專利名稱：基于可量測實(shí)景圖像的可視化位置服務(wù)的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于可量測實(shí)景圖像的可視化位置服務(wù)方法。
背景技術(shù)：
人類80％以上的信息與地理位置有關(guān)，隨著資訊時(shí)代的到來，人們對于快速獲取全面、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的三維地理信息有著越來越強(qiáng)烈的要求。
目前空間信息主要以4D產(chǎn)品為主，其專業(yè)性比較強(qiáng)，而且缺乏現(xiàn)勢性，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)鏈不完整，影響產(chǎn)業(yè)發(fā)展，具體而言主要存在以下三個(gè)方面的問題1、缺少可視化、高分辨率的信息支持，只能提供單純的電子地圖或者正射影像圖，忽視人們出行中信息和娛樂的需求，同時(shí)正射影像圖帶有明顯的專業(yè)色彩，其視角與平常看到的世界很不一樣，不夠直觀，不便于其面向大眾服務(wù)。
2、位置服務(wù)數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)更新的周期無法保證，不能滿足對電子地圖快速測制以及更新的需要。采用人工測量方式，存在效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大且存在人為誤差等缺點(diǎn)；采用航測遙感技術(shù)則存在調(diào)繪工作量大、判讀難、易受主觀影響以及效率低的缺點(diǎn)，且垂直攝影受攝影角度的限制不能獲取某些地物的屬性。
3、空間數(shù)據(jù)的獲取與快速加工是位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈上的瓶頸問題，它直接制約了汽車導(dǎo)航等技術(shù)的推廣和普及，從而也大大制約了智能交通產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而在勘測、部隊(duì)、交通、電力等領(lǐng)域，GIS系統(tǒng)已普及到了相當(dāng)?shù)某潭龋灿捎诓荒苡行Р杉瘮?shù)據(jù)和及時(shí)更新數(shù)據(jù)，造成了GIS系統(tǒng)的功能不能充分的發(fā)揮。
另一方面，三維地理信息系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展，使得人們可以用透視的方式多角度的觀察客觀的三維世界，它具有直觀性強(qiáng)，便于非專業(yè)化和大眾化的服務(wù)。但是傳統(tǒng)的三維GIS平臺(tái)中，客觀世界的表達(dá)是通過對已采集的三維模型和紋理數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和渲染等處理后實(shí)現(xiàn)的，三維建模和紋理制作是其主要的組成部分。模型數(shù)據(jù)當(dāng)前主要是利用數(shù)字?jǐn)z影測量的方式采集數(shù)字地面模型和建筑物的三維立體模型，對于建筑物模型數(shù)據(jù)，采集完經(jīng)過大量的編輯修改之后才能實(shí)現(xiàn)建筑物的建模；紋理影像是通過實(shí)地拍照、無人機(jī)或飛艇進(jìn)行低空攝影的方式進(jìn)行獲取，經(jīng)過加工處理后復(fù)制到模型表面的，這種三維建模和紋理獲取的方式表達(dá)三維城市模型在數(shù)據(jù)加工的繁復(fù)度和成本方面都較高，勞動(dòng)強(qiáng)度也很大，制作出來的三維模型也基本上只為了滿足三維瀏覽目的，不具有可量測性，應(yīng)用范圍受限制。
因此在實(shí)際應(yīng)用中急切需要應(yīng)用先進(jìn)的科技手段，提高數(shù)據(jù)獲取的效率，縮短數(shù)據(jù)更新的周期，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，解決落后的數(shù)據(jù)采集生產(chǎn)方式，并提供一種新的更貼近與日常生活的視角以使基于位置的服務(wù)能夠更好的為非專業(yè)和大眾化服務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對上述問題，提供一種基于可量測實(shí)景圖像的快速可視化位置服務(wù)方法，以解決目前位置服務(wù)在數(shù)據(jù)獲取以及表達(dá)等方面存在的瓶頸問題，使地理信息系統(tǒng)能夠更好的為非專業(yè)和大眾化服務(wù)。
本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種基于可量測實(shí)景圖像的可視化位置服務(wù)方法，包括如下步驟一、數(shù)據(jù)獲取通過地面攝影平臺(tái)獲取關(guān)于真實(shí)場景的不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)、CCD相機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)；二、對獲取的不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)和相機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理對不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)中的每一幀實(shí)景圖像，根據(jù)其獲取的時(shí)間，結(jié)合該時(shí)刻相機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)以及GPS接收機(jī)與相機(jī)的相對位置關(guān)系得出該幀實(shí)景圖像的內(nèi)外方位元素；并對不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)建立索引，根據(jù)坐標(biāo)將序列影像數(shù)據(jù)或視頻流數(shù)據(jù)中的實(shí)景圖像幀與電子地圖或正射影像圖關(guān)聯(lián)起來；三、可視化位置服務(wù)當(dāng)用戶在電子地圖或正射影像圖上漫游到某一位置時(shí)，根據(jù)用戶漫游的位置，實(shí)時(shí)獲取關(guān)于該場景的不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)，并顯示給用戶；四、興趣點(diǎn)量測當(dāng)在電子地圖或正射影像圖上漫游到某一位置時(shí)，從不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)中獲取關(guān)于該場景的實(shí)景圖像的立體像對以及實(shí)景圖像的內(nèi)外方位元素；測量時(shí)首先對興趣點(diǎn)進(jìn)行匹配，找出興趣點(diǎn)在實(shí)景圖像的立體像對中的同名像點(diǎn)，然后采用攝影測量的前方交匯方法量測興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)，并進(jìn)而計(jì)算地物的幾何尺寸；量測興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)的過程如下所述已知條件實(shí)景圖像的立體像對的內(nèi)方位元素分別為(X10，Y10，f1)，(X20，Y20，f2)外方位線元素分別為(XS1，YS1，ZS1)，(XS2，YS2，ZS2)外方位角元素分別為(1，ω1，κ1)，(2，ω2，κ2)所求興趣點(diǎn)在實(shí)景圖像的立體像對的像素坐標(biāo)分別為(X1，Y1)，(X2，Y2)求興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)(XA，YA，ZA)1)所求興趣點(diǎn)在實(shí)景圖像的立體像對的像點(diǎn)坐標(biāo)分別為(x1，y1)，(x2，y2)x1＝X1-X10y1＝Y(jié)1-Y10x2＝X2-X20y2＝Y(jié)2-Y202)根據(jù)實(shí)景圖像的立體像對的外方位元素的角元素分別計(jì)算立體像對的左右實(shí)景圖像的旋轉(zhuǎn)矩陣R1和R23)根據(jù)實(shí)景圖像的立體像對的外方位線元素計(jì)算攝影基線分量BX，BY，BZ；4)逐點(diǎn)計(jì)算像點(diǎn)的空間輔助坐標(biāo)
X1Y1Z1=R1x1y1-f1,X2Y2Z2=R2x2y2-f2]]>5)計(jì)算點(diǎn)投影系數(shù)N1=BxZ2-BzX2X1Z2-X2Z1]]>N2=BxZ1-BzX1X1Z2-X2Z1]]>6)計(jì)算興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)XA＝N1X1+XS1＝N2X2+XS2YA＝N1Y1+YS1＝N2Y2+YS2ZA＝N1Z1+ZS1＝N2Z2+ZS2。
本發(fā)明利用高分辨率、多角度的CCD相機(jī)序列影像數(shù)據(jù)(連續(xù)獲取的圖像數(shù)據(jù))或視頻數(shù)據(jù)獲取技術(shù)、GPS(全球定位系統(tǒng))、INS(慣性導(dǎo)航系統(tǒng))或航位推算系統(tǒng)(電子羅盤/里程計(jì))等先進(jìn)的傳感器和設(shè)備，提出了一種全新的基于可量測實(shí)景圖像的快速可視化位置服務(wù)方法。該方法與單純的地圖或者正射影像圖相比，更貼近用戶日常生活的視角，消除了明顯的專業(yè)色彩，能更好的面向大眾，同時(shí)采用該方法可以滿足對電子地圖進(jìn)行快速測制和更新的需要，提高位置服務(wù)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，保證數(shù)據(jù)更新的周期，解決落后的數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)方式，充分發(fā)揮GIS系統(tǒng)的功能，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。另一方面，該方法與傳統(tǒng)的三維GIS平臺(tái)相比，數(shù)據(jù)采集快速，數(shù)據(jù)加工繁雜度、成本和勞動(dòng)強(qiáng)度都很低，同時(shí)具有高精度的量測特性，可極大擴(kuò)展位置服務(wù)的應(yīng)用范圍。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出了一種全新的基于可量測實(shí)景圖像的快速可視化位置服務(wù)方法，解決了目前位置服務(wù)在數(shù)據(jù)獲取以及表達(dá)等方面存在的瓶頸問題，使地理信息系統(tǒng)能夠更好的為非專業(yè)和大眾化服務(wù)。
本發(fā)明提出的一種基于可量測實(shí)景圖像的可視化位置服務(wù)方法，包括如下步驟一、數(shù)據(jù)獲取通過地面攝影平臺(tái)獲取關(guān)于真實(shí)場景的不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)、CCD相機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)；不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻數(shù)據(jù)由于是通過地面攝影平臺(tái)獲取的，因此其視角與用戶行走在街道上或坐在車上觀察整個(gè)城市的視角基本一致，這樣更有利于其能夠更好的被非專業(yè)用戶所接受，給用戶提供一種身臨其境的感覺；二、對獲取的不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)和相機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理對不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)中的每一幀實(shí)景圖像，根據(jù)其獲取的時(shí)間，結(jié)合該時(shí)刻相機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)以及GPS接收機(jī)與相機(jī)的相對位置關(guān)系得出該幀實(shí)景圖像的內(nèi)外方位元素；并對不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)建立索引，根據(jù)坐標(biāo)將序列影像數(shù)據(jù)或視頻流數(shù)據(jù)中的實(shí)景圖像幀與電子地圖或正射影像圖關(guān)聯(lián)起來，使得可以方便的得到某一位置處與真實(shí)場景相關(guān)的實(shí)景圖像以及實(shí)景圖象的內(nèi)外方位元素；三、可視化位置服務(wù)當(dāng)用戶在電子地圖或正射影像圖上漫游到某一位置時(shí)，根據(jù)用戶漫游的位置，實(shí)時(shí)獲取關(guān)于該場景的不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)，并顯示給用戶；由于地面攝影平臺(tái)獲取的實(shí)景圖像具有的貼近用戶視角特性，可以使用戶獲得關(guān)于場景更豐富的信息；這樣，如果你打算上街去買點(diǎn)東西，你就可以找到離你最近的街道，可以真實(shí)地看見你將要去的地方，那種感覺是很不一樣的，你可以通過網(wǎng)站、手機(jī)、PDA，“走”過那些街道，看一看店面的外觀，然后看看那里到底有些什么；四、興趣點(diǎn)量測當(dāng)在電子地圖或正射影像圖上漫游到某一位置時(shí)，從不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)中獲取關(guān)于該場景的實(shí)景圖像的立體像對以及實(shí)景圖像的內(nèi)外方位元素；測量時(shí)首先對興趣點(diǎn)進(jìn)行匹配，找出興趣點(diǎn)在實(shí)景圖像的立體像對中的同名像點(diǎn)，然后采用攝影測量的前方交匯方法量測興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)，并進(jìn)而計(jì)算地物的幾何尺寸；量測興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)的過程如下所述已知條件實(shí)景圖像的立體像對的內(nèi)方位元素分別為(X10，Y10，f1)，(X20，Y20，f2)外方位線元素分別為(XS1，YS1，ZS1)，(XS2，YS2，ZS2)外方位角元素分別為(1，ω1，κ1)，(2，ω2，κ2)所求興趣點(diǎn)在實(shí)景圖像的立體像對的像素坐標(biāo)分別為(X1，Y1)，(X2，Y2)求興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)(XA，YA，ZA)1)所求興趣點(diǎn)在實(shí)景圖像的立體像對的像點(diǎn)坐標(biāo)分別為(x1，y1)，(x2，y2)x1＝X1-X10y1＝Y(jié)1-Y10x2＝X2-X20y2＝Y(jié)2-Y202)根據(jù)實(shí)景圖像的立體像對的外方位元素的角元素分別計(jì)算立體像對的左右實(shí)景圖像的旋轉(zhuǎn)矩陣R1和R23)根據(jù)實(shí)景圖像的立體像對的外方位線元素計(jì)算攝影基線分量BX，BY，BZ；4)逐點(diǎn)計(jì)算像點(diǎn)的空間輔助坐標(biāo)
X1Y1Z1=R1x1y1-f1,X2Y2Z2=R2x2y2-f2]]>5)計(jì)算點(diǎn)投影系數(shù)N1=BxZ2-BzX2X1Z2-X2Z1]]>N2=BxZ1-BzX1X1Z2-X2Z1]]>6)計(jì)算興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)XA＝N1X1+XS1＝N2X2+XS2YA＝N1Y1+YS1＝N2Y2+YS2ZA＝N1Z1+ZS1＝N2Z2+ZS2。
可量測實(shí)景圖像是指關(guān)于真實(shí)場景的不同角度拍攝的圖像，每幅圖像的內(nèi)外方位元素已知，對每兩張關(guān)于同一場景不同角度獲取的圖像，可以采用攝影測量的前方交匯方法量測地面點(diǎn)的空間坐標(biāo)。
權(quán)利要求
1.一種基于可量測實(shí)景圖像的可視化位置服務(wù)的實(shí)現(xiàn)方法，包括如下步驟一、數(shù)據(jù)獲取通過地面攝影平臺(tái)獲取關(guān)于真實(shí)場景的不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)、CCD相機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)；二、對獲取的不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)和相機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理對不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)中的每一幀實(shí)景圖像，根據(jù)其獲取的時(shí)間，結(jié)合該時(shí)刻相機(jī)的姿態(tài)數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)以及GPS接收機(jī)與相機(jī)的相對位置關(guān)系得出該幀實(shí)景圖像的內(nèi)外方位元素并對不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)建立索引，根據(jù)坐標(biāo)將序列影像數(shù)據(jù)或視頻流數(shù)據(jù)中的實(shí)景圖像幀與電子地圖或正射影像圖關(guān)聯(lián)起來；三、可視化位置服務(wù)當(dāng)用戶在電子地圖或正射影像圖上漫游到某一位置時(shí)，根據(jù)用戶漫游的位置，實(shí)時(shí)獲取關(guān)于該場景的不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)，并顯示給用戶；四、興趣點(diǎn)量測當(dāng)在電子地圖或正射影像圖上漫游到某一位置時(shí)，從不同角度的立體序列影像數(shù)據(jù)或立體視頻流數(shù)據(jù)中獲取關(guān)于該場景的實(shí)景圖像的立體像對以及實(shí)景圖像的內(nèi)外方位元素；測量時(shí)首先對興趣點(diǎn)進(jìn)行匹配，找出興趣點(diǎn)在實(shí)景圖像的立體像對中的同名像點(diǎn)，然后采用攝影測量的前方交匯方法量測興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)，并進(jìn)而計(jì)算地物的幾何尺寸；量測興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)的過程如下所述已知條件實(shí)景圖像的立體像對的內(nèi)方位元素分別為(X10，Y10，f1)，(X20，Y20，f2)外方位線元素分別為(XS1，YS1，ZS1)，(XS2，YS2，ZS2)外方位角元素分別為(1，ω1，κ1)，(2，ω2，κ2)所求興趣點(diǎn)在實(shí)景圖像的立體像對的像素坐標(biāo)分別為(X1，Y1)，(X2，Y2)求興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)(XA，YA，ZA)1)所求興趣點(diǎn)在實(shí)景圖像的立體像對的像點(diǎn)坐標(biāo)分別為(x1，y1)，(x2，y2)x1＝X1-X10y1＝Y(jié)1-Y10x2＝X2-X20y2＝Y(jié)2-Y202)根據(jù)實(shí)景圖像的立體像對的外方位元素的角元素分別計(jì)算立體像對的左右實(shí)景圖像的旋轉(zhuǎn)矩陣R1和R23)根據(jù)實(shí)景圖像的立體像對的外方位線元素計(jì)算攝影基線分量BX，BY，BZ；4)逐點(diǎn)計(jì)算像點(diǎn)的空間輔助坐標(biāo)X1Y1Z1=R1x1y1-f1,X2Y2Z2=R2x2y2-f2]]>5)計(jì)算點(diǎn)投影系數(shù)N1=BxZ2-BzX2X1Z2-X2Z1]]>N2=BxZ1-BzX1X1Z2-X2Z1]]>6)計(jì)算興趣點(diǎn)的地面坐標(biāo)XA＝N1X1+XS1＝N2X2+XS2YA＝N1Y1+TS1＝N2Y2+YS2ZA＝N1Z1+ZS1＝N2Z2+ZS2。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于可量測實(shí)景圖像的可視化位置服務(wù)方法，包括如下步驟獲取關(guān)于真實(shí)場景的立體序列影像數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)；對獲取影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；并對數(shù)據(jù)建立索引；可視化位置服務(wù)及興趣點(diǎn)量測。本發(fā)明與單純的地圖或者正射影像圖相比，更貼近用戶日常生活的視角，消除了明顯的專業(yè)色彩，能更好的面向大眾，同時(shí)采用該方法可以滿足對電子地圖進(jìn)行快速測制和更新的需要，提高位置服務(wù)數(shù)據(jù)的質(zhì)量，保證數(shù)據(jù)更新的周期，解決落后的數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)方式，充分發(fā)揮GIS系統(tǒng)的功能，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。另一方面，該方法與傳統(tǒng)的三維GIS平臺(tái)相比，數(shù)據(jù)采集快，加工繁雜度、成本和勞動(dòng)強(qiáng)度都很低，具有高精度的量測特性，可極大擴(kuò)展位置服務(wù)的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)G01B11/00GK1945213SQ200610124918
公開日2007年4月11日 申請日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
發(fā)明者李德仁 申請人:武漢大學(xué)