环景影像测绘方法及系统、存储介质及终端与流程

本发明涉及影像测绘的
技术领域：
，特别是涉及一种环景影像测绘方法及系统、存储介质及终端。
背景技术：
：随着科技的不断进步，影像测绘技术广泛应用于小区域的室内外场景测量、工程测量、地籍测量、及地形测量等领域。现有技术中，通常采用影像测绘仪进行影像测绘。影像测量仪是建立在ccd数位影像的基础上，依托于计算机屏幕测量技术和空间几何运算的强大软件能力而产生的。计算机在安装上专用控制与图形测量软件后，变成了具有软件灵魂的测量大脑，是整个设备的主体。它能快速读取光学尺的位移数值，通过建立在空间几何基础上的软件模块运算，瞬间得出所要的结果；并在屏幕上产生图形，供操作员进行图影对照，从而能够直观地分辨测量结果可能存在的偏差。然而现有的影像测绘模式具有以下不足：(1)通常采用车载式影像测绘设备，无法达到崎岖地形、森林或灾害崩塌等区域进行影像测绘；(2)通常采用近景影像测绘，对外业现场和地面控制点的需求较多。技术实现要素：鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种环景影像测绘方法及系统、存储介质及终端，能够通过手持式设备实现360度的影像测绘，测绘范围广，有效地减少了对外业现场和地面控制点的需求。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种环景影像测绘方法，包括以下步骤：获取环景图像采集装置的率定参数；所述环景图像采集装置包括相对于一参考原点均匀分布的预设数量的相机，以及设置在所述参考原点上的定位设备；基于所述率定参数将所述相机采集的图像拼接为球形环景影像；计算所述球形环景影像的外方位元素和观测量；基于所述外方位元素和所述观测量对所述球形环景影像进行测绘。于本发明一实施例中，基于室内率定场法获取所述率定参数；所述率定参数包括所述相机的内方位参数和所述相机相对于所述参考原点的相对方位参数；所述相机的内方位参数包括相机焦距、像主点位置及透镜畸变参数；所述相机相对于所述参考原点的相对方位参数包括各部相机之相对向量及相对旋转矩阵。于本发明一实施例中，设定相机拍摄的影像相对于物空间坐标框架的向量为旋转矩阵为则相机i相对于所述参考原点的相对方位参数为：其中，为相机i相对于所述参考原点的旋转矩阵，为相机i相对于所述参考原点的向量，ω，κ分别表示相对于直角坐标轴的旋转角，为相机1相对于所述物空间坐标框架的旋转矩阵，为所述物空间坐标框架相对于所述参考原点的旋转向量，为所述物空间坐标框架相对于所述相机1的旋转向量，为所述参考原点相对于所述物空间坐标框架的向量。于本发明一实施例中，所述观测量包括影像链接点、测站平台中心坐标和控制点坐标。于本发明一实施例中，所述观测量的观测方程如下：其中，及分别表示影像链接点、测站平台中心坐标和控制点这三种观测量，及分别表示对应观测量的残差，为相机i相对于所述参考原点的旋转矩阵，为相机i相对于所述参考原点的向量，将影像链接点观测方程式组成共线式时将尺度参数消除μ；设n为影像观测点数，p为测站数，q为控制点数，m为连结点数，则观测方程式个数为2n+3p+3q，而未知参数个数为6p+3(q+m)，则(p+q)≥。对应地，本发明提供一种环景影像测绘系统，包括获取模块、拼接模块、计算模块和测绘模块；所述获取模块用于获取环景图像采集装置的率定参数；所述环景图像采集装置包括相对于一参考原点均匀分布的预设数量的相机，以及设置在所述参考原点上的gps设备；所述拼接模块用于基于所述率定参数将所述相机采集的图像拼接为球形环景影像；所述计算模块用于计算所述球形环景影像的外方位元素和观测量；所述测绘模块用于基于所述外方位元素和所述观测量对所述球形环景影像进行测绘。本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的环景影像测绘方法。本发明提供一种终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行上述的环景影像测绘方法。最后，本发明提供一种环景影像测绘系统，包括上述的终端和环景图像采集装置；所述环景图像采集装置包括相对于一参考原点均匀分布的预设数量的相机，以及设置在所述参考原点上的定位设备。于本发明一实施例中，所述相机采用倾斜竖立方式固定，镜头仰角为一预设角度。如上所述，本发明所述的环景影像测绘方法及系统、存储介质及终端，具有以下有益效果：(1)能够通过手持式设备实现360度的影像测绘，测绘范围广，能够到达车载式移动测绘系统无法到达的地区，如崎岖地形、森林或灾害崩塌等区域；(2)与近景测绘相比，有效地减少了对外业现场和地面控制点的需求；(3)外业现场只需进行影像的拍摄，测量作业都可以在计算机软件上进行，从而不但可以减少许多外业工时，而且几乎可以取代全测站仪；(4)操作便利，设备成本低、重量轻、精度高；(5)适用于小区域的室内外场景测量、工程测量、地籍测量、及地形测量等领域。附图说明图1显示为本发明的环景影像测绘方法于一实施例中的流程图；图2显示为室内率定场法于一实施例中的示意图；图3显示为光束法平差观测方程式的几何关系描述示意图；图4显示为本发明的环景影像测绘系统于一实施例中的结构示意图；图5显示为本发明的终端于一实施例中的结构示意图；图6显示为本发明的环景影像测绘系统于另一实施例中的结构示意图。元件标号说明41获取模块42拼接模块43计算模块44测绘模块51处理器52存储器61终端62环景图像采集装置具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本发明的环景影像测绘方法及系统、存储介质及终端能够通过手持式设备实现360度的影像测绘，测绘范围广，有效地减少了对外业现场和地面控制点的需求。其中，本发明基于室内率定法以率定各相机与系统的参考原点之间的偏移向量及旋转角。由于本发明未采用惯性导航系统，故无法直接得到每一摄影站之平台方位，因而通过光束法平差利用少数几个控制点或完全无控制点来求解平台方位，并在光束法平差中采用修正的共线式方程式结合定位数据来以处理定位设备辅助多相机的系统设计；最终能够利用系统率定成果及平台方位，计算本各影像的外方位元素，并可求解点位的地面坐标，实现环景影像测绘。如图1所示，于一实施例中，本发明的环景影像测绘方法包括以下步骤：步骤s1、获取环景图像采集装置的率定参数；所述环景图像采集装置包括相对于一参考原点均匀分布的预设数量的相机，以及设置在所述参考原点上的定位设备。具体地，本发明在一参考原点四周均匀设置预设数量的相机进行图像采集。优选地，相机选择重量轻且拍摄的影像质量稳定的小型单眼相机。为了使各个相机拍摄的图像能获取环景影像，本发明采用8部相机同时拍照。其中，每部相机都有专属的固定架，并采用倾斜竖立方式固定，倾斜角度为一预设角度使得所述相机的镜头仰角为所述预设角度。优选地，所述预设角度为15°。同时在所述参考原点还设置有一定位设备，如gps设备，以获取所述参考原点的定位信息。于本发明一实施例中，所述环景图像采集装置采用一正八边形平台，均匀设置有八台相机，相邻相机间的像幅重迭率约为20％。所述环景图像采集装置可拆卸式设计，从既可以拆解以方便携带，又可以在重新组装后使得所有相机保持原来的相对位置关系。于本发明一实施例中，本发明的环景影像测绘方法基于室内率定场法获取所述率定参数。其中，室内率定场四面墙面、天花板及地面皆布满反射标，部分反射标具备摄影测量软件可辨识的标号符号，如图2所示。率定工作完成后，若系统架构未改变则无需再重新率定。率定所得的参数将用于后续的环境影像拼接，所拼接的环景影像维持相机间的相对方位，才能应用于环景影像测绘工作。优选地，所述率定参数包括所述相机的内方位参数和所述相机相对于所述参考原点的相对方位参数。其中，所述相机的内方位参数包括相机焦距(f)、像主点位置(x0,y0)及透镜畸变参数(k1,k2,k3,p1,p2)；所述相机相对于所述参考原点的相对方位参数包括各部相机之相对向量及相对旋转矩阵。设定平台的坐标框架为b-frame，八部相机的坐标框架为c1-frame～c8-frame，r及r分别表示相对向量及相对旋转矩阵，相机拍摄的影像相对于物空间坐标框架的向量为旋转矩阵为则相机i相对于所述参考原点的相对方位参数为：其中，ω，κ分别表示相对于直角坐标轴的旋转角，为相机i相对于所述参考原点的旋转矩阵，为相机i相对于所述参考原点的向量，为相机1相对于所述物空间坐标框架的旋转矩阵，为所述物空间坐标框架相对于所述参考原点的旋转向量，为所述物空间坐标框架相对于所述相机1的旋转向量，为所述参考原点相对于所述物空间坐标框架的向量，为已知量，可根据所述定位设备获取的定位信息计算。步骤s2、基于所述率定参数将所述相机采集的图像拼接为球形环景影像。具体地，根据所述相机的内方位参数和所述相机相对于所述参考原点的相对方位参数能够将各个相机采集的图像进行拼接，从而形成球形环景影像。所述球形环景影像采用中心投影方式，将相机拍得的原始影像投影至指定半径大小的球上，并基于率定参数使得每个环景影像的像元能对应到原始影像的像点，透过双线性重新取样来决定像元颜色。对于影像重迭区，则设定边界值，选择该范围对应的相机影像。其中，将球形环景影像上的所有像元依序计算，便可将八台相机所获取的八张影像拼接为一环景影像。优选地，环景影像的分辨率为21600x4801画素，即每个像元之瞬间视域为1°，环景影像的水平视域为360度，垂直视域取决于原相机的视域，从而能够涵盖周遭大部份景物。所述球形环景影像虽然视觉上看起来有接缝，但相机间的几何关系能够维持，从而可能让所述球形环景影像的像元恢复共线条件。步骤s3、计算所述球形环景影像的外方位元素和观测量。于本发明一实施例中，所述观测量包括影像链接点、测站平台中心坐标和控制点坐标。具体地，利用环景影像链接点的交会关系，以空中三角平差的概念进行多测站光束法平差，并结合环景影像几何改正，计算所述球形环景影像的外方位元素、控制点与链接点的物空间坐标。将所述相机拍摄的影像转换成所述球形环景影像时，是将各幅影像投影到球面上，因此所构成的环景影像并非理想的中心投影几何。也就是说，所述球形环景影像不符合严谨的共线条件，因此必须修正所述球形环景影像。在本发明中，采用多测站光束法平差直接计算所述球形环景影像的外方位元素。设定平台的方位元素为及观测量为环景影像链接相点则观测方程式为该方程式的几何关系描述图如图3所示。若平台中心位置已透过定位设备获取，则平台中心位置观测方程式为若有控制点，则控制点观测方程式为因此，可汇入平差系统的观测量包括以下三种：影像链接点、测站平台中心坐标和控制点坐标。其中，上述三个方程式中，左项代表三种观测量及其改正数，右项中及为系统率定已知值，而将影像链接点观测方程式组成共线式时可将尺度参数消除μ。设n为影像观测点数，p为测站数，q为控制点数，m为连结点数，则观测方程式个数为2n+3p+3q，而未知参数个数为6p+3(q+m)。最小二乘解算条件是观测方程式个数须大于未知参数个数，而且必须(p+q)≥3。计算得到平台方位后，可利用平台方位参数及系统率定参数，转换计算得每张影像的外方位元素，即当用户得到所述观测量后，可基于初始值方位等相关数据计算每张环景影像的外方位、控制点与连结点的三维坐标，并绘制成表格，以通过表格向用户提供观测量的改正数、未知数的中误差等等信息，从而便于判断平差成果的优劣，并在观测量出现错误时进行剔除。步骤s4、基于所述外方位元素和所述观测量对所述球形环景影像进行测绘。具体地，当获取所述外方位元素和所述观测量，可在所述球形环景影像中进行影像浏览、放大、缩小等操作。其中，测量所述球形环景影像的像点时，输入其对应地物点的点名并选择点位类型即可。考虑到使用的便捷性，对于多个球形环景影像，用户可一次测量完所有环景影像上对应同一物点的像点，量测完所有的像点后，对应的环景影像上会显示预设图标，表示该像点已经量测完成，并可储存所有的量测数据。优选地，本发明的环景影像测绘方法还能够在地图上显示测站及量测点。用户可检视已平差计算求得的测站、控制点以及连结点，输入对应的坐标，便能够将测算结果所有点位显示在地图上，方便检验其位置分布是否于实地相符。更为优选地，本发明的环景影像测绘方法还可以显示所有量测的链接点在各张球形环景影像的分布位置，以便于操作人员检测点为的分布。下面通过具体实施例来进一步阐述本发明的环景影像测绘方法。在该实施例中，应用室内率定场进行环景影像测绘系统率定，表1与表2为八部相机的内方位率定参数，表3为各相机相对于参考原点的相对方位参数的率定成果。表1、八部相机内方位率定成果-第一部分no.f(mm)x0(mm)y0(mm)115.9909-0.09490.2219215.9773-0.04410.0663315.9215-0.16420.1562415.8601-0.14680.1828515.9169-0.06270.0328615.9396-0.17160.0487715.94910.01020.1370815.98190.05940.2023表2、八部相机内方位率定成果-第二部分表3、各相机相对于参考原点的相对方位参数的率定成果在该实施例中，室内场景测绘共设置8个测站，设置8个控制点，并选取量测共29个连结点，透过21个检核点来进行验证。测绘所得地面三维坐标与检核点比较后，得到的误差统计如表4所示。表4、测绘得到的点位坐标检核误差由上可知，本发明的环景影像测绘方法可应用于摄影测量与制图，在室内验证场仅使用数个控制点与适当数量连结点即可达到相当理想的精度，检核点的均方根误差仅在1公分左右。如图4所示，于一实施例中，本发明的环景影像测绘系统包括获取模块41、拼接模块42、计算模块43和测绘模块44。所述获取模块41用于获取环景图像采集装置的率定参数；所述环景图像采集装置包括相对于一参考原点均匀分布的预设数量的相机，以及设置在所述参考原点上的gps设备；所述拼接模块42与所述获取模块41相连，用于基于所述率定参数将所述相机采集的图像拼接为球形环景影像；所述计算模块43与所述获取模块41和所述拼接模块42相连，用于计算所述球形环景影像的外方位元素和观测量；所述测绘模块44与所述拼接模块42和所述计算模块43相连，用于基于所述外方位元素和所述观测量对所述球形环景影像进行测绘。需要说明的是，上述获取模块41、拼接模块42、计算模块43和测绘模块44的结构和原理与上述环景影像测绘方法的步骤一一对应，故在此不再赘述。需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如：x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现。此外，x模块也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)，一个或多个微处理器(digitalsingnalprocessor，简称dsp)，一个或者多个现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)等。当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，如中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)或其它可以调用程序代码的处理器。这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称soc)的形式实现。本发明的存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的环景影像测绘方法。所述存储介质包括：rom、ram、磁碟、u盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。如图5所示，于一实施例中，本发明的终端包括处理器51及存储器52。所述存储器52用于存储计算机程序。所述存储器52包括：rom、ram、磁碟、u盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。所述处理器51与所述存储器52相连，用于执行所述存储器52存储的计算机程序，以使所述终端执行上述的环景影像测绘方法。优选地，所述处理器51可以是通用处理器，包括中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)、网络处理器(networkprocessor，简称np)等；还可以是数字信号处理器(digitalsignalprocessor，简称dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，简称asic)、现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，简称fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。如图6所示，于一实施例中，本发明的环景影像测绘系统包括上述的终端61和环景图像采集装置62。所述环景图像采集装置62与所述终端61通过有线或无线方式相连，包括相对于一参考原点均匀分布的预设数量的相机，以及设置在所述参考原点上的定位设备。优选地，相机选择重量轻且拍摄的影像质量稳定的小型单眼相机。为了使各个相机拍摄的图像能获取环景影像，本发明采用8部相机同时拍照。其中，每部相机都有专属的固定架，并采用倾斜竖立方式固定，倾斜角度为一预设角度使得所述相机的镜头仰角为所述预设角度。优选地，所述预设角度为15°。同时在所述参考原点还设置有一定位设备，如gps设备，以获取所述参考原点的定位信息。于本发明一实施例中，所述环景图像采集装置采用一正八边形平台，均匀设置有八台相机，相邻相机间的像幅重迭率约为20％。所述环景图像采集装置可拆卸式设计，从既可以拆解以方便携带，又可以在重新组装后使得所有相机保持原来的相对位置关系。综上所述，本发明的环景影像测绘方法及系统、存储介质及终端能够通过手持式设备实现360度的影像测绘，测绘范围广，能够到达车载式移动测绘系统无法到达的地区，如崎岖地形、森林或灾害崩塌等区域；与近景测绘相比，有效地减少了对外业现场和地面控制点的需求；外业现场只需进行影像的拍摄，测量作业都可以在计算机软件上进行，从而不但可以减少许多外业工时，而且几乎可以取代全测站仪；操作便利，设备成本低、重量轻、精度高；适用于小区域的室内外场景测量、工程测量、地籍测量、及地形测量等领域。因此，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页12