者是球體的內表面進行視圖拼接，最後利用反投影 技術重新獲得各個視角方向相應的場景圖像。它能在水平方向提供360°視角，豎直方向根 據不同的投影方式提供士90°視角。國外的產品主要有Apple公司的QuickTime VR[1]，用戶可以通過計算機交互設 備(主要是鍵盤和滑鼠)控制視點在全景影像中的左右上下移動，以及距離方向的縮放達 到漫遊的目地，不同場景間的全景影像通過熱點進行連接。Microsoft公司在1995年3月 開發了基於Windows的全景視頻Surround Video系統，該系統直接利用硬體，通過全景照 相機採集全景圖像。Inc公司的OmniView系列軟體、hteractive Picture Corp.公司的 IPIX系列軟體，能夠提供專門格式的全景圖像進行瀏覽和製作，提供場景任意角度的瀏覽 漫遊、旋轉以及縮放。IPIX提供有在IE瀏覽器中運行的插件支持。國內目前在基於圖像 繪製技術的虛擬實境技術研究方面還處於起步階段。國防科技大學的虛擬實景空間系統 HVS[2]是目前國內做得較完整的一個系統，通過合適的空間模型把多幅全景圖像組織成為 虛擬實景空間。還有清華大學、浙江大學和四川師範大學也都曾經做過這方面的研究。上述涉及的全景圖像構建僅具有瀏覽和展示的功能，不具有可量測性，用戶無法 從中得到真實的地理信息，不能從全景圖像上實時得到任一點的位置、高度、方位、坡度等 fn息ο
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種通過立體圖像構建全景圖像並建立全景 圖像與原始立體圖像關聯的可量測全景圖像的構建方法。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種可量測全景圖像的構建方法，其 包括以下步驟1)通過固定基線的一對立體相機以一定間隔旋轉一周獲取以站點為中心 點的360°範圍內水平視角原始圖像，並利用標定的立體相機參數對原始圖像進行圓柱投 影；2)採用SIFT算法對圓柱投影后的柱面圖像進行控制點提取，然後以其中一幅圖像為 基準，通過控制點計算其他圖像的相對姿態；幻根據其他圖像的相對姿態對進行圓柱投影 後的柱面圖像進行拼接，生成全景圖像，同時生成工程文件，並在工程文件中記錄控制點及 姿態數據；4)根據控制點及姿態數據將全景圖像反投影至平面，並建立全景圖像與原始圖 像的聯動關係；然後在全景圖像上選取任意一點，反算得到該點在原始圖像上的像素坐標；最後根據標定的立體相機參數，通過前方交會原理對該點進行坐標、距離和坡度的量測，實 現全景圖像的可量測性。在進行步驟1)時，在工程文件中記錄控制點及姿態數據包括①原始圖像路徑、 格式、大小、三個姿態角、焦距、水平視場角和鏡頭類型；②全景圖像大小、投影方式、水平和 豎直視場角；③控制點在相鄰兩幅圖像上的像素坐標。在進行步驟4)時，具體包括以下步驟(1)通過讀取工程文件信息，計算全景圖像 每個像素所佔的水平視場角；( 由三個姿態角計算出各圖像間的旋轉矩陣，恢復柱面圖 像的原始位置；(3)對柱面圖像進行反投影，得到原始圖像；(4)獲取原始圖像的外方位元 素後，通過原始圖像對前方交會原理進行坐標、距離、坡度的量測①坐標量測對原始圖 像對進行前方交會計算得到坐標；②距離量測圖像上任意點P (X，1，ζ)到相機P。= (xc, y。，zc)的歐氏距離為d = ^X-Xc)2+{y-yc)2+{z-zc)2其中，(X，y，ζ)是P點的大地坐標，(χ。，y。，zc)是立體相機的大地坐標；③坡度量 測取P(x，y，ζ)點周圍八個像素，計算它們與P點的斜率，取其中的最大值作為P點的坡度。本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點本發明提出的可量測全景圖像 是通過一對固定於同一相機杆上的立體相機獲取的全景影像，並建立全景拼接影像和原始 立體像對之間的聯動關係，實時通過立體像對計算全景圖像上每個像素的地理坐標、距離 和坡度，不僅實現了全景圖像的可量測，並且還能真實的反應三維地理信息。
圖1是本發明的流程2是其中一個立體相機獲取的原始圖像圖3是柱面投影坐標系設置4是生成的全景圖像
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，本發明包括以下步驟1、利用原始圖像生成全景圖像1)通過固定基線的一對立體相機以一定間隔旋轉一周獲取以站點為中心點的 360°範圍內水平視角原始圖像(如圖2所示)，並利用標定的立體相機參數(包括立體相 機的內方位元素及相對外方位元素)對原始圖像進行圓柱投影。圓柱投影坐標系設置如圖 3所示，敘述如下假設P(x，y)是原始圖像上的任意一個像素點，原始圖像的寬度與高度分別為L和 T，以攝影中心為圓柱中心0點，圓柱底面半徑為焦距f，則P點在立體相機坐標系下 的坐標值為P。(x-L/2，y-T/2，-f)。P點在柱面上的坐標P (u，v，w)
權利要求
1.一種可量測全景圖像的構建方法，其包括以下步驟1)通過固定基線的一對立體相機以一定間隔旋轉一周獲取以站點為中心點的360° 範圍內水平視角原始圖像，並利用標定的立體相機參數對原始圖像進行圓柱投影；2)採用SIFT算法對圓柱投影后的柱面圖像進行控制點提取，然後以其中一幅圖像為 基準，通過控制點計算其他圖像的相對姿態；3)根據其他圖像的相對姿態對進行圓柱投影后的柱面圖像進行拼接，生成全景圖像， 同時生成工程文件，並在工程文件中記錄控制點及姿態數據；4)根據控制點及姿態數據將全景圖像反投影至平面，並建立全景圖像與原始圖像的聯 動關係；然後在全景圖像上選取任意一點，反算得到該點在原始圖像上的像素坐標；最後 根據標定的立體相機參數，通過前方交會原理對該點進行坐標、距離和坡度的量測，實現全 景圖像的可量測性。
2.如權利要求1所述的一種可量測全景圖像的構建方法，其特徵在於在進行步驟1) 時，在工程文件中記錄控制點及姿態數據包括①原始圖像路徑、格式、大小、三個姿態角、焦距、水平視場角和鏡頭類型；②全景圖像大小、投影方式、水平和豎直視場角；③控制點在相鄰兩幅圖像上的像素坐標。
3.如權利要求1所述的一種可量測全景圖像的構建方法，其特徵在於在進行步驟4) 時，具體包括以下步驟(1)通過讀取工程文件信息，計算全景圖像每個像素所佔的水平視場角；(2)由三個姿態角計算出各圖像間的旋轉矩陣，恢復柱面圖像的原始位置；(3)對柱面圖像進行反投影，得到原始圖像；(4)獲取原始圖像的外方位元素後，通過原始圖像對前方交會原理進行坐標、距離、坡 度的量測①坐標量測對原始圖像對進行前方交會計算得到坐標；②距離量測圖像上任意點P(X，1，ζ)到相機P。= (χ。，y。，zc)的歐氏距離為d = ^Iix-xS + {y-ycf + {z~zc)2其中，(χ, y，ζ)是P點的大地坐標，(χ。，ic, zc)是立體相機的大地坐標；③坡度量測取Ρ(χ，ι,ζ)點周圍八個像素，計算它們與P點的斜率，取其中的最大值 作為P點的坡度。
全文摘要
本發明涉及一種可量測全景圖像的構建方法，其包括以下步驟1)對立體相機獲取的360°範圍內水平視角原始圖像進行圓柱投影；2)採用SIFT算法對圓柱投影后的柱面圖像進行控制點提取，然後以其中一幅圖像為基準，通過控制點計算其他圖像的相對姿態；3)根據其他圖像的相對姿態對進行圓柱投影后的柱面圖像進行拼接，生成全景圖像；4)將全景圖像反投影至平面，並建立全景圖像與原始圖像的聯動關係；然後在全景圖像上選取任意一點，反算得到該點在原始圖像上的像素坐標；最後根據標定的立體相機參數，通過前方交會原理對該點進行坐標、距離和坡度的量測。本發明不僅實現了全景圖像的可量測，並且還能真實的反應三維地理信息。
文檔編號G06T15/00GK102096938SQ20111002974
公開日2011年6月15日 申請日期2011年1月27日 優先權日2011年1月27日
發明者萬文輝, 劉召芹, 嶽宗玉, 邸凱昌 申請人:中國科學院遙感應用研究所