專利名稱：一種可量測(cè)全景圖像的構(gòu)建方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全景圖像的構(gòu)建方法，特別是關(guān)于一種通過(guò)立體圖像構(gòu)建全景圖 像并建立全景圖像與原始立體圖像關(guān)聯(lián)的可量測(cè)全景圖像的構(gòu)建方法。
背景技術(shù)：
目前，基于圖像的繪制技術(shù)(Image-Based Rendering, IBR)由于其運(yùn)算量小、場(chǎng)景 細(xì)節(jié)豐富、可以進(jìn)行實(shí)時(shí)處理等特點(diǎn)正在成為一種全新的虛擬現(xiàn)實(shí)構(gòu)建方法。全景圖像是 基于IBR的一種技術(shù)，其基本思想是在一個(gè)給定視點(diǎn)采集各個(gè)方向的實(shí)景圖像，然后把這 些實(shí)景圖像投影到一個(gè)圓柱的內(nèi)表面或者是球體的內(nèi)表面進(jìn)行視圖拼接，最后利用反投影 技術(shù)重新獲得各個(gè)視角方向相應(yīng)的場(chǎng)景圖像。它能在水平方向提供360°視角，豎直方向根 據(jù)不同的投影方式提供士90°視角。國(guó)外的產(chǎn)品主要有Apple公司的QuickTime VR[1]，用戶可以通過(guò)計(jì)算機(jī)交互設(shè) 備(主要是鍵盤和鼠標(biāo))控制視點(diǎn)在全景影像中的左右上下移動(dòng)，以及距離方向的縮放達(dá) 到漫游的目地，不同場(chǎng)景間的全景影像通過(guò)熱點(diǎn)進(jìn)行連接。Microsoft公司在1995年3月 開(kāi)發(fā)了基于Windows的全景視頻Surround Video系統(tǒng)，該系統(tǒng)直接利用硬件，通過(guò)全景照 相機(jī)采集全景圖像。Inc公司的OmniView系列軟件、hteractive Picture Corp.公司的 IPIX系列軟件，能夠提供專門格式的全景圖像進(jìn)行瀏覽和制作，提供場(chǎng)景任意角度的瀏覽 漫游、旋轉(zhuǎn)以及縮放。IPIX提供有在IE瀏覽器中運(yùn)行的插件支持。國(guó)內(nèi)目前在基于圖像 繪制技術(shù)的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究方面還處于起步階段。國(guó)防科技大學(xué)的虛擬實(shí)景空間系統(tǒng) HVS[2]是目前國(guó)內(nèi)做得較完整的一個(gè)系統(tǒng)，通過(guò)合適的空間模型把多幅全景圖像組織成為 虛擬實(shí)景空間。還有清華大學(xué)、浙江大學(xué)和四川師范大學(xué)也都曾經(jīng)做過(guò)這方面的研究。上述涉及的全景圖像構(gòu)建僅具有瀏覽和展示的功能，不具有可量測(cè)性，用戶無(wú)法 從中得到真實(shí)的地理信息，不能從全景圖像上實(shí)時(shí)得到任一點(diǎn)的位置、高度、方位、坡度等 fn息ο

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種通過(guò)立體圖像構(gòu)建全景圖像并建立全景 圖像與原始立體圖像關(guān)聯(lián)的可量測(cè)全景圖像的構(gòu)建方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種可量測(cè)全景圖像的構(gòu)建方法，其 包括以下步驟1)通過(guò)固定基線的一對(duì)立體相機(jī)以一定間隔旋轉(zhuǎn)一周獲取以站點(diǎn)為中心 點(diǎn)的360°范圍內(nèi)水平視角原始圖像，并利用標(biāo)定的立體相機(jī)參數(shù)對(duì)原始圖像進(jìn)行圓柱投 影；2)采用SIFT算法對(duì)圓柱投影后的柱面圖像進(jìn)行控制點(diǎn)提取，然后以其中一幅圖像為 基準(zhǔn)，通過(guò)控制點(diǎn)計(jì)算其他圖像的相對(duì)姿態(tài)；幻根據(jù)其他圖像的相對(duì)姿態(tài)對(duì)進(jìn)行圓柱投影 后的柱面圖像進(jìn)行拼接，生成全景圖像，同時(shí)生成工程文件，并在工程文件中記錄控制點(diǎn)及 姿態(tài)數(shù)據(jù)；4)根據(jù)控制點(diǎn)及姿態(tài)數(shù)據(jù)將全景圖像反投影至平面，并建立全景圖像與原始圖 像的聯(lián)動(dòng)關(guān)系；然后在全景圖像上選取任意一點(diǎn)，反算得到該點(diǎn)在原始圖像上的像素坐標(biāo)；最后根據(jù)標(biāo)定的立體相機(jī)參數(shù)，通過(guò)前方交會(huì)原理對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)、距離和坡度的量測(cè)，實(shí) 現(xiàn)全景圖像的可量測(cè)性。在進(jìn)行步驟1)時(shí)，在工程文件中記錄控制點(diǎn)及姿態(tài)數(shù)據(jù)包括①原始圖像路徑、 格式、大小、三個(gè)姿態(tài)角、焦距、水平視場(chǎng)角和鏡頭類型；②全景圖像大小、投影方式、水平和 豎直視場(chǎng)角；③控制點(diǎn)在相鄰兩幅圖像上的像素坐標(biāo)。在進(jìn)行步驟4)時(shí)，具體包括以下步驟(1)通過(guò)讀取工程文件信息，計(jì)算全景圖像 每個(gè)像素所占的水平視場(chǎng)角；( 由三個(gè)姿態(tài)角計(jì)算出各圖像間的旋轉(zhuǎn)矩陣，恢復(fù)柱面圖 像的原始位置；(3)對(duì)柱面圖像進(jìn)行反投影，得到原始圖像；(4)獲取原始圖像的外方位元 素后，通過(guò)原始圖像對(duì)前方交會(huì)原理進(jìn)行坐標(biāo)、距離、坡度的量測(cè)①坐標(biāo)量測(cè)對(duì)原始圖 像對(duì)進(jìn)行前方交會(huì)計(jì)算得到坐標(biāo)；②距離量測(cè)圖像上任意點(diǎn)P (X，1，ζ)到相機(jī)P。= (xc, y。，zc)的歐氏距離為d = ^X-Xc)2+{y-yc)2+{z-zc)2其中，(X，y，ζ)是P點(diǎn)的大地坐標(biāo)，(χ。，y。，zc)是立體相機(jī)的大地坐標(biāo)；③坡度量 測(cè)取P(x，y，ζ)點(diǎn)周圍八個(gè)像素，計(jì)算它們與P點(diǎn)的斜率，取其中的最大值作為P點(diǎn)的坡度。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明提出的可量測(cè)全景圖像 是通過(guò)一對(duì)固定于同一相機(jī)桿上的立體相機(jī)獲取的全景影像，并建立全景拼接影像和原始 立體像對(duì)之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，實(shí)時(shí)通過(guò)立體像對(duì)計(jì)算全景圖像上每個(gè)像素的地理坐標(biāo)、距離 和坡度，不僅實(shí)現(xiàn)了全景圖像的可量測(cè)，并且還能真實(shí)的反應(yīng)三維地理信息。


圖1是本發(fā)明的流程2是其中一個(gè)立體相機(jī)獲取的原始圖像圖3是柱面投影坐標(biāo)系設(shè)置4是生成的全景圖像
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，本發(fā)明包括以下步驟1、利用原始圖像生成全景圖像1)通過(guò)固定基線的一對(duì)立體相機(jī)以一定間隔旋轉(zhuǎn)一周獲取以站點(diǎn)為中心點(diǎn)的 360°范圍內(nèi)水平視角原始圖像(如圖2所示)，并利用標(biāo)定的立體相機(jī)參數(shù)(包括立體相 機(jī)的內(nèi)方位元素及相對(duì)外方位元素)對(duì)原始圖像進(jìn)行圓柱投影。圓柱投影坐標(biāo)系設(shè)置如圖 3所示，敘述如下假設(shè)P(x，y)是原始圖像上的任意一個(gè)像素點(diǎn)，原始圖像的寬度與高度分別為L(zhǎng)和 T，以攝影中心為圓柱中心0點(diǎn)，圓柱底面半徑為焦距f，則P點(diǎn)在立體相機(jī)坐標(biāo)系下 的坐標(biāo)值為P。(x-L/2，y-T/2，-f)。P點(diǎn)在柱面上的坐標(biāo)P (u，v，w)
權(quán)利要求
1.一種可量測(cè)全景圖像的構(gòu)建方法，其包括以下步驟1)通過(guò)固定基線的一對(duì)立體相機(jī)以一定間隔旋轉(zhuǎn)一周獲取以站點(diǎn)為中心點(diǎn)的360° 范圍內(nèi)水平視角原始圖像，并利用標(biāo)定的立體相機(jī)參數(shù)對(duì)原始圖像進(jìn)行圓柱投影；2)采用SIFT算法對(duì)圓柱投影后的柱面圖像進(jìn)行控制點(diǎn)提取，然后以其中一幅圖像為 基準(zhǔn)，通過(guò)控制點(diǎn)計(jì)算其他圖像的相對(duì)姿態(tài)；3)根據(jù)其他圖像的相對(duì)姿態(tài)對(duì)進(jìn)行圓柱投影后的柱面圖像進(jìn)行拼接，生成全景圖像， 同時(shí)生成工程文件，并在工程文件中記錄控制點(diǎn)及姿態(tài)數(shù)據(jù)；4)根據(jù)控制點(diǎn)及姿態(tài)數(shù)據(jù)將全景圖像反投影至平面，并建立全景圖像與原始圖像的聯(lián) 動(dòng)關(guān)系；然后在全景圖像上選取任意一點(diǎn)，反算得到該點(diǎn)在原始圖像上的像素坐標(biāo)；最后 根據(jù)標(biāo)定的立體相機(jī)參數(shù)，通過(guò)前方交會(huì)原理對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)、距離和坡度的量測(cè)，實(shí)現(xiàn)全 景圖像的可量測(cè)性。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可量測(cè)全景圖像的構(gòu)建方法，其特征在于在進(jìn)行步驟1) 時(shí)，在工程文件中記錄控制點(diǎn)及姿態(tài)數(shù)據(jù)包括①原始圖像路徑、格式、大小、三個(gè)姿態(tài)角、焦距、水平視場(chǎng)角和鏡頭類型；②全景圖像大小、投影方式、水平和豎直視場(chǎng)角；③控制點(diǎn)在相鄰兩幅圖像上的像素坐標(biāo)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種可量測(cè)全景圖像的構(gòu)建方法，其特征在于在進(jìn)行步驟4) 時(shí)，具體包括以下步驟(1)通過(guò)讀取工程文件信息，計(jì)算全景圖像每個(gè)像素所占的水平視場(chǎng)角；(2)由三個(gè)姿態(tài)角計(jì)算出各圖像間的旋轉(zhuǎn)矩陣，恢復(fù)柱面圖像的原始位置；(3)對(duì)柱面圖像進(jìn)行反投影，得到原始圖像；(4)獲取原始圖像的外方位元素后，通過(guò)原始圖像對(duì)前方交會(huì)原理進(jìn)行坐標(biāo)、距離、坡 度的量測(cè)①坐標(biāo)量測(cè)對(duì)原始圖像對(duì)進(jìn)行前方交會(huì)計(jì)算得到坐標(biāo)；②距離量測(cè)圖像上任意點(diǎn)P(X，1，ζ)到相機(jī)P。= (χ。，y。，zc)的歐氏距離為d = ^Iix-xS + {y-ycf + {z~zc)2其中，(χ, y，ζ)是P點(diǎn)的大地坐標(biāo)，(χ。，ic, zc)是立體相機(jī)的大地坐標(biāo)；③坡度量測(cè)取Ρ(χ，ι,ζ)點(diǎn)周圍八個(gè)像素，計(jì)算它們與P點(diǎn)的斜率，取其中的最大值 作為P點(diǎn)的坡度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可量測(cè)全景圖像的構(gòu)建方法，其包括以下步驟1)對(duì)立體相機(jī)獲取的360°范圍內(nèi)水平視角原始圖像進(jìn)行圓柱投影；2)采用SIFT算法對(duì)圓柱投影后的柱面圖像進(jìn)行控制點(diǎn)提取，然后以其中一幅圖像為基準(zhǔn)，通過(guò)控制點(diǎn)計(jì)算其他圖像的相對(duì)姿態(tài)；3)根據(jù)其他圖像的相對(duì)姿態(tài)對(duì)進(jìn)行圓柱投影后的柱面圖像進(jìn)行拼接，生成全景圖像；4)將全景圖像反投影至平面，并建立全景圖像與原始圖像的聯(lián)動(dòng)關(guān)系；然后在全景圖像上選取任意一點(diǎn)，反算得到該點(diǎn)在原始圖像上的像素坐標(biāo)；最后根據(jù)標(biāo)定的立體相機(jī)參數(shù)，通過(guò)前方交會(huì)原理對(duì)該點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)、距離和坡度的量測(cè)。本發(fā)明不僅實(shí)現(xiàn)了全景圖像的可量測(cè)，并且還能真實(shí)的反應(yīng)三維地理信息。
文檔編號(hào)G06T15/00GK102096938SQ20111002974
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月27日
發(fā)明者萬(wàn)文輝, 劉召芹, 岳宗玉, 邸凱昌 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所