专利名称：全景影像采集测量系统和全景影像空间测量方法
技术领域：
本发明涉及一种全景影像采集和测量技术，尤其涉及基于双目测量原理的全景影像采集测量系统以及全景影像空间测量方法。
背景技术：
全景影像作为GIS (地理信息系统)的图像层，是GIS栅格影像的重要表现形式。 由于GIS系统对全景影像的需求量日益增多，在全景影像的采集处理方法上，越来越需要半自动化甚至自动化的设备来进行海量的全景影像采集，从而满足海量的POI (兴趣点)关联的栅格数据提取和应用。同时在各种GIS系统的应用需求中，日益强调对三维空间的测量功能，特别是全景影像的广泛使用，更使各研究个体及团体想方设法的寻找到如何基于全景影像来获取其影像中各点的位置信息的系统和方法。基于上述需求和问题，产生了诸多的全景影像采集和测量解决方案。但他们大多都采用了全景影像采集装置配合以激光测量的系统及方法。其中，全景影像采集装置负责最大限度的进行接近360X 180度全景影像的采集。该全景影像的采集往往采用获取以全景影像采集装置为中心的空间范围中的肉眼能分辨的光线，并将其转化为电子信号进行影像的获取和存留。而激光测量装置，则用来测量相对应的全景影像在 360 X 180空间中的位置信息，通常没有图像的色彩信息，分辨率低，数据量大，采集范围有限，后处理复杂耗时，得到的空间点云数据需通过和全景影像的匹配而达成对全景影像上的点进行测量的目的。同时也有一些采用了普通双目测量的系统及方法。其主要特点在于每组测量都是单独测量为主，相互不补充；每组测量的视角有限，在测量高楼，等场合就不方便；而在实际的应用中由于又经常需要全景和测量方案，所以单纯的普通双目测量的系统及方法是无法满足的。上述全景影像采集和激光测量装置结构复杂，造价高，尤其是当提升全景影像画质的同时，激光测量装置相配套的数据量大幅提高，需配套的数据存储和处理各模块的采购和适配成本将大大提高，是制约上述装置进行海量，高精度数据采集的关键问题。申请人:结合长期的全景影像采集实践，发展出一套专门针对全景影像海量采集和测量的系统和方法。申请人的中国发明专利201110022511. χ-鱼眼标定方法和装置解决了全景采集系统在采集活动发生前，完成对全景影像采集系统进行校准和标定活动的方法和装置。申请人的中国发明专利201110023561. χ-基于鱼眼镜头的车载移动摄影测量系统则是在不改变任何我司现有全景影像采集系统的基础上，如何形成可以实现测量的系统。而上述的中国发明专利还存在进一步的创新空间将全景影像采集独立为一个采集模块，并在此基础上，结合双目测量原理，在采集模块的基础上进一步增加其他的非激光原理的光学采集设备，从而实现全景影像采集系统向全景影像采集测量系统的跨越发展， 这将是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供了一种全景影像采集测量系统，可单独采集全景，又可根据需求测量某一部分空间或者全部360度空间，从而实现全景影像采集系统向全景影像采集测量系统的跨越发展。本发明的另一目的在于提供了一种全景影像采集测量方法，可单独采集全景，又可根据需求测量某一部分空间或者全部360度空间，从而实现全景影像采集方法向全景影像采集测量方法的跨越发展。本发明的技术方案为本发明揭示了一种全景影像采集测量系统，基于双目测量原理实现，包括拍摄模块和控制模块，其中所述拍摄模块和所述控制模块通过线缆连接，所述拍摄模块包括全景拍摄装置、测量拍摄装置以及全景拍摄装置位置获取模块，所述控制模块包括标定模块、采集控制器、供电装置、存储模块，其中所述拍摄模块，用于外部数据的获取；所述全景拍摄装置，用于全景影像的拍摄；所述测量拍摄装置，用于辅助所述全景拍摄装置进行测量的影像采集；所述全景拍摄装置位置获取模块，用于获取所述全景拍摄装置所在位置的经纬度坐标及其地理信息数据；所述控制模块，用于集中控制所述拍摄模块各部分数据的获取和对获取到的数据的集中存储；所述标定模块，用于在所述拍摄模块开始拍摄前对所述全景拍摄装置、所述测量拍摄装置以及所述全景拍摄装置位置获取模块进行校准；所述采集控制器，用于在所述拍摄模块开始拍摄时对所述全景拍摄装置、所述测量拍摄装置进行集中的拍摄控制，并将获取到的外部影像数据同步传输到所述存储模块；所述供电装置，用于对所述拍摄模块和所述控制模块所需的电源提供电力支撑；所述存储模块，接收所述采集控制器的指令，获取并存储获取到的所述外部影像数据。根据本发明的全景影像采集测量系统的一实施例，所述全景拍摄装置包括至少一个镜头组，其中每一镜头组包括一镜头和一感光存储器，各个感光存储器获得的影像依次连续完整连接在一起以形成全景影像。根据本发明的全景影像采集测量系统的一实施例，所述测量拍摄装置包括一镜头和一感光存储器。本发明还揭示了一种全景影像采集测量方法，包括进行全景拍摄装置和测量拍摄装置的图像标定，建立计算模型；进行道路影像采集，获得连续的道路影像原始图、道路测量影像，其中所述道路影像原始图、所述道路测量影像以及拍摄设备的位置数据存在对应关系；将采集到的所述道路影像原始图处理成道路全景影像；将所述道路全景影像和同时获取到的所述道路测量影像导入所述计算模型中计算；通过输入所要测量位置在所述道路全景影像中的像素坐标和与之对应的所述道路测量影像中的像素坐标，代入到所述计算模型中，经过运算得到所要测量位置的空间坐标。根据本发明的全景影像采集测量方法的一实施例，所述计算模式是根据所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置建立的半单位球面模型。根据本发明的全景影像采集测量方法的一实施例，在建立的半单位球面模型上建立鱼眼成像关系，初始化内参，计算单应矩阵，初始化外参，通过LM迭代最小化重投影误差，其中内参是所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置的自身参数，所述外参是所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置与外部环境之间的参数。本发明又揭示了一种全景影像采集测量方法，包括进行全景拍摄装置和测量拍摄装置的图像标定，建立计算模型；进行道路影像采集，获得连续的道路影像原始图、道路测量影像，其中所述道路影像原始图、所述道路测量影像以及拍摄设备的位置数据存在对应关系；将所述道路影像原始图和同时获取到的所述道路测量影像导入所述计算模型中计算；通过输入所要测量位置在所述道路影像原始图中的像素坐标和与之对应的所述道路测量影像中的像素坐标，代入到所述计算模型中，经过运算得到所要测量位置的空间坐标。根据本发明的全景影像采集测量方法的一实施例，所述计算模式是根据所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置建立的半单位球面模型。根据本发明的全景影像采集测量方法的一实施例，在建立的半单位球面模型上建立鱼眼成像关系，初始化内参，计算单应矩阵，初始化外参，通过LM迭代最小化重投影误差，其中内参是所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置的自身参数，所述外参是所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置与外部环境之间的参数。本发明对比现有技术有如下的有益效果本发明是将全景影像采集独立为一个采集模块，并在此基础上，结合双目测量原理，在采集模块的基础上进一步增加其他的非激光原理的光学采集设备，如鱼眼或广角镜头及配套装置来进行测量的辅助，使测量的视角比传统双目视觉大大拓展。同时，由于全景采集设备和大视角的测量设备相结合，使得360度测量的复杂度降低了很多。在本发明中，由于使用一组全景设备配合一组分散的测量设备， 这样可以让测量基线(Base Line)变大，提升测量精度。这种系统，组装灵活性大，可以单独采集全景，又可根据需求测量某一部分空间或者全部360度空间，从而实现全景影像采集系统向全景影像采集测量系统的跨越发展。
图1是本发明的全景影像采集测量系统的实施例的系统原理图。图2A、2B是本发明的全景影像采集测量系统的实施例的设备原理图。图3A、;3B是本发明的全景影像采集测量系统的实施例的另一设备原理图。图4是本发明的全景影像采集测量方法的第一实施例的流程图。图5是本发明的全景影像采集测量方法的第一实施例的测量示意图。图6是本发明的全景影像采集测量方法的第二实施例的流程图。
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图7是本发明的全景影像采集测量方法的第二实施例的測量示意图。图8是本发明的基于双目測量原理的全景影像采集测量方法的数学模型图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进ー步的描述。在介绍本发明的各个实施例之前，首先对全景或者全景图像(影像)作一个说明 若将图像放在ー个球空间、或立方体空间、或柱形空间、或锥形空间、或椭球空间中，通过上 述空间中固定一点作为观察点，通过该观察点采用单点透视该图像所获得的影像的过程即 为全景播放，则该图像被对应的称为球形全景、或立方体全景、或柱形全景、或锥形全景、或 椭球全景，并且统称该图像为全景或全景图像(影像)。本发明基于的测量原理是双目測量原理。其中双目測量原理具体为如图8所示，其中巧=为全景相机图片上一点，其坐标直接采用球坐标表示，
权利要求
1.一种全景影像采集测量系统，基于双目测量原理实现，包括拍摄模块和控制模块，其中所述拍摄模块和所述控制模块通过线缆连接，所述拍摄模块包括全景拍摄装置、测量拍摄装置以及全景拍摄装置位置获取模块，所述控制模块包括标定模块、采集控制器、供电装置、存储模块，其中所述拍摄模块，用于外部数据的获取； 所述全景拍摄装置，用于全景影像的拍摄；所述测量拍摄装置，用于辅助所述全景拍摄装置进行测量的影像采集； 所述全景拍摄装置位置获取模块，用于获取所述全景拍摄装置所在位置的经纬度坐标及其地理信息数据；所述控制模块，用于集中控制所述拍摄模块各部分数据的获取和对获取到的数据的集中存储；所述标定模块，用于在所述拍摄模块开始拍摄前对所述全景拍摄装置、所述测量拍摄装置以及所述全景拍摄装置位置获取模块进行校准；所述采集控制器，用于在所述拍摄模块开始拍摄时对所述全景拍摄装置、所述测量拍摄装置进行集中的拍摄控制，并将获取到的外部影像数据同步传输到所述存储模块； 所述供电装置，用于对所述拍摄模块和所述控制模块所需的电源提供电力支撑； 所述存储模块，接收所述采集控制器的指令，获取并存储获取到的所述外部影像数据。
2.根据权利要求1所述的全景影像采集测量系统，其特征在于，所述全景拍摄装置包括至少一个镜头组，其中每一镜头组包括一镜头和一感光存储器，各个感光存储器获得的影像依次连续完整连接在一起以形成全景影像。
3.根据权利要求1所述的全景影像采集测量系统，其特征在于，所述测量拍摄装置包括一镜头和一感光存储器。
4.一种全景影像采集测量方法，包括进行全景拍摄装置和测量拍摄装置的图像标定，建立计算模型； 进行道路影像采集，获得连续的道路影像原始图、道路测量影像，其中所述道路影像原始图、所述道路测量影像以及拍摄设备的位置数据存在对应关系； 将采集到的所述道路影像原始图处理成道路全景影像；将所述道路全景影像和同时获取到的所述道路测量影像导入所述计算模型中计算； 通过输入所要测量位置在所述道路全景影像中的像素坐标和与之对应的所述道路测量影像中的像素坐标，代入到所述计算模型中，经过运算得到所要测量位置的空间坐标。
5.根据权利要求4所述的全景影像采集测量方法，其特征在于，所述计算模式是根据所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置建立的半单位球面模型。
6.根据权利要求5所述的全景影像采集测量方法，其特征在于，在建立的半单位球面模型上建立鱼眼成像关系，初始化内参，计算单应矩阵，初始化外参，通过LM迭代最小化重投影误差，其中内参是所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置的自身参数，所述外参是所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置与外部环境之间的参数。
7.—种全景影像采集测量方法，包括进行全景拍摄装置和测量拍摄装置的图像标定，建立计算模型； 进行道路影像采集，获得连续的道路影像原始图、道路测量影像，其中所述道路影像原始图、所述道路测量影像以及拍摄设备的位置数据存在对应关系；将所述道路影像原始图和同时获取到的所述道路测量影像导入所述计算模型中计算；通过输入所要测量位置在所述道路影像原始图中的像素坐标和与之对应的所述道路测量影像中的像素坐标，代入到所述计算模型中，经过运算得到所要测量位置的空间坐标。
8.根据权利要求7所述的全景影像采集测量方法，其特征在于，所述计算模式是根据所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置建立的半单位球面模型。
9.根据权利要求8所述的全景影像采集测量方法，其特征在于，在建立的半单位球面模型上建立鱼眼成像关系，初始化内参，计算单应矩阵，初始化外参，通过LM迭代最小化重投影误差，其中内参是所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置的自身参数，所述外参是所述全景拍摄装置和所述测量拍摄装置与外部环境之间的参数。
全文摘要
本发明公开了全景影像采集测量系统和全景影像空间测量方法，可单独采集全景，又可根据需求测量某一部分空间或者全部360度空间，从而实现全景影像采集系统向全景影像采集测量系统的跨越发展。其技术方案为将全景影像采集独立为一个采集模块，并在此基础上，结合双目测量原理，在采集模块的基础上进一步增加其他的非激光原理的光学采集设备，如鱼眼或广角镜头及配套装置来进行测量的辅助，使测量的视角比传统双目视觉大大拓展。同时，由于全景采集设备和大视角的测量设备相结合，使得360度测量的复杂度降低了很多。
文档编号G01C11/00GK102519435SQ20111043371
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月21日 优先权日2011年12月21日
发明者刘玉亭, 张海威, 殷铭 申请人:上海杰图软件技术有限公司