全景影像采集系统、基于其的测量天际线的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数字摄影测量技术领域，更具体地涉及一种全景影像采集系统、基于其的测量天际线的装置和方法。
【背景技术】
[0002]城市天际线是以天空为背景的一幢或一组建筑物以及其他物体所构成的轮廓线，是三维城市形态叠加后的二维投影。城市天际线给人们展示了一幅广阔的天际景观(多数为可环顾四周的全景景观)，或由许多摩天大厦构成的局部景观。城市天际线作为现代城市形象的重要标识，是城市形态控制的主要标准之一。
[0003]现代城市规划中越来越重视城市天际线给人们留下的城市印象，同时也注重在保护古建筑物群时规避周边出现不协调的现代风格建筑物。但是，现有城市天际线的评价方式和标准多基于主观感性和传统美学，并无客观、精确的量化指标。目前，尚没有检索到针对城市天际线进行定量化测量，并形成完整处理思路的有关方法的专利申请。
[0004]仅有几篇参考文献描述了城市天际线观测的方法，且主要依赖于个别研究人员以自己为观察者，选择特殊的拍摄地点，通过配备长焦距镜头的单反数码相机来进行图像数据获取。然后利用相关图像处理软件绘制天际线和建筑立面图，依据立面图对天际线进行分析。这种方法所处的观察点不固定、拍摄角度不特定、拍摄参数不特定，其天际线提取的结果很难具有客观性、公正性和可重复性。还有更多以比较不同城市天际线的研究是利用来自于网络、杂志等媒介刊载的照片，从中选出公认的且出现最多的天际线照片作为基础图片进行评比(曹迎春和张玉坤，2013)。其最终的天际线定量化评估结果也因人而异，因照片而异。
[0005]—般来说，天际线是城市立体形态的投影，其获取方式涉及视看方向、视点高度和视距等因素，这些因素均会影响天际线形态。因此现有城市天际线获取方式很难提供客观、科学的评测信息。此外，一般的城市天际线定量化测量方法主要针对大尺度的城市天际线测量，通常在距城市特征建筑较远处进行监测，如:海面上、城市外围的开阔地等，这种立面图上的城市天际线不是基于城市观察者的真实视野，与真实环境中的实际观察效果有所不同。
[0006]随着我国城市化建设步伐的加快，仅依靠城市天际线研究人员和有关部门提供的天际线监测数据难以满足城市内小尺度天际线监测的要求。目前的城市天际线测量方法也只能完成单一方向的定点拍摄，无法完成对城市内多地区进行高分辨率360度全景图像天际线测量的要求，也无法完成城市内多视点、多方向的天际线并行监测且进行数据存储的要求。
[0007]近年来，全球范围内迅速发展并逐步流行的地面近景数字摄影技术，在对采集的离散图像或连续视频进行处理后，可在网络地图中建立起具有三维操纵能力的实景数据空间，提供了一种新型的时空信息组织形式。这种针对多点位、多方向的城市实景进行数据采集的方法无疑将为城市动态变化监测，城市规划和居民生活提供必要的参考及考量依据，也为城市天际线测量提供了技术铺垫。
[0008]在常规天际线评价指标中有一个重要的指标是曲折度。一般认为，天际线轮廓的曲折度高，观测者的认知愉悦感也较高(钮心毅和李凯克，2013)。从视觉影响角度分析，天际线轮廓是观测者视野中的一条连续折线，其曲折度可以用天际线轮廓的折线线形来衡量。由于现有方法中提取这种轮廓线的方法多为将基础照片导入AutoCAD软件，通过目视量测和解译，尽可能细地勾绘获得。由于不同照片拍摄参数不同、观察点位不同，这种方法不适用于不同城市、不同观测角度的多观测点天际线轮廓快速提取，尤其是大规模多点观测数据源的批处理。我国快速城市化过程中，急需快速获取城市不同地点的天际线轮廓特征，必须有一套集成度高、标准化程度高城市天际线评测系统。
【发明内容】
[0009]针对上述技术问题，本发明的主要目的在于提供一种基于360度全景影像系统定量化评测城市天际线的装置和方法。
[0010]为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种全景影像采集系统，包括:
[0011 ]全景影像采集单元，用于采集360度全景静态或动态影像；
[0012]移动支架，用于支撑所述全景影像采集单元；以及
[0013]存储和/或数据发送单元，用于将所述全景影像采集单元采集到的影像进行存储或者发送到相配套的接收装置。
[0014]作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种测量城市天际线的方法，包括以下步骤:
[0015]步骤I，采集观测点处多个方位的静态影像，将所述静态影像输入软件系统，制作成观测点向上或对天观测形成的360度全景静态影像；
[0016]步骤2，以步骤I中获取的360度全景静态影像作为数据源，通过图像处理软件提取观测点处的城市天空面，获取城市构筑物与天空面交界处的边缘线及其锯齿图；
[0017]步骤3，将步骤2中划分出的中心球面与城市天空面以矢量数据格式导出，经图像处理软件处理，完成从城市天空面中提取出基于城市观察者视角的城市全景天际线。
[0018]其中，在步骤3中所述经图像处理软件处理的步骤进一步包括:
[0019]步骤31，计算中心球面与城市天空面的像元数量，利用图像分类软件中的类别像元计算工具，获取中心球面与城市天空面的像元数量；
[0020]步骤32，将划分出的中心球面与城市天空面以矢量数据格式导出，并加载到地理信息系统软件平台，利用其面转线工具将面要素转换为线要素，完成从城市天空面中提取出基于所述观察点的城市全景天际线。
[0021]步骤33，将所述中心球面转换后得到的观测点可视圆周与城市天际线导入到文件地理数据库中，自动计算所述观测点可视圆周与城市天际线的线要素长度。
[0022]作为本发明的再一个方面，本发明还提供了一种采用如上所述全景影像采集系统测量城市天际线的装置，所述装置还包括图像处理系统，用于对所述全景影像采集系统采集到的影像进行图像处理。
[0023]其中，所述图像处理系统中的软件执行如上所述的测量城市天际线的方法对影像进行图像处理。
[0024]基于上述技术方案可知，本发明的方法具备高时空分辨率、操作简便、低经济负荷、多点并行同时监测、集成度高、室外图像采集与室内图像处理一体化等特点。本发明的基站架设方便、成本低、精度高、速度快、数据采集便捷、可信度高。本发明基于360全景相机获取观测点周边静态全景照片，照片格式为通用的JPEG格式，便于使用图像处理软件处理；全景照片拍摄时的时间、文件大小等元数据信息非常明确。同时配合拍摄记录，可以完整地记录全景照片拍摄时地面十字丝所处的经玮度坐标，海拔高度，以及天气条件等。
【附图说明】
[0025]图1为本发明中采用的监测站的主要构件配置图；
[0026]图2为本发明的后期图像处理方法的流程图；
[0027]图3为PanoEye软件工作界面8个单摄像头的实景影像；
[0028]图4为PanoEye软件工作界面的360柱面投影图；
[0029]图5为本发明的基于360全景相机获取的观测点周边的全景照片；
[0030]图6为本发明基于遥感图像处理软件提取的天空面(及天空轮廓线)；
[0031]图7为中国科学院生态环境研究中心西门口天际线观测点的基础地理信息；
[0032]图8为中国科学院生态环境研究中心西门口天际线观测点的遥感影像图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0034]本发明公开了一种全新的基于360度全景影像系统定量化评测城市天际线的方法，其