CN103837083B - 一种基于全景图像的地面物体的高度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于全景图像的地面物体的高度计算方法。本发明首先从图像上获取标志待求物体高度的起点和终点，其中物体底部的点应该是在地面或者非常接近地面。然后根据投影原理计算出底部点的三维点位置，再计算出顶部三维点的三维点位置，最终计算出物体高度。本发明可以减少数据处理的难度，提高计算速度，降低应用成本。

Description

一种基于全景图像的地面物体的高度计算方法

技术领域：

本发明涉及一种基于全景图像的地面物体的高度计算方法。

背景技术：

全景(Panorama)是将相机环360度拍摄的一组或多组照片拼接成一个全景图像，全景虚拟现实(也称实景虚拟)是基于全景图像的真实场景的虚拟现实技术，通过计算机技术实现全方位互动式观看真实场景的还原展示。在播放插件的支持下，使用鼠标控制环视的方向，可右可近可远，是观众感到身处处在现实的环境当中，仿佛在一个窗口中浏览了实景中的美丽景色。基于静态图像的虚拟全景技术是一种在微机平台上能够实现的初级虚拟现实技术，改变了传统网络二维呈现的平淡，给视觉以更强的冲击力，让人们通过互联网即使足不出户也可以真是的感受到外面的世界。

连续的全景，又称为街景，不仅能为一般用户提供足不出户览天下的功能，对于特殊的行业会对街景的应用提出更高的要求，目前一个比较热门的应用就是利用全景图像进行测量和三维重建，传统的三维重建算法计算复杂度比较高，对图像的中的景物特征要求比较严格，计算时间比较长，几乎不能做到实时计算，因此为了能够在互联网上进行使用计算复杂度较小的算法来计算物体的度量就变得很有必要了。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种一种基于全景图像的地面物体的高度计算方法。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种基于全景图像的地面物体的高度计算方法,它包括如下步骤：

(1)获取待计算高度的物体的底部和顶部的点的极坐标表示；

(2)计算底部的点坐标；

(3)计算顶部的坐标和高度。

进一步的，所述步骤(1)中

获取鼠标点击的顶部和底部的屏幕坐标位置(x_屏幕，y_屏幕)，该点就是全景图像做球面投影后经过三维渲染引擎光栅化后在屏幕上的位置；

计算顶部和底部的极坐标坐标表示，这个过程就是计算机图形学中光栅化的逆过程，假设全景图像的显示在显示器上的宽度为W，高度为H，三维渲染引擎设置的视野张角(FOV)是θ，则顶部和的极坐标表示可按下列的公式进行计算：

则顶部和底部的极坐标表示为(r,α，β)，r为极坐标的半径。

进一步的，所述步骤(2)中，

计算底部到采集设备底部的距离，采集设备距离地面的高度是可以预先测量得到，假设为H’，当前屏幕中心相对于全景初始化时旋转了α₁，此时设备的空间姿态为(roll,pitch,yaw),其中roll,pitch,yaw是按照下面的定义计算得 来的：在水平面上，从南向北为y轴，从东向西是x轴，竖直向上为z轴，roll是载具绕y轴旋转的角度，pitch是载具绕x轴旋转的角度，yaw是载具绕z轴旋转的角度，以上角度都是以逆时针旋转为正进行计算的；则底部到采集设备底部的距离length可按照下列的公式进行计算：

计算底部的坐标(x_bottom，y_bottom，z_bottom)。公式如下：

x_bottom＝Length*cos(α)

y_bottom＝Length*sin(α)

z_bottom＝0。

进一步的，所述步骤(3)中，

计算顶部的坐标(x_top，y_top，z_top)

x_top＝Length*cos(α)

y_top＝Length*sin(α)

z_top＝H+sin(β)

物体高度

本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明可以减少数据处理的难度，提高计算速度，降低应用成本

附图说明：

图1为本发明方法流程图。

图2为通过屏幕上的位置计算被选中点的极坐标的模型。

图3理想状态下计算相机到地面点的距离模型。

图4考虑相机在倾斜状态下计算相机到地面点的距离模型。

具体实施方式：

下面结合附图，对本发明作进一步详细描述：

图1为本发明方法流程图。一种基于全景图像的地面物体的高度计算方法,它包括如下步骤：

(1)获取待计算高度的物体的底部和顶部的点的极坐标表示；

(2)计算底部的点坐标；

(3)计算顶部的坐标和高度。

进一步的，所述步骤(1)中

获取鼠标点击的顶部和底部的屏幕坐标位置(x_屏幕，y_屏幕)，该点就是全景图像做球面投影后经过三维渲染引擎光栅化后在屏幕上的位置；

计算顶部和底部的极坐标坐标表示，这个过程就是计算机图形学中光栅化的逆过程，假设全景图像的显示在显示器上的宽度为W，高度为H，三维渲染引擎设置的视野张角(FOV)是θ，则顶部和的极坐标表示可按下列的公式进行计算：

则顶部和底部的极坐标表示为(r,α，β)，r为极坐标的半径。

进一步的，所述步骤(2)中，

计算底部到采集设备底部的距离，采集设备距离地面的高度是可以预先测量得到，假设为H’，当前屏幕中心相对于全景初始化时旋转了α₁，此时设备的空间姿态为(roll,pitch,yaw),其中roll,pitch,yaw是按照下面的定义计算得来的：在水平面上，从南向北为y轴，从东向西是x轴，竖直向上为z轴，roll是载具绕y轴旋转的角度，pitch是载具绕x轴旋转的角度，yaw是载具绕z轴旋转的角度，以上角度都是以逆时针旋转为正进行计算的；则底部到采集设备底部的距离length可按照下列的公式进行计算：

计算底部的坐标(x_bottom，y_bottom，z_bottom)，公式如下：

x_bottom＝Length*cos(α)

y_bottom＝Length*sin(α)

z_bottom＝0。

进一步的，所述步骤(3)中，

计算顶部的坐标(x_top，y_top，z_top)

x_top＝Length*cos(α)

y_top＝Length*sin(α)

z_top＝H+sin(β)

物体高度

该发明的工作原理：

图2：通过屏幕上的位置计算被选中点的极坐标的模型。其中H为渲染系统在显示器上渲染范围高度，W为渲染系统在显示器上渲染范围的宽度，O点是渲染范围的中心，A点位用户鼠标点击的位置，focal为渲染系统进行投影时所使用的焦距。可根据这些数据计算出鼠标点击的位置的极坐标。

图3：理想状态下计算相机到地面点的距离模型。所谓理想状态是指承载全景相机的载具位于水平面上，此时整个成像平面与地面垂直，此时通过相机光心且垂直成像平面的直线与地面平行。在这个模型中A点表示相机光心所在的位置，B点表示相机的正下方，也即相机光心在地面的投影位置，线段AB表示相机光心距离地面的高度。线段CD表示待测的地面物体，其中C为底部点，D为顶部点。线段BC表示从相机在地面上的投影点到待测物体底部的距离，也即公式中的Length。

图4：考虑相机在倾斜状态下计算相机到地面点的距离模型。在实际的采集过程中，由于道路几乎不可能完全是水平的，所以相机在实际采集过程中不可能保持水平姿态，这将影响相机的在地面的投影点到待测物体底部点的距离的计算。在这个模型下，相机位于直线m1和直线m2所确定的平面上，该平面和水平面不平行。A点为相机，B为相机在地面的投影点，C点位待测物体的底部，则BC与水平面平行，AB和BD垂直，AE为由光心发出，与水平面平行的线段，AF为有光心发出与成像平面垂直的线段，则AF与AB垂直，AF与BD平行，AE与BC平行。因此在使用理想的模型计算Length之前，应该消除相机由于倾斜而造成的偏移角，在本图中为BD和BC构成夹角。具体的计算方法，在前面具体描述中已经给出。

需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围 。

Claims (1)

1.一种基于全景图像的地面物体的高度计算方法,其特征在于，它包括如下步骤：

(1)获取待计算高度的物体的底部和顶部的点的极坐标表示；

获取鼠标点击的顶部和底部的屏幕坐标位置(x_屏幕，y_屏幕)，该点就是全景图像做球面投影后经过三维渲染引擎光栅化后在屏幕上的位置；

计算顶部和底部的极坐标坐标表示，这个过程就是计算机图形学中光栅化的逆过程，假设全景图像的显示在显示器上的宽度为W，高度为H，三维渲染引擎设置的视野张角(FOV)是θ，则顶部和底部的极坐标表示可按下列的公式进行计算：

$f=\frac{H}{2*\tan \left(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\right)}$

则顶部和底部的极坐标表示为(r,α,β)，r为极坐标的半径；

(2)计算物体的底部的点坐标；

计算物体的底部到采集设备底部的距离，采集设备距离地面的高度是可以预先测量得到，假设为H’，当前屏幕中心相对于全景初始化时旋转了α₁，此时设备的空间姿态为(roll,pitch,yaw),其中roll,pitch,yaw是按照下面的定义计算得来的：在水平面上，从南向北为y轴，从东向西是x轴，竖直向上为z轴，roll是载具绕y轴旋转的角度，pitch是载具绕x轴旋转的角度，yaw是载具绕z轴旋转的角度，以上角度都是以逆时针旋转为正进行计算的；则物体的底部到采集设备底部的距离length可按照下列的公式进行计算：

矩阵

矩阵

向量

向量

角度

距离

计算物体的底部的坐标(x_bottom，y_bottom，z_bottom)；公式如下：

x_bottom＝Length*cos(α)

y_bottom＝Length*sin(a)

z_bottom＝0；

(3)计算顶部的坐标和高度；

计算顶部的坐标(x_top，y_top，z_top)

x_top＝Length*cos(α)

y_top＝Length*sin(α)

z_top＝H+sin(β)

物体高度