一種影像採集系統的製作方法
2023-08-10 10:26:21 1
專利名稱：一種影像採集系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種影像採集系統，特別是涉及一種附帶有地理信息的影像採集系統。
背景技術：
隨著電子技術的迅速發展，社會的信息化水平也不斷提高，在各行業管理中，對數據的需求也越來越多。比如目前在影像採集領域，人們已逐步意識到將地理信息融入影像資料中的重要性，例如中國臺灣申請號為92128718號專利案公開了《一種可紀錄地點之數位影像擷取系統》，其主要是利用全球定位系統(Global Positioning System，GPS)，以獲得拍攝地點的地理信息或經緯度數據，並將該地理信息加入至所拍攝的影像資料中，如此一來即可使得在查閱該等影像資料時，可同時顯示其拍攝地點的地理信息或經緯度數據。
雖然上述技術基本實現了將地理信息融入影像資料之功效，但鑑於其所擷取影像景寬固定，且無法進行動態連續拍攝，僅能由人工的選取若干定點地點進行不連續擷取影像，因此實有必要對該領域技術進一步改進。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的在於提供一種影像採集系統，該系統可實現快速、經濟、連續、海量的數據採集功能，並可獲得任意景寬或全景的影像數據，且可實現地理信息與影像數據之間的連結。
為達到以上目的，本發明提供的一種影像採集系統主要包括一影像採集子系統、一定位子系統及一數據處理子系統所構成，其中所述影像採集子系統及定位子系統皆通過線路連接於數據處理子系統之上，而所述影像採集子系統由3個以上採集單元組成，所擷取的不同方位影像數據經上述數據處理子系統拼接處理而可獲得任意景寬或全景的影像數據，而該採集單元則至少包括一攝影裝置及一可調節俯仰角度和方向的裝配平臺，另外，所述定位子系統則是用以獲取其拍攝地點的相關信息，如坐標信息等。在拍攝過程中，所述數據處理子系統獲取定位子系統提供的地理信息，並結合經過拼接處理的影像數據，對該等地理信息與影像數據進行連結處理。
所述數據處理子系統則具體以計算機為運作平臺，其另包括人機交流模塊、影像數據拼接處理模塊、存儲控制模塊、存儲模塊及地理信息與影像數據連結處理模塊，其中所述人機交流模塊是為該系統的界面，提供數據的顯示查詢功能、各種參數的設定、系統工作狀態的開始及結束等等；所述影像數據拼接處理模塊是用以通過相關算法，把取得的數據進行拼接，形成任意景寬或全景的影像數據；所述存儲控制模塊則是用以控制影像數據的存儲方式及路徑；而存儲模塊主要是把採集的及經過拼接處理的影像數據儲存起來；所述地理信息與影像連結處理模塊是用以實現地理信息與影像數據的一一對應，以達成地理信息與影像數據之間的可連結功效。
而上述影像數據拼接處理模塊其圖像拼接方法主要包含兩個步驟圖象配準及圖象融合。而圖象配準的目的實際上是尋找兩個圖象之間的重疊區域，而該圖象配準方法主要包含兩類基於圖像灰度的方法及基於圖像特徵的方法，其中所述基於圖像灰度的配準方法，是為直接利用整幅圖像的灰度信息，建立兩幅圖像之間的相似性度量，然後採用一搜索方法，尋找使相似性度量值最大或最小的變換模型的參數值；而所述基於圖像特徵的配準方法主要是提取各類圖像中保持不變的特徵。
因此，本發明提供的該種影像採集系統，其通過若干採集單元同時攝取各方位影像，並綜合定位子系統所提供的地理信息，從而實現任意景寬或全景的影像數據與地理信息相結合，以使得該系統具有快速方便、海量的獲得附帶地理信息的影像數據採集功能。
另外，本發明的另一目的還在於提供一種移動影像採集系統，該移動影像採集系統則是將上述影像採集系統裝設於一移動載體上，該移動載體主要以機動車輛為主，同時也可以為其他運載工具，如輪船、飛機等，同樣也可以由人攜帶。另外，該系統所包括的數據處理子系統還包括一採集單元控制模塊，其可接收定位子系統所同步提供的位置信息計算出上述移動載體的運動軌跡，進而以控制影像採集子系統的拍攝曝光時間、曝光長度等。
而上述採集單元控制模塊可通過兩種控制模式對採集單元進行控制其一為距離控制模式，即通過判斷移動載體的移動距離來進行採集單元的拍攝觸發，可以實現任意移動距離的控制，比如移動5米拍攝一次。上述定位子系統能夠提供穩定、準確的坐標信息和時間信息，可以通過計算移動載體運動的固定距離觸發採集單元進行拍攝；其二是時間控制模式，可以採用設定時間來進行採集單元的拍攝觸發，比如每1秒拍攝一次。
另外，本發明提供的移動影像採集系統還可包括一傳感子系統，該傳感子系統在定位子系統不能提供穩定、準確的坐標信息和時間信息時，可以通過傳感器測量移動載體的運動方向及加速度以得出相應的位移量，並參照之前定位子系統提供的坐標而計算出實時坐標值，以進而實現地理信息與影像數據的同步採集功能。
綜上所述，本發明提供的一種移動影像採集系統，其將影像採集子系統、定位子系統、傳感子系統集成在一起，安置在移動載體上，實現快速、經濟、連續、海量的數據採集功能，並能控制影像數據的採集頻率，同時實現地理信息數據同影像數據的連結，因此可以滿足公路、鐵路、水運等行業快速、實時的數據採集要求，為公路、鐵路、水運等行業的地理信息系統、管理系統、規劃系統提供基礎的數據內容，也可以滿足公路、鐵路、水運等行業巡查等管理需求，因而具有很好的應用前景。
圖1為本發明一具體實施例的整體方塊示意圖；圖2為本發明一具體實施例中數據處理子系統的方塊示意圖；圖3為本發明一具體實施例的流程圖。
具體實施例方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下以車載為例並結合附圖對本發明進一步詳述如圖1所示，其以裝設於一車輛載具上的一種移動影像採集系統為具體實施例，其主要包括一影像採集子系統100、一定位子系統200、一傳感子系統300及一數據處理子系統400所構成。所述數據處理子系統400是為採用運行穩定性高、配置高的計算機作為運作平臺，並通過線路連接所述影像採集子系統100、定位子系統200、傳感子系統300，以控制所述各子系統之運行。
其中，所述影像採集子系統100包括至少三個採集單元，該等採集單元由裡向外以環形均勻裝設於汽車車頂之上，以實現360度全視角覆蓋，而所述採集單元至少包括一攝影裝置及一可調節俯仰角度和方向的裝配平臺，其中該攝影裝置可為一相機，其像素一般在80-300萬像素之間，鏡頭可採用直徑為5-16毫米的鏡頭。
所述定位子系統則200可以採用以下設備獲取定位及時間信息1、導航型GPS接收機，它能夠提供定位精度大約10米左右的坐標數據；2、差分GPS接收機系統，可以通過事後處理獲得1米內的定位精度；3、RTK差分GPS定位系統，可以實時獲得分米級的定位信息；4、北鬥定位系統，是我國自主研發的定位系統，能夠得到10米左右的定位精度。通過該等定位子系統200，可向上述數據處理子系統400實時提供定位的坐標信息及時間信息。
所述傳感子系統300是用以在定位子系統200無信號或其他原因而無法提供穩定、準確的坐標信息和時間信息時，以獲取載體的運動加速度、角度或距離等，根據具體情況不同，可採用磁傳感器、雷射傳感器、電子羅盤、慣導(陀螺儀)等。而以車載為例，其傳感子系統300具體為利用車輛所本身具備的傳感器獲取車輛的運動加速度，以隨時獲取車輛的移動距離，而另外再於前輪之間方向軸上再裝設一傳感器，該傳感器可隨時獲取車輛前輪方向軸之左右移動距離，而所述前輪方向軸與前輪固定軸之間距離始終不會改變，因此可利用三角形邊角關係隨時計算出該車輛的運動方向，另外再參照之前所得車輛運動加速度計算出車輛移動的位移量，然後再利用最後定位子系統200所提供的坐標值即可進一步計算出車輛運行過程中的實時坐標值，如此一來，利用該傳感子系統300即可彌補上述定位子系統300無信號及其他因素所導致的無法正常運作所帶來的缺陷，以實現獲取地理信息的連續性。
另如圖2所示，上述數據處理子系統400則包括採集單元控制模塊401、影像數據拼接處理模塊402、地理信息與影像數據連結處理模塊403、存儲控制模塊404、存儲模塊405及人機交流模塊406，其中所述人機交流模塊406是為該系統的界面，提供數據的顯示查詢功能、各種參數的設定、系統工作狀態的開始及結束等等；所述採集單元控制模塊401是用以通過接收定位子系統200及傳感子系統300的數據，經過計算，控制採集單元的曝光時間、長度等；所述影像數據拼接處理模塊402是用以通過相關算法，把取得的數據進行拼接，形成任意景寬或全景的影像數據；所述存儲控制模塊404則是用以控制影像數據的存儲方式及路徑；所述存儲模塊405主要是把採集的及經過拼接處理的影像數據儲存起來；所述地理信息與影像數據連結處理模塊403是用以實現地理信息與影像數據的一一對應，以達成地理信息與影像數據之間的可連結功效。
另外，上述採集單元控制模塊401可通過兩種控制模式對採集單元進行控制其一為距離控制模式，即通過判斷車輛的移動距離來進行採集單元的拍攝觸發，可以實現任意移動距離的控制，比如移動5米拍攝一次。距離控制有兩種方法1.在定位子系統200能夠提供穩定、準確的坐標信息和時間信息，可以通過計算車輛的固定距離觸發採集單元進行拍攝；2.在定位子系統200不能提供穩定、準確的坐標信息和時間信息時，可以通過傳感子系統300測量移動載體的運動距離進行觸發。
其二是時間控制模式，可以採用設定時間來進行採集單元的拍攝觸發，比如每1秒拍攝一次。
再有，上述影像數據拼接處理模塊402其圖像拼接方法主要包含兩個步驟圖象配準及圖象融合。而圖象配準的目的實際上是尋找兩個圖象之間的重疊區域，而該圖象配準方法主要包含兩類基於圖像灰度的方法和基於圖像特徵的方法，其中基於圖像灰度的配準方法，通常直接利用整幅圖像的灰度信息，建立兩幅圖像之間的相似性度量，然後採用一搜索方法，尋找使相似性度量值最大或最小的變換模型的參數值；而基於圖像特徵的配準方法主要是提取各類圖像中保持不變的特徵。
而圖象融合其方法具體為根據已知的重疊區域分析可進行重疊圖像的融合。由於受光照、透視變形和圖像邊緣失真等的影響，如果直接根據匹配參數將兩幅圖像簡單地疊加起來，拼接而成的圖像中則含有清晰的邊界，接縫十分明顯。為此必須進行圖像的平滑處理，融合圖像3的重疊區域中的像素值由兩幅圖像即圖象1和圖象2中對應的像素值的加權平均獲得I3＝d1×I1+d2×I2，其中I1、I2及I3分別為圖1、圖2、圖3的像素值，d1和d2是漸變因子，滿足d1+d2＝1，0＜d1，d2＜1。在重疊區域中，d1由1漸變至0，d2由0漸變至1，由此實現了在重疊區域中由圖1慢慢過渡到圖2的平滑融合。
另，所述存儲控制模塊404保存影像數據時，所述影像數據的文件名中應包含拍攝的時間信息，具體的命名方法可以參照如下，******代表任意字符，20070125235849220代表北京時間2007年1月25日23時58分49秒220毫秒
******_20070125235849220.jpg而地理信息數據是標準的shp格式、mif格式、或其它格式的地理信息數據，這些數據記錄採集單元每次拍攝的點信息，每個點應該包含兩種信息一為空間信息，即該點的坐標；二為屬性信息，在屬性信息中，最少應該包含該點採集的時間信息、存放的路徑信息。
通過地理信息與影像數據連結處理模塊405可將上述時間信息和影像數據的文件名中的信息建立一一對應的關係，如此即將地理信息與影像數據形成相互連結的關係，使用時無論是選擇地理信息或影像數據，都可以同時連結出另一方面的信息或數據。
以下再參照本系統運行的流程圖進一步進行詳細說明，如圖3步驟S501，用戶向系統發出指令，如拍攝開始、設定參數等；步驟S502，採集單元控制模塊開始接收定位子系統提供的實時坐標信息，當定位子系統正常運作時，採集單元控制模塊即可參照用戶所設定的參數S503，按照移動距離或時間進行控制採集單元的攝影頻率，並開始攝取影像；步驟S504，當定位子系統因無信號或其他原因而無法提供穩定、準確的坐標信息和時間信息時，該系統則轉為通過傳感子系統測量系統載體的運動加速度、角度等，並進一步計算出該載體的位移量；步驟S505，通過以上步驟所得到的載體位移量，再結合之前定位子系統失效前最好提供的坐標，可以計算出新的實時坐標，如此以來，即可使整個系統恢復正常運作，採集單元控制模塊將繼續按照移動距離或時間進行控制採集單元的攝影頻率，繼續攝取影像；步驟S506，影像拼接處理模塊將上述採集單元所攝取的影像數據進行拼接，以處理成用戶所需視寬的影像數據；步驟S507，存儲控制模塊根據定位子系統所提供的時間信息對上述影像數據進行命名，並根據定位子系統或傳感子系統所提供的坐標信息指定存儲路徑，將其儲存於存儲模塊之中；步驟S508，地理信息與影像數據連結處理模塊將以上獲得的地理信息及影響數據進行連結處理，以使得用戶無論是選擇地理信息或影像數據，都可以同時連結出另一方面的信息或數據。
綜上所述，本發明所提供的一種移動影像採集系統，其將影像採集子系統、定位子系統、傳感子系統集成在一起，安置在移動載體上，實現快速、經濟、連續、海量的數據採集功能，並能控制影像數據的採集頻率，同時實現地理信息數據同影像數據之間的連結，因此可以滿足公路、鐵路、水運等行業快速、實時的數據採集要求，為公路、鐵路、水運等行業的地理信息系統、管理系統、規劃系統提供基礎的數據內容，也可以滿足公路、鐵路、水運等行業巡查等管理需求，因而具有很好的應用前景。
以上實施例僅用於對本發明的原理和實施方式進行闡述。對於此領域的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
方面可以有一些變化。因此，上述實施例不應該理解為本發明的限制。
權利要求
1.一種影像採集系統，其特徵在於，該系統主要包括一影像採集子系統、一定位子系統及一數據處理子系統，其中所述影像採集子系統及定位子系統皆通過線路連接於數據處理子系統之上，而所述影像採集子系統由3個以上採集單元所組成，該等採集單元攝取不同方位的影像數據後，再經由上述數據處理子系統進行拼接處理以獲得任意景寬或全景的影像數據，另外，所述數據處理子系統再接收定位子系統提供的地理信息，並結合上述經過拼接處理的影像數據，進而對該等地理信息與影像數據進行連結處理。
2.根據權利要求1所提供的一種影像採集系統，其特徵在於，所述採集單元則至少包括一攝影裝置及一裝配平臺。
3.根據權利要求1所提供的一種影像採集系統，其特徵在於，所述定位子系統為導航型GPS接收機、差分GPS接收機系統、RTK差分GPS定位系統、北鬥定位系統之中的任意一種或幾種。
4.根據權利要求1所提供的一種影像採集系統，其特徵在於，所述數據處理子系統至少一臺計算機作為運作平臺。
5.根據權利要求1所提供的一種影像採集系統，其特徵在於，該系統再包括一傳感子系統。
6.根據權利要求1所提供的一種影像採集系統，其特徵在於，所述數據處理子系統再包括人機交流模塊、影像數據拼接處理模塊、存儲控制模塊、存儲模塊及地理信息與影像數據連結處理模塊。
7.根據權利要求6所提供的一種影像採集系統，其特徵在於，該系統為裝設於一移動載體上，且所述數據處理子系統再包括一採集單元控制模塊。
8.根據權利要求7所提供的一種影像採集系統，其特徵在於，所述移動載體為一運載交通工具。
9.根據權利要求7所提供的一種影像採集系統，其特徵在於，該系統再包括一傳感子系統。
全文摘要
本發明提供一種影像採集系統，其主要包括一影像採集子系統、一定位子系統、一傳感子系統及一數據處理子系統，其中所述影像採集子系統由3個以上採集單元所組成，由該等採集單元攝取的影像數據可經數據處理子系統進行拼接處理以獲得任意景寬或全景的影像數據，而所述數據處理子系統可接收定位子系統提供的地理信息，並結合上述經過拼接處理的影像數據，進而對該等地理信息與影像數據進行連結處理。另外，所述數據處理子系統可通過定位子系統或傳感子系統實時提供的地理信息，控制影像採集單元的攝影頻率。如此一來，本發明可實現快速、經濟、連續、海量的任意視寬影像數據採集功能，同時實現地理信息數據同影像數據的連結，具有很好的應用前景。
文檔編號H04N9/09GK101079947SQ20071009936
公開日2007年11月28日 申請日期2007年5月17日 優先權日2007年5月17日
發明者孟均 申請人:孟均