具有交互可量測功能及真實(shí)感的3d景觀生成系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種具有交互、可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來有關(guān)數(shù)字城市三維景觀的研究得到了飛速發(fā)展，許多大學(xué)、公司都開始積極地致力于三維景觀構(gòu)建的相關(guān)理論及應(yīng)用工作。
[0003]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)讓我們可以以多角度觀察仿真的地理環(huán)境，但我們還是感到困惑，因?yàn)樗羞@些只是做到了 “逼真”，我們?cè)贕IS中仍然看不到“真實(shí)”的現(xiàn)實(shí)空間。
[0004]地理視頻是近年來提出的一個(gè)新概念，是將地理空間數(shù)據(jù)與視頻影像數(shù)據(jù)有機(jī)集成，提供空間位置與視頻影像相結(jié)合的超媒體信息管理與應(yīng)用服務(wù)。立足于多媒體、超媒體、GIS、GPS和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，視頻GIS是采集、編輯、管理、分類和應(yīng)用地理視頻的信息系統(tǒng)。視頻GIS不僅擴(kuò)展了多媒體GIS，而且豐富了視頻的內(nèi)涵，提供地理增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，是GIS技術(shù)的創(chuàng)新性飛躍，在線性實(shí)施管理、地理教育、視頻導(dǎo)航、大眾生活等領(lǐng)域具有重大的應(yīng)用潛力。
[0005]雖然三維景觀的構(gòu)建研究工作已在發(fā)展，但其仍然有待極大的提高。例如已有的3D景觀系統(tǒng)雖然可以較好的解決三維空間模型構(gòu)造以及景觀的三維可視化問題，但其仍不具備可量測能力，從而不能滿足更高層次的需要。而且大多數(shù)3D景觀系統(tǒng)建設(shè)成本昂貴，大大限制了 3D景觀系統(tǒng)的普及。
[0006]因此在實(shí)際應(yīng)用中急切需要應(yīng)用先進(jìn)的科技手段提高交互式三維全景數(shù)據(jù)的獲取效率以及精準(zhǔn)的位置信息，縮短數(shù)據(jù)更新的周期，提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量，解決落后的虛實(shí)混合環(huán)境下的一致性呈現(xiàn)問題以及基于三維實(shí)景視頻數(shù)據(jù)的GIS的研究與應(yīng)用問題，從而提供一種新的更貼近與日常生活的、低成本、具有交互可量測計(jì)算功能以及全真實(shí)感的三維景觀生成系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提出了一種具有交互、可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)及其方法。主要針對(duì)三維空間交互、可量測與分析應(yīng)用的重大需求下，提出一種全新的解決方式，即在高真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)中加入量測和交互功能。
[0008]本發(fā)明提出了一種具有交互、可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)，包括:數(shù)據(jù)采集模塊，用于對(duì)立體視頻流數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、INS數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化采集；同步控制模塊，用于各路視頻同步控制、GPS與INS時(shí)間同步控制、GPS與GIS位置同步控制；數(shù)據(jù)處理模塊，用于數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的坐標(biāo)變換、對(duì)視頻進(jìn)行預(yù)處理并提取視頻特征信息；可量測的全景視頻控制模塊，用于對(duì)視頻、GPS、INS、GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)融合與集成，生成具有空間信息的三維全景視頻影像；展示模塊，用于對(duì)交互式三維全景視頻和三維仿真地圖的無縫集成進(jìn)行展示。
[0009]本發(fā)明提出了一種具有交互、可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成方法，包括:獲得多個(gè)攝像機(jī)對(duì)不同角度拍攝的立體視頻流數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、INS數(shù)據(jù)和3DGIS數(shù)據(jù)；判斷GPS與INS時(shí)間是否同步、GPS與GIS位置是否同步以及各路視頻是否同步；完成視頻數(shù)據(jù)和空間位置信息的解析、壓縮、分析提取和存儲(chǔ)工作；對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，將視頻數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、INS數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，進(jìn)行全景視頻拼接，生成具有空間信息的三維全景視頻影像；通過展示模塊展示具有交互、可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)。
[0010]本發(fā)明的一種具有交互、可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)及方法具有如下有益效果:1.本發(fā)明能到高效、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)生成具有精準(zhǔn)位置標(biāo)識(shí)的三維全景視頻。2.本發(fā)明實(shí)現(xiàn)三維全景視頻幀與帶有經(jīng)瑋度坐標(biāo)的3DGIS系統(tǒng)的自動(dòng)匹配與無縫集成并具有量測計(jì)算、交互功能。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)模塊單元詳細(xì)圖；
圖3是本發(fā)明的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0013]如圖1所示，本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)I由數(shù)據(jù)采集模塊3、同步控制模塊4、數(shù)據(jù)處理模塊5、可量測全景視頻控制模塊6、展示模塊7共同組成。
[0014]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)模塊單元詳細(xì)圖，其中該數(shù)據(jù)采集模塊3由CCD采集單元、GPS單元和INS單元組成，將CXD攝像機(jī)通過1394/USB接口、GPS接收機(jī)和INS模塊通過RS232與計(jì)算機(jī)相連。CXD攝像機(jī)由6或8個(gè)布局結(jié)構(gòu)固定的攝像機(jī)組成，通過1394/USB接口把數(shù)字視頻信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中。GPS接收機(jī)通過RS232接口將接收到的速度、位置和時(shí)間等信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，同時(shí)GIS數(shù)據(jù)也通過相應(yīng)接口與計(jì)算機(jī)連接。
[0015]在計(jì)算機(jī)通過相應(yīng)接口收到各單元的數(shù)據(jù)后，通過GPS數(shù)據(jù)解析和視頻特征信息的提取，判斷GPS和INS時(shí)間是否同步，GPS和GIS位置是否同步以及各視頻幀是否同步，然后決定是否產(chǎn)生同步控制信號(hào)，通過同步控制模塊4來進(jìn)行各數(shù)據(jù)的同步控制。
[0016]該數(shù)據(jù)處理模塊5包括數(shù)據(jù)校準(zhǔn)單元，對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的坐標(biāo)變換以及對(duì)視頻進(jìn)行預(yù)處理。如GIS系統(tǒng)必須能夠接收GPS接收機(jī)發(fā)送的GPS數(shù)據(jù)進(jìn)而與GPS集成，而GPS接收到的數(shù)據(jù)是基于WGS-84坐標(biāo)系，我國國內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的坐標(biāo)系也都有所不同，即要進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，如通過投影變換將經(jīng)瑋度轉(zhuǎn)換為GIS數(shù)據(jù)所采用的參照系中的坐標(biāo)。
[0017]該可量測全景視頻控制模塊6包括全景視頻拼接單元、數(shù)據(jù)融合單元。該全景視頻拼接單元是基于圖像特征點(diǎn)、視頻匹配幀、圖像拼接變換參數(shù)的自動(dòng)優(yōu)選技術(shù)以及整合特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息進(jìn)行全景自動(dòng)拼接，生成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)且具有精準(zhǔn)位置標(biāo)識(shí)的三維全景視頻；該數(shù)據(jù)融合單元對(duì)GPS、INS、GIS和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的處理，如在每一個(gè)數(shù)據(jù)融合點(diǎn)上，如果GPS信息與INS信息帶有的時(shí)間標(biāo)簽一致，則直接進(jìn)行數(shù)據(jù)融合；若沒有時(shí)間上的匹配，通過計(jì)算機(jī)接口進(jìn)行重新觸發(fā)控制。各數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理之后，利用立體坐標(biāo)或經(jīng)瑋度坐標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行映射，然后傳遞給全景拼接單元生成具空間信息的三維全景視頻。
[0018]圖3是本發(fā)明一較佳實(shí)例中具有交互、可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成方法流程圖，其中該方法應(yīng)用與上述具有交互、可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)中，該方法包括如下步驟:
步驟S301:獲取多個(gè)攝像機(jī)對(duì)不同角度拍攝的立體視頻流數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、INS數(shù)據(jù)、和3DGIS數(shù)據(jù)；
步驟S302:判斷GPS與INS時(shí)間是否同步、GPS與GIS位置是否同步以及各路視頻是否同步；
步驟S303:完成視頻數(shù)據(jù)和空間位置信息的解析、壓縮、分析提取和存儲(chǔ)工作；
步驟S304:對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，將視頻數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、INS數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，進(jìn)行全景視頻拼接，生成具有空間信息的三維全景視頻影像；
步驟S305:通過展示模塊展示具有交互、可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)；以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替代和改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有交互可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)，其特征在于，包括: 數(shù)據(jù)采集模塊(3 )，與同步控制模塊(4 )相連，用于對(duì)立體視頻流數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、INS數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化采集； 同步控制模塊(4)，與數(shù)據(jù)采集模塊(3)相連接，用于各路視頻同步控制、GPS與INS時(shí)間同步控制、GPS與GIS位置同步控制； 數(shù)據(jù)處理模塊(5)，與同步控制模塊(4)相連接，用于數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的坐標(biāo)變換、對(duì)視頻進(jìn)行預(yù)處理并提取視頻特征信息； 可量測的全景視頻控制模塊(6)，與數(shù)據(jù)處理模塊(5)相連，用于對(duì)視頻、GPS、INS、GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)融合與集成，生成具有空間信息的三維全景視頻影像； 展示模塊(7)，與可量測的全景視頻控制模塊(6)相連，用于對(duì)交互式三維全景視頻和三維仿真地圖的無縫集成進(jìn)行展示。2.如權(quán)利要求1所述的具有交互可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊(3)由C⑶視頻采集單元、GPS單元和INS單元組成，并通過相應(yīng)接口傳輸GIS數(shù)據(jù)。3.如權(quán)利要求1所述的具有交互可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)，其特征在于，所述同步控制模塊(4)通過比較GPS和INS數(shù)據(jù)上帶有的時(shí)間信息是否匹配來確定兩路信息是否同步；通過比較GPS和GIS的位置信息是否匹配來決定兩者之間的映射關(guān)系。4.如權(quán)利要求1所述的具有交互可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)，其特征在于，所述可量測的全景視頻控制模塊(6)包括: 全景視頻拼接單元，用于全景視頻的拼接； 數(shù)據(jù)融合單元，用于對(duì)GPS、INS、GIS和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理，將視頻數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，利用立體三維坐標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行映射以生成具有空間信息的三維全景視頻影像。5.如權(quán)利要求3所述的具有交互可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)，其特征在于，所述同步控制模塊(4)通過判斷各路視頻幀是否同步、GPS與INS時(shí)間是否同步、GPS與GIS位置是否同步，產(chǎn)生一個(gè)同步控制信號(hào)以控制數(shù)據(jù)采集模塊各單元的工作。6.一種具有交互、可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成方法，其特征在于，包括步驟: 對(duì)立體視頻流數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、INS數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化采集； 對(duì)各路視頻同步控制、GPS與INS時(shí)間同步控制、GPS與GIS位置同步控制； 對(duì)各采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的坐標(biāo)變換、對(duì)視頻進(jìn)行預(yù)處理并提取視頻特征信息； 對(duì)視頻、GPS、INS、GIS進(jìn)行數(shù)據(jù)融合與集成，完成全景視頻拼接，生成具有空間信息的三維全景視頻影像； 對(duì)交互式三維全景視頻和三維仿真地圖的無縫集成進(jìn)行展示。7.如權(quán)利要求6所述的具有交互可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成方法，其特征在于，所述同步控制步驟是通過GPS數(shù)據(jù)解析和視頻特征信息提取，來判定是否各數(shù)據(jù)同步并產(chǎn)生相應(yīng)控制信號(hào)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種具有交互可量測功能及真實(shí)感的3D景觀生成系統(tǒng)及方法。由數(shù)據(jù)采集模塊3、同步控制模塊4、數(shù)據(jù)處理模塊5、可量測全景視頻控制模塊6、展示模塊7等共同組成。該方法包括步驟：獲得多個(gè)攝像機(jī)對(duì)不同角度拍攝的立體視頻流數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、INS數(shù)據(jù)和3DGIS數(shù)據(jù)；判斷GPS與INS時(shí)間是否同步、GPS與GIS位置是否同步以及各路視頻是否同步；完成視頻數(shù)據(jù)和空間位置信息的解析、壓縮、分析提取和存儲(chǔ)工作；對(duì)各路數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，將視頻數(shù)據(jù)、GPS數(shù)據(jù)、GIS數(shù)據(jù)、INS數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理，進(jìn)行全景視頻拼接，生成具有空間信息的三維全景視頻；通過展示模塊展示該3D景觀生成系統(tǒng)。
【IPC分類】H04N13/00
【公開號(hào)】CN105208372
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510663819
【發(fā)明人】宋夫華
【申請(qǐng)人】浙江卓銳科技股份有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請(qǐng)日】2015年10月15日