本發(fā)明涉及圖像處理技術領域，具體涉及一種基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法及其應用方法。

背景技術：

三維環(huán)境是在平面的二維環(huán)境基礎上，進一步的增加一個方向向量，以此來構成空間系，形成三維環(huán)境。三維環(huán)境能夠更加明確的表現(xiàn)環(huán)境信息，且對環(huán)境的表現(xiàn)更加立體、明確，方便查看、識別。

目前，針對環(huán)境信息，為獲取其三維立體效果，主要可通過以下幾種方式獲得：

1)通過傾斜攝影測量的手段，進行密集點云匹配和貼紋理的方生成三維模型；

2)通過野外獲取地物各角度的紋理照片進行三維建模；

3)通過生成數(shù)字高程模型和數(shù)字正射影像圖的方式，生成2.5維的立體效果；

4)根據(jù)攝影測量原理將重疊區(qū)域相鄰的兩幅影像，生成核線影像，構建立體環(huán)境。

然而，上述提及的多種傳統(tǒng)的三維環(huán)境構建方式，其各自都具有一定的局限性，例如，前三種方式，即上述方式1)、2)和3)，其都需要進行大量的外業(yè)，以便獲取影像來進行內(nèi)業(yè)處理，其三維環(huán)境構建的處理成本高、耗時長；而第四種方式，即上述方式4)，其雖然無需進行內(nèi)業(yè)的模型構建即可構建立體環(huán)境，但其局限性在于只能進行單個像對的立體觀察，無法構建大范圍的立體環(huán)境，且只能用于測繪立體采集矢量，在面向地理信息的應用時缺乏實用性。

現(xiàn)有的一種主要采用上述方式4)來進行立體環(huán)境的構建的示例，其通過結(jié)合方式3)中構建的數(shù)字高程模型來生成正射影像，并將經(jīng)過鑲嵌處理后的正射影像作為立體測圖的左片，而右片的立體匹配片則通過正射影像圖賦予一定的傾角，以此來實現(xiàn)大測區(qū)范圍內(nèi)的增強現(xiàn)實三維環(huán)境的搭建。該方法雖然針對當前的傳統(tǒng)方法進行了一定的改進，并實現(xiàn)了大范圍影像立體環(huán)境的構建，且提供了很好的業(yè)務應用的數(shù)據(jù)環(huán)境，但該方法同樣存在其局限性，即，其需要在三維環(huán)境的構建過程中，進行生產(chǎn)高精度的數(shù)字高程模型、正射影像生成、鑲嵌線編輯等操作，該過程會耗費大量的人力資源、計算機資源，同時，該生產(chǎn)周期長，且處理的細節(jié)精度難以有效的保證，將不能夠滿足業(yè)務應用的應急化需求。

因此，如何提供一種能夠更加快速有效的實現(xiàn)三維環(huán)境的構建，同時構建過程更加方便、高效的三維環(huán)境構建方法就成為了亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法及其應用方法，能夠更加高效的構建三維環(huán)境，同時構建的過程更加方便、快捷、準確，并滿足對地理信息瀏覽查看的需求。

本發(fā)明的第一方面提供了一種基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法。

且，該基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法，包括以下步驟：

s1實時讀取用于三維環(huán)境構建并具有重疊區(qū)域的原始影像，根據(jù)重疊區(qū)域生成原始核線影像，并根據(jù)原始影像獲得原始rpc參數(shù)；

s2根據(jù)原始影像的成像原理和平差理論對原始rpc參數(shù)優(yōu)化處理，得到rpc參數(shù)；

s3對原始核線影像進行勻光勻色處理，得到核線影像；

s4結(jié)合rpc參數(shù)和核線影像，實時計算核線影像對、核線影像的旋轉(zhuǎn)中心和核線影像的旋轉(zhuǎn)角度，并根據(jù)計算出的數(shù)據(jù)構建三維環(huán)境且實時顯示。

優(yōu)選的，s1中原始影像為衛(wèi)星遙感三線陣數(shù)據(jù)或航空線陣式傳感器數(shù)據(jù)。

優(yōu)選的，s3中勻光勻色處理包括亮度調(diào)整、色度調(diào)整、飽和度調(diào)整、色階調(diào)整、曲線調(diào)整和色彩平衡調(diào)整等。

優(yōu)選的，s4中通過prc參數(shù)和核線影像，實時計算重疊區(qū)域中的核線影像對，且核線影像對可通過核線影像共面條件法或數(shù)字影像幾何糾正法計算。

進一步優(yōu)選的，s4中根據(jù)計算出的核線影像對的中心點，實時計算核線影像的旋轉(zhuǎn)中心，且核線影像的旋轉(zhuǎn)中心通過以下方法計算：

s41根據(jù)所述rpc參數(shù)計算所述原始影像的地理范圍，通過求交集運算求出所述原始影像中重疊區(qū)域的重疊地理范圍，并形成內(nèi)接矩形；

s42將所有所述內(nèi)接矩形進行合并，求得測區(qū)內(nèi)所有所述原始影像中重疊區(qū)域的外接矩形；

s43根據(jù)所述外接矩形，計算所述外接矩形的中心點，并確定為所述核線影像的旋轉(zhuǎn)中心。

進一步優(yōu)選的，s4中根據(jù)計算出的核線影像的旋轉(zhuǎn)中心，實時計算核線影像的旋轉(zhuǎn)角度，且核線影像的旋轉(zhuǎn)角度通過以下方法計算：

s44根據(jù)所述rpc參數(shù)和核線影像的旋轉(zhuǎn)中心，計算所述核線影像對相對于水平狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)角度；

s45計算測區(qū)內(nèi)所有所述核線影像對的旋轉(zhuǎn)角度的平均值，確定為所述核線影像的旋轉(zhuǎn)角度。

本發(fā)明的第二方面提供了一種采用上述基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法構建的三維環(huán)境的應用方法。

且，該三維環(huán)境的應用方法包括以下步驟：

k1獲取基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法構建的三維環(huán)境，并獲取三維環(huán)境對應的gis數(shù)據(jù)；

k2將gis數(shù)據(jù)疊加到三維環(huán)境中，得到三維環(huán)境模型，并根據(jù)gps定位信息標示三維環(huán)境模型中的動態(tài)位置；

k3根據(jù)三維環(huán)境中實時獲取的原始影像，結(jié)合三維環(huán)境模型來獲取動態(tài)位置的環(huán)境情況。

優(yōu)選的，k2中還包括：對gis數(shù)據(jù)處理，獲取gis數(shù)據(jù)中地理位置的點數(shù)據(jù)、線數(shù)據(jù)和面數(shù)據(jù)，并將點數(shù)據(jù)、線數(shù)據(jù)和面數(shù)據(jù)結(jié)合在三維環(huán)境上。

本發(fā)明的基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法及其應用方法，能夠快速搭建可視化的增強現(xiàn)實的三維環(huán)境，具有更高的工作效率，同時無需進行點云數(shù)據(jù)生產(chǎn)和精細三維立體建模，能夠極大的節(jié)省人力、物力和時間成本，并且該三維環(huán)境的應用方法能夠很大程度上提升各行業(yè)對其的業(yè)務應用和環(huán)境分析的效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法的一個實施例的流程圖。

圖2為本發(fā)明基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法的一個實施例中核線影像的旋轉(zhuǎn)中心的計算流程圖。

圖3為本發(fā)明基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法的一個實施例中核線影像的旋轉(zhuǎn)角度的計算流程圖。

圖4為本發(fā)明三維環(huán)境的應用方法的一個實施例的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例一

圖1為本發(fā)明基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法的一個實施例的流程圖。圖2為本發(fā)明基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法的一個實施例中核線影像的旋轉(zhuǎn)中心的計算流程圖。圖3為本發(fā)明基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法的一個實施例中核線影像的旋轉(zhuǎn)角度的計算流程圖。圖4為本發(fā)明三維環(huán)境的應用方法的一個實施例的流程圖。

如圖1所示，本發(fā)明基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法，包括以下步驟：

s1實時讀取用于三維環(huán)境構建并具有重疊區(qū)域的原始影像，根據(jù)重疊區(qū)域生成原始核線影像，并根據(jù)原始影像獲得原始rpc參數(shù)；

s2根據(jù)原始影像的成像原理和平差理論對原始rpc參數(shù)優(yōu)化處理，得到rpc參數(shù)；

s3對原始核線影像進行勻光勻色處理，得到核線影像；

s4結(jié)合rpc參數(shù)和核線影像，實時計算核線影像對、核線影像的旋轉(zhuǎn)中心和核線影像的旋轉(zhuǎn)角度，并根據(jù)計算出的數(shù)據(jù)構建三維環(huán)境且實時顯示。

具體的，s1中，為構建三維環(huán)境，需要讀取用于構建三維環(huán)境的原始影像，且，該讀取的原始影像中需要確保具有一定量的重疊區(qū)域，以根據(jù)該重疊區(qū)域來形成立體成像對來生成該重疊區(qū)域的原始核線影像，并確定該原始影像所對應的原始rpc參數(shù)(rationalpolynomialcofficient，有理多項式函數(shù))。

同時，通過實時的讀取原始影像，還將能夠保證三維環(huán)境具有更好的實時性，針對原始影像中采集到的環(huán)境變換將能夠更加快速的顯示。

進一步的，用于構建三維環(huán)境的原始影像可來源于衛(wèi)星遙感三線陣數(shù)據(jù)或航空線陣式傳感器數(shù)據(jù)，同時，也可通過以上兩種原始影像來源的結(jié)合來作為原始影像進行構建三維環(huán)境。

其中，用于表示原始影像的原始影像的像點坐標和地面點坐標之間存在嚴密的幾何變換關系，因此，其可以才用有理多項式函數(shù)進行描述，即rpc參數(shù)，也就是說，通過rpc參數(shù)能夠有效的描述原始影像中像點坐標和地面點坐標的轉(zhuǎn)換關系，但由于根據(jù)原始影像獲得的原始rpc參數(shù)未經(jīng)過處理，其參數(shù)值并不精確，因此需要進行后續(xù)處理，以便優(yōu)化計算精確的rpc參數(shù)。

s2中，根據(jù)獲取的原始影像的成像原理和平差理論，以此來對該原始rpc參數(shù)進行優(yōu)化處理，以便得到更加精確的rpc參數(shù)。

由于在獲取的原始影像中，由于原始影像獲取的時間不同、天氣不同，使得會由于光線變換、天氣陰晴等問題而造成原始影像的光亮度不同、色彩不同等問題，因此，需要對原始影像進行進一步的處理，以便生成的三維環(huán)境更加的統(tǒng)一、精確。

s3中，對獲取的原始影像中生成的原始核線影像進行勻光勻色處理，以便得到核線影像。

勻光勻色處理是對原始核線影像進行整體勻光勻色，以消除原始影像之間存在的色差，使處理后的原始影像更加接近于真實的地物色彩，且色彩相同，為后續(xù)的構建的三維環(huán)境提供更好的效果。

進一步的，勻光勻色處理中可主要包括亮度調(diào)整、色度調(diào)整、飽和度調(diào)整、色階調(diào)整、曲線調(diào)整和色彩平衡調(diào)整等過程，以對原始核線影像進行更加全面的勻光勻色處理。

s4中，結(jié)合s2中得到的rpc參數(shù)和和s3中得到的核線影像，來實時計算核線影像對、核線影像的旋轉(zhuǎn)中心和核線影像的旋轉(zhuǎn)角度，并最終根據(jù)計算出的核線影像對、核線影像的旋轉(zhuǎn)中心和核線影像的旋轉(zhuǎn)角度來構建三維環(huán)境，并進行實時顯示。

其中，重疊區(qū)域中的核線影像對可根據(jù)prc參數(shù)和核線影像來計算，并且，根據(jù)計算出的重疊區(qū)域中處于不同視角的核線影像對，來根據(jù)核線影像對之間的視差，以此來實現(xiàn)核線影像對的立體觀察，同時通過批量計算出的核線影像對將能夠構建三維環(huán)境。

進一步的，核線影像對的計算可具體通過核線影像共面條件法或數(shù)字影像幾何糾正法計算。

通過批量加載上述計算出的核線影像對，由于每一個核線影像對都具有一個中心點，如過需要同時顯示多個核線影像對的立體效果，則需要對這些核線影像對中心點進行優(yōu)化計算，并對經(jīng)過優(yōu)化計算的核線影像對中心點進行變換參數(shù)的計算，并經(jīng)過核線影像對中心點的旋轉(zhuǎn)、平移等操作，以計算出最優(yōu)的核線影像的旋轉(zhuǎn)中心。

也就是說，如圖2所示，核線影像的旋轉(zhuǎn)中心可進一步的根據(jù)上述計算出的核線影像對來計算，其具體計算方法如下：

s41，根據(jù)rpc參數(shù)計算原始影像的地理范圍，同時，通過求交集運算求出原始影像中重疊區(qū)域的重疊地理范圍，根據(jù)計算出的地理范圍和重疊地理范圍來形成內(nèi)接矩形。

s42，將測區(qū)內(nèi)部所有形成的內(nèi)接矩形進行合并，以便求得測區(qū)內(nèi)所有原始影像中重疊區(qū)域的外接矩形。

s43，最終，根據(jù)求得的外接矩形，計算外接矩形的中心點，并將計算出的外接矩形的中心點確定為核線影像的旋轉(zhuǎn)中心。

如圖3所示，核線影像的旋轉(zhuǎn)角度也可進一步的根據(jù)上述計算出的核線影像的旋轉(zhuǎn)中心來計算，其具體計算方法如下：

s44，為了構建人眼立體視覺，立體成像所對應的旋轉(zhuǎn)角度應為近似水平狀態(tài)。因此，根據(jù)rpc參數(shù)和核線影像的旋轉(zhuǎn)中心，以此來計算核線影像對相對于水平狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)角度。

s45，對測區(qū)內(nèi)所有核線影像對的旋轉(zhuǎn)角度進行計算，并根據(jù)計算出的核線影像對的旋轉(zhuǎn)角度來計算測區(qū)內(nèi)所有核線影像對的旋轉(zhuǎn)角度的平均值，以此確定為核線影像的旋轉(zhuǎn)角度。

通過計算整體核線影像的旋轉(zhuǎn)角度，能夠批量化的快速構建核線影像的立體模型。同時，在通過鼠標進行縮放等操作來查看立體核線影像對時，將能實時更新核線影像的旋轉(zhuǎn)角度，即核線影像的旋轉(zhuǎn)角度隨立體核線影像對的視圖范圍進行實時計算旋轉(zhuǎn)角度，實時根據(jù)視圖范圍進行三維環(huán)境的顯示。

進一步的，對三維環(huán)境進行顯示時，可具體的支持紅綠立體和偏振光立體兩種立體顯示模式，以便更加符合用戶針對立體環(huán)境的顯示需求。

并且，根據(jù)原始影像生成并處理后的核線影像計算過程可在瞬間實時完成，基于此計算出的核線影像對、核線影像的旋轉(zhuǎn)中心和核線影像的旋轉(zhuǎn)角度將能夠更加有效的實時顯示三維環(huán)境的變化，且上述的計算都是在原始影像被加載的同時所完成的，以此能夠有效的達到三維環(huán)境實時可視化的效果，進一步的方便人們進行觀測。

實施例二

圖4為本發(fā)明三維環(huán)境的應用方法的一個實施例的流程圖。

如圖4所示，本發(fā)明三維環(huán)境的應用方法，具體包括以下步驟：

k1獲取基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法構建的三維環(huán)境，并獲取所述三維環(huán)境對應的gis數(shù)據(jù)；

k2將gis數(shù)據(jù)疊加在三維環(huán)境上，得到三維環(huán)境模型，并根據(jù)gps定位信息標示所述三維環(huán)境模型中的動態(tài)位置；

k3根據(jù)三維環(huán)境中實時獲取的原始影像，結(jié)合三維環(huán)境來獲取所述動態(tài)位置的環(huán)境情況。

具體的，k1中，獲取根據(jù)實施例一中基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法構建的三維環(huán)境；并且，針對構建的三維環(huán)境所在的位置，獲取該三維環(huán)境對應的gis數(shù)據(jù)(geographicinformationsystem，地學信息系統(tǒng))。

將獲取的gis數(shù)據(jù)與該三維環(huán)境進行結(jié)合，即將gis數(shù)據(jù)疊加到三維環(huán)境中，最終得到三維環(huán)境模型，并通過gps定位信息(globalpositioningsystem，全球定位系統(tǒng))獲取的三維環(huán)境中的動態(tài)位置，通過將該動態(tài)位置進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為gis定位數(shù)據(jù)，一同疊加到三維環(huán)境模型中，以實現(xiàn)三維環(huán)境模型中顯示動態(tài)位置及其周邊的三維地物信息。

通過以上過程構建的三維環(huán)境模型，將能夠有效對三維環(huán)境模型的變化進行觀測，同時，針對原始影像中存在的環(huán)境變化，在三維環(huán)境模型中都能夠?qū)崟r的顯示出來，并根據(jù)k2中獲得的三維環(huán)境模型中的動態(tài)位置來確定環(huán)境變化的位置，并進行定位，以此來有效的觀測環(huán)境情況。

并且，根據(jù)原始影像所對應的相關參數(shù)信息，如原始rpc參數(shù)、原始核線影像、核線影像對、核線影像的旋轉(zhuǎn)中心和核線影像的旋轉(zhuǎn)角度等，在無需任何輸出的情況下，能在很短的時間內(nèi)快速進行三維環(huán)境的構建。

同時，根據(jù)該構建的三維環(huán)境，通過針對環(huán)境信息的有效觀測，當環(huán)境發(fā)生嚴重變化時，能夠及時的發(fā)現(xiàn)，并滿足應急環(huán)境的快速響應，避免造成人、財、物的損失，尤其是針對各行業(yè)的應急突發(fā)事件，如：地震、滑坡、泥石流等地質(zhì)災害；臺風、洪澇、泥石流、龍卷風、海嘯、地震及火山噴發(fā)等自然災害；在獲取的原始影像的基礎上，快速生成災區(qū)的立體環(huán)境，為災區(qū)人員撤離、救助提供決策支持，并第一時間了解災區(qū)情況，估算受災面積、受災人數(shù)等。

進一步的，通過針對不同的需求，向三維環(huán)境通增加不同的業(yè)務數(shù)據(jù)信息，將能夠有效的將三維環(huán)境調(diào)整為所需要的環(huán)境，例如，通過增加不同的數(shù)據(jù)信息，還可通過三維環(huán)境進行軍事分析、快速應急立體可視化、規(guī)劃設計、目標提取、智慧城市等行業(yè)的應用。

進一步的，對gis數(shù)據(jù)進行進一步的數(shù)據(jù)處理，并獲取gis數(shù)據(jù)中地理位置的點數(shù)據(jù)、線數(shù)據(jù)和面數(shù)據(jù)，并將該點數(shù)據(jù)、線數(shù)據(jù)和面數(shù)據(jù)疊加在三維環(huán)境模型上，以便增強三維環(huán)境能提供更加豐富的信息和更真實的三維效果。

具體的，通過在構建成的三維環(huán)境基礎上進一步的疊加矢量點數(shù)據(jù)、線數(shù)據(jù)和面數(shù)據(jù)，使得三維環(huán)境相對于平面影像，將能提供更加豐富的信息和更真實的三維效果，使得三維環(huán)境可進一步的用于鐵路交通、公路交通等交通規(guī)劃，或電力規(guī)劃，或供排水管道、燃氣管道等管道的規(guī)劃，有效的為規(guī)劃設計提供輔助決策的作用。

同時，根據(jù)構建的三維環(huán)境能夠有效的獲得增強現(xiàn)實體驗，向三維環(huán)境中進一步增加城市規(guī)劃數(shù)據(jù)后，將其應用于智慧城市的搭建，可實現(xiàn)城市建設的規(guī)劃設計、疊加矢量數(shù)據(jù)進行空間分析、城市日常監(jiān)控管理，同時疊加道路、管線、高架橋等各種矢量數(shù)據(jù)，進行矢量數(shù)據(jù)編輯、分析等工作，有效的輔助城市規(guī)劃的進行。

本實施例通過運用本發(fā)明的三維環(huán)境的應用方法，通過在三維環(huán)境中進一步的疊加基礎矢量數(shù)據(jù)，為各行業(yè)務的應用和分析提供了可視化三維環(huán)境的支撐，可具體的用于如軍事分析、應急立體快速可視化、規(guī)劃設計、智慧城市等行業(yè)，為行業(yè)決策提供支持。

本發(fā)明的基于線陣觀測模型的快速三維環(huán)境構建方法及其應用方法，能夠快速搭建可視化的增強現(xiàn)實的三維環(huán)境，具有更高的工作效率，同時無需進行點云數(shù)據(jù)生產(chǎn)和精細三維立體建模，能夠極大的節(jié)省人力、物力和時間成本，并且該三維環(huán)境的應用方法能夠很大程度上提升各行業(yè)對其的業(yè)務應用和環(huán)境分析的效率。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。