具有交互可量测功能及真实感的3d景观生成系统及方法

具有交互可量测功能及真实感的3d景观生成系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于图像处理技术领域，具体是一种具有交互、可量测功能及真实感的3D景观生成系统及其方法。
【背景技术】
[0002]近年来有关数字城市三维景观的研究得到了飞速发展，许多大学、公司都开始积极地致力于三维景观构建的相关理论及应用工作。
[0003]虚拟现实技术让我们可以以多角度观察仿真的地理环境，但我们还是感到困惑，因为所有这些只是做到了 “逼真”，我们在GIS中仍然看不到“真实”的现实空间。
[0004]地理视频是近年来提出的一个新概念，是将地理空间数据与视频影像数据有机集成，提供空间位置与视频影像相结合的超媒体信息管理与应用服务。立足于多媒体、超媒体、GIS、GPS和网络技术的发展，视频GIS是采集、编辑、管理、分类和应用地理视频的信息系统。视频GIS不仅扩展了多媒体GIS，而且丰富了视频的内涵，提供地理增强现实，是GIS技术的创新性飞跃，在线性实施管理、地理教育、视频导航、大众生活等领域具有重大的应用潜力。
[0005]虽然三维景观的构建研究工作已在发展，但其仍然有待极大的提高。例如已有的3D景观系统虽然可以较好的解决三维空间模型构造以及景观的三维可视化问题，但其仍不具备可量测能力，从而不能满足更高层次的需要。而且大多数3D景观系统建设成本昂贵，大大限制了 3D景观系统的普及。
[0006]因此在实际应用中急切需要应用先进的科技手段提高交互式三维全景数据的获取效率以及精准的位置信息，缩短数据更新的周期，提高数据的质量，解决落后的虚实混合环境下的一致性呈现问题以及基于三维实景视频数据的GIS的研究与应用问题，从而提供一种新的更贴近与日常生活的、低成本、具有交互可量测计算功能以及全真实感的三维景观生成系统。

【发明内容】

[0007]本发明提出了一种具有交互、可量测功能及真实感的3D景观生成系统及其方法。主要针对三维空间交互、可量测与分析应用的重大需求下，提出一种全新的解决方式，即在高真实感的3D景观生成系统中加入量测和交互功能。
[0008]本发明提出了一种具有交互、可量测功能及真实感的3D景观生成系统，包括:数据采集模块，用于对立体视频流数据、GPS数据、INS数据、GIS数据进行一体化采集；同步控制模块，用于各路视频同步控制、GPS与INS时间同步控制、GPS与GIS位置同步控制；数据处理模块，用于数据校准，对各路数据进行统一的坐标变换、对视频进行预处理并提取视频特征信息；可量测的全景视频控制模块，用于对视频、GPS、INS、GIS进行数据融合与集成，生成具有空间信息的三维全景视频影像；展示模块，用于对交互式三维全景视频和三维仿真地图的无缝集成进行展示。
[0009]本发明提出了一种具有交互、可量测功能及真实感的3D景观生成方法，包括:获得多个摄像机对不同角度拍摄的立体视频流数据、GPS数据、INS数据和3DGIS数据；判断GPS与INS时间是否同步、GPS与GIS位置是否同步以及各路视频是否同步；完成视频数据和空间位置信息的解析、压缩、分析提取和存储工作；对各路数据进行数据校准，将视频数据、GPS数据、GIS数据、INS数据统一处理，进行全景视频拼接，生成具有空间信息的三维全景视频影像；通过展示模块展示具有交互、可量测功能及真实感的3D景观生成系统。
[0010]本发明的一种具有交互、可量测功能及真实感的3D景观生成系统及方法具有如下有益效果:1.本发明能到高效、实时、动态生成具有精准位置标识的三维全景视频。2.本发明实现三维全景视频帧与带有经玮度坐标的3DGIS系统的自动匹配与无缝集成并具有量测计算、交互功能。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的系统结构图；
图2是本发明的系统模块单元详细图；
图3是本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0013]如图1所示，本发明的系统结构I由数据采集模块3、同步控制模块4、数据处理模块5、可量测全景视频控制模块6、展示模块7共同组成。
[0014]图2是本发明的系统模块单元详细图，其中该数据采集模块3由CCD采集单元、GPS单元和INS单元组成，将CXD摄像机通过1394/USB接口、GPS接收机和INS模块通过RS232与计算机相连。CXD摄像机由6或8个布局结构固定的摄像机组成，通过1394/USB接口把数字视频信号传输到计算机中。GPS接收机通过RS232接口将接收到的速度、位置和时间等信息传输到计算机中，同时GIS数据也通过相应接口与计算机连接。
[0015]在计算机通过相应接口收到各单元的数据后，通过GPS数据解析和视频特征信息的提取，判断GPS和INS时间是否同步，GPS和GIS位置是否同步以及各视频帧是否同步，然后决定是否产生同步控制信号，通过同步控制模块4来进行各数据的同步控制。
[0016]该数据处理模块5包括数据校准单元，对各路数据进行统一的坐标变换以及对视频进行预处理。如GIS系统必须能够接收GPS接收机发送的GPS数据进而与GPS集成，而GPS接收到的数据是基于WGS-84坐标系，我国国内地图数据的坐标系也都有所不同，即要进行坐标转换，如通过投影变换将经玮度转换为GIS数据所采用的参照系中的坐标。
[0017]该可量测全景视频控制模块6包括全景视频拼接单元、数据融合单元。该全景视频拼接单元是基于图像特征点、视频匹配帧、图像拼接变换参数的自动优选技术以及整合特征点的空间坐标信息进行全景自动拼接，生成实时动态且具有精准位置标识的三维全景视频；该数据融合单元对GPS、INS、GIS和视频数据进行统一的处理，如在每一个数据融合点上，如果GPS信息与INS信息带有的时间标签一致，则直接进行数据融合；若没有时间上的匹配，通过计算机接口进行重新触发控制。各数据统一处理之后，利用立体坐标或经玮度坐标对数据进行映射，然后传递给全景拼接单元生成具空间信息的三维全景视频。
[0018]图3是本发明一较佳实例中具有交互、可量测功能及真实感的3D景观生成方法流程图，其中该方法应用与上述具有交互、可量测功能及真实感的3D景观生成系统中，该方法包括如下步骤:
步骤S301:获取多个摄像机对不同角度拍摄的立体视频流数据、GPS数据、INS数据、和3DGIS数据；
步骤S302:判断GPS与INS时间是否同步、GPS与GIS位置是否同步以及各路视频是否同步；
步骤S303:完成视频数据和空间位置信息的解析、压缩、分析提取和存储工作；
步骤S304:对各路数据进行数据校准，将视频数据、GPS数据、GIS数据、INS数据统一处理，进行全景视频拼接，生成具有空间信息的三维全景视频影像；
步骤S305:通过展示模块展示具有交互、可量测功能及真实感的3D景观生成系统；以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替代和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种具有交互可量测功能及真实感的3D景观生成系统，其特征在于，包括: 数据采集模块(3 )，与同步控制模块(4 )相连，用于对立体视频流数据、GPS数据、INS数据、GIS数据进行一体化采集； 同步控制模块(4)，与数据采集模块(3)相连接，用于各路视频同步控制、GPS与INS时间同步控制、GPS与GIS位置同步控制； 数据处理模块(5)，与同步控制模块(4)相连接，用于数据校准，对各路数据进行统一的坐标变换、对视频进行预处理并提取视频特征信息； 可量测的全景视频控制模块(6)，与数据处理模块(5)相连，用于对视频、GPS、INS、GIS进行数据融合与集成，生成具有空间信息的三维全景视频影像； 展示模块(7)，与可量测的全景视频控制模块(6)相连，用于对交互式三维全景视频和三维仿真地图的无缝集成进行展示。2.如权利要求1所述的具有交互可量测功能及真实感的3D景观生成系统，其特征在于，所述数据采集模块(3)由C⑶视频采集单元、GPS单元和INS单元组成，并通过相应接口传输GIS数据。3.如权利要求1所述的具有交互可量测功能及真实感的3D景观生成系统，其特征在于，所述同步控制模块(4)通过比较GPS和INS数据上带有的时间信息是否匹配来确定两路信息是否同步；通过比较GPS和GIS的位置信息是否匹配来决定两者之间的映射关系。4.如权利要求1所述的具有交互可量测功能及真实感的3D景观生成系统，其特征在于，所述可量测的全景视频控制模块(6)包括: 全景视频拼接单元，用于全景视频的拼接； 数据融合单元，用于对GPS、INS、GIS和视频数据进行统一处理，将视频数据与空间数据进行融合，利用立体三维坐标对数据进行映射以生成具有空间信息的三维全景视频影像。5.如权利要求3所述的具有交互可量测功能及真实感的3D景观生成系统，其特征在于，所述同步控制模块(4)通过判断各路视频帧是否同步、GPS与INS时间是否同步、GPS与GIS位置是否同步，产生一个同步控制信号以控制数据采集模块各单元的工作。6.一种具有交互、可量测功能及真实感的3D景观生成方法，其特征在于，包括步骤: 对立体视频流数据、GPS数据、INS数据、GIS数据进行一体化采集； 对各路视频同步控制、GPS与INS时间同步控制、GPS与GIS位置同步控制； 对各采集数据进行数据校准，对各路数据进行统一的坐标变换、对视频进行预处理并提取视频特征信息； 对视频、GPS、INS、GIS进行数据融合与集成，完成全景视频拼接，生成具有空间信息的三维全景视频影像； 对交互式三维全景视频和三维仿真地图的无缝集成进行展示。7.如权利要求6所述的具有交互可量测功能及真实感的3D景观生成方法，其特征在于，所述同步控制步骤是通过GPS数据解析和视频特征信息提取，来判定是否各数据同步并产生相应控制信号。
【专利摘要】本发明提供一种具有交互可量测功能及真实感的3D景观生成系统及方法。由数据采集模块3、同步控制模块4、数据处理模块5、可量测全景视频控制模块6、展示模块7等共同组成。该方法包括步骤：获得多个摄像机对不同角度拍摄的立体视频流数据、GPS数据、INS数据和3DGIS数据；判断GPS与INS时间是否同步、GPS与GIS位置是否同步以及各路视频是否同步；完成视频数据和空间位置信息的解析、压缩、分析提取和存储工作；对各路数据进行数据校准，将视频数据、GPS数据、GIS数据、INS数据统一处理，进行全景视频拼接，生成具有空间信息的三维全景视频；通过展示模块展示该3D景观生成系统。
【IPC分类】H04N13/00
【公开号】CN105208372
【申请号】CN201510663819
【发明人】宋夫华
【申请人】浙江卓锐科技股份有限公司
【公开日】2015年12月30日
【申请日】2015年10月15日