CN105339758B - 使用重叠区域优化光束法平差的系统、方法和设备 - Google Patents

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Abstract

用于限定共轭点在一组图像中的搜索范围的工具和技术。在一种技术中，两个图像中的内部重叠区域可以用于限定搜索范围，在该搜索范围中可以找到共轭点；在一个方面中，该搜索范围可以表达为距离捕获到两个图像中的一者或两者所处的站的距离范围。该距离范围可以用于缩窄从另一站捕获的图像中的搜索范围，大幅地减少了识别共轭匹配的计算时间并且减小了识别不正确匹配的可能性。

Description

使用重叠区域优化光束法平差的系统、方法和设备
著作权声明
本专利文件的公开的一部分包括受到著作权保护的材料。著作权所有者不反对任何人对如出现在专利和商标局专利文档或记录中的专利文件或专利公开的复制，但是在其它方面无论如何都保留所有的著作权权利。
技术领域
本公开总体涉及摄影影像分析，并且更特别地涉及用于提高摄影测量分析中的光束法平差的效率的技术。
背景技术
摄影测量法是一种计算技术，在该计算技术中可以使用多个图像(例如立体图像)来确定在图像中捕获的点相对于捕获该图像的传感器的位置的定位。然而，为了执行该分析，多个图像必须首先相对于彼此而定向；该定向限定了在捕获的图像中的两个场景之间的空间关系和角关系(或相反地，当捕获各个图像时在传感器之间的空间关系和角关系)。
一种用于定向多个图像(例如立体图像)的技术被称为“光束法平差”，该“光束法平差”为同时细化描述每一捕获的图像的场景几何的三维坐标和/或细化捕获该图像的一个或多个图像捕获系统的相对定向的技术。本质上，光束法平差试图优化(最小化)观测到的图像点和预测的图像点的图像位置之间的重投影误差；该误差可以表达为多个非线性的实值函数的平方和。
因此，光束法平差在计算上是昂贵的，这因为其需要首先识别数个图像中的共轭点(即，在所有的图像中捕获的具有相同真实世界特征的每一图像中的网格位置)，并且之后对表达每一图像中的那些共轭点的位置的等式优化。识别这些共轭点的步骤(被称为“共轭匹配”)尤其为计算密集型，这是因为其涉及对每一图像中的多组相邻像素中的类似性的识别，这需要对每一图像中大量像素彼此之间进行比较以识别共轭候选者，然后可以分析上述共轭候选者以确定在每一图像中由像素描绘的各个点实际上是否代表共轭点。
当前，用于在立体图像上的共轭点匹配的方法可以分为两组：基于区域的匹配和基于特征的匹配。基于区域的匹配的方法需要共轭候选者的非常精确的初始位置。基于特征的匹配的方法还需要潜在候选者的大致区域。尽管采用对极几何可以减小用于从二维到一维的正确的共轭点的搜索范围，但是对于大的图像数据，一维搜索范围仍然非常大。例如，来自典型相机的单个图像的尺寸为2592*1944。在没有预定的搜索范围的情况下，该方法必须查看图像之一上的极线上的每一像素，以识别在其它图像上的点。因此，找到从一个图像捕获位置/方向(即，“站”)到另一站的共轭点是涉及沿着整条极线的比较的处理极其密集型的任务。
为了缓解该问题，可以尝试随意地减小搜索范围(即，针对共轭匹配被搜索的图像的一部分)。然而，不正确的搜索范围导致不正确的匹配或匹配失败，而大的搜索范围可能会增大错误匹配的可能性(由于大量的潜在的共轭候选者)以及增加计算时间。
当前已知的基于特征的方法总是避免确定搜索范围的问题，并且直接地开始于假设共轭点的区域是已知的，或至少粗略地已知。基于区域的方法通常应用在航空图像或卫星图像上的共轭点匹配中，其中，立体图像之间的重叠、航空器的航行高度以及总的地形构造是可得到的，这允许能够准确地、相对低成本地计算正确的共轭点的位置。
然而，这些种类的方法中没有一种方法能够有效地处理在地平面上所拍摄的全景图上的共轭匹配。例如，由Crasser等人在2012年10月5日提交的、名称为“EnhancedPosition Measurement Systems and Methods”的美国临时专利申请No.61/710,486以及由等人在2011年12月21日提交的、名称为“Enhanced Position MeasurementSystems and Methods”的美国专利申请No.13/332,648(该两个专利申请通过引用由此并入到本文中，并且在本文中统称为“并入的申请”)描述了以一套全景相机为特征的位置测量系统，这套全景相机在某些情况下提供了围绕捕获点的高达360°的摄影覆盖范围。
不同于几乎在地平面上并且具有可预测的到航空器中的相机的距离的航空图像或卫星图像中的目标，由这样的基于地面的位置测量系统捕获的距全景地面图像中的目标(例如，建筑物正面)的距离可以根据不同的目标而改变。结果是，几乎不可能预测共轭点在立体图像中的位置。因此，传统的点匹配方法(基于区域或基于特征)通常不能实现针对这样的全景图的共轭点匹配，这因为搜索算法未给出关于在哪里搜索正确的匹配的线索。
因此，需要更具鲁棒性的点匹配技术。如果可以在全景立体图像的背景下采用这样的技术，则该技术是特别有用的。
发明内容
一组实施方式提供了用于限定一组图像中的用于共轭点的搜索范围的改进技术。在一些实施方式的特定方面中，可以使用两个图像(例如，由图像捕获系统中相邻的传感器捕获的立体图像、两个图像等)中的内部重叠区域来限定可以找到共轭点的搜索范围；在一个方面中，该搜索范围可以被表达为距捕获两个图像所处的站的距离范围。可以使用该距离范围来大幅度地缩窄从另一站捕获的图像中的搜索范围，大幅减少了识别共轭匹配的计算时间以及减小了识别不正确匹配的可能性。
各个实施方式提供的工具包括但不限于方法、系统和/或软件产品。仅作为示例，方法可以包括一个或多个步骤，这些步骤中的任一步骤或所有步骤由计算机系统来执行。相应地，实施方式可以提供计算机系统，该计算机系统配置有根据由各个其它实施方式提供的方法来执行一个或多个步骤的指令。类似地，计算机程序可以包括可由计算机系统(和/或在其中的处理器)执行以进行这些操作的一组指令。在许多情况下，这样的软件程序被编码在物理的、有形的和/或永久性的计算机可读介质(例如，仅举几个例子，光学介质、磁性介质和/或诸如此类)上。
仅仅作为示例，根据一组实施方式的系统可以包括图像捕获系统，该图像捕获系统包括多个图像传感器。在一些情况中，当在第一站处被定向时，图像捕获系统可以配置成利用具有第一投影中心的第一图像传感器来捕获第一图像和/或利用具有第二投影中心的第二图像传感器来捕获第二图像。当在第二站处被定向时，图像捕获系统可以配置成利用多个图像传感器中具有第三投影中心的一个图像传感器来捕获第三图像。(读者应当注意的是，除非上下文中另有清楚地指示，否则在此所使用的术语“第一”、“第二”等旨在区分不同的图像、不同的站等等，但不旨在意味着任何特定的时间顺序)。
在一个方面，该系统还可以包括计算机，该计算机可以包括处理器和永久性计算机可读介质，该永久性计算机可读介质具有可由所述处理器执行以使得计算机执行一个或多个操作的一组指令。仅作为示例，该组指令可以包括确定第一图像和第二图像中的内部重叠区域的指令；在一个方面中，该内部重叠区域可以具有在第一图像和第二图像中的公共视野和/或可以由第一传感器的视野和第二传感器的视野之间的重叠限定。在一些实施方式中，该组指令还可以包括确定第一图像、第二图像和第三图像中的相互间重叠区域的指令；在一个方面中，该相互间重叠区域可以具有在第一图像、第二图像、第三图像中的公共视野。
之后，该组指令可以包括识别在第一图像和第二图像的内部重叠区域中以及第一图像、第二图像和第三图像的相互间重叠区域中捕获的共轭点在第一图像中的第一坐标位置的指令。在实施方式中，该组实施方式包括识别共轭点在第二图像中的第二坐标位置的指令。还可以有另外的计算在通用坐标系中从第一站到第一共轭点的估算距离范围(即，在真实世界中而非图像中的距离)的指令；该计算可以至少部分地基于第一坐标位置和第二坐标位置。在一个方面中，估算距离范围可以对应于第三图像的片段。
相应地，该组指令可以包括至少部分地基于计算出的估算距离范围以及图像捕获系统在第一站和第二站处的初始相对定向，来限定在第三图像中的搜索区域的指令。(可以注意的是，这些初始相对定向可以是相对不精确的(和/或经受基于光束法平差的细调)，但是这样的粗略的定向仍然可以用于限定搜索区域)。该计算机还可以被编程有分析搜索区域以识别共轭点在第三图像中的第三坐标位置的指令。在一个方面中，对第三图像的分析可以限于对搜索区域的分析，并且对分析的限制可以大幅减少在第三图像中的由计算机分析的像素的数目。在一些情况中，该组指令还可以包括至少部分地基于共轭点的第一坐标位置、第二坐标位置、和第三坐标位置，来执行光束法平差计算以将第三图像相对于第一图像和第二图像中的至少一者定向的指令。
根据另一组实施方式的方法可以包括利用计算机识别共轭点在第一图像中的第一坐标位置，和/或利用计算机识别共轭点在第二图像中的第二坐标位置。该方法还可以包括利用计算机至少部分地基于第一坐标位置和第二坐标位置，来计算从第一图像和第二图像中的至少一者的投影中心到第一共轭点的距离范围。在一些实施方式中，该方法包括利用计算机基于所计算出的距离范围以及图像捕获系统在第一站和第二站处的相对定向，来限定第三图像中的搜索区域。该方法的特征还可以是利用计算机分析搜索区域以识别共轭点在第三图像中的第三坐标位置。
在一些情况下，该方法也包括捕获图像。仅仅作为示例，该方法可以包括在第一站处定向图像捕获系统(在一些实施方式中，该图像捕获系统可以包括多个图像传感器)、利用第一图像传感器在第一站处捕获第一图像、和/或利用第二图像传感器在第一站处捕获第二图像。该方法还可以包括在第二站处定向图像捕获系统以及利用多个图像传感器中的一者在第二站处捕获第三图像。在一些情况下，该方法还可以包括至少部分地基于所计算出的估算距离范围以及图像捕获系统在第一站和第二站处的相对定向，从在第二站处捕获的多个图像中识别第三图像。
根据另一组实施方式的计算机系统可以包括一个或多个处理器和/或与一个或多个处理器通信的计算机可读介质。在一方面，该计算机可读介质可以具有在其上编码的可以由计算机系统执行以进行一个或多个操作的一组指令，该组指令包括但不限于根据由其它实施方式提供的方法执行操作的指令。
仅仅作为示例，该组指令可以包括识别共轭点在第一图像中的第一坐标位置的指令；识别共轭点在第二图像中的第二坐标位置的指令；至少部分地基于第一坐标位置和第二坐标位置，计算从第一图像和第二图像中的至少一者的投影中心到第一共轭点的估算距离范围的指令；基于所计算出的估算距离范围以及图像捕获系统在第一站和第二站处的相对定向来限定第三图像中的搜索区域的指令；和/或分析搜索区域以识别共轭点在第三图像中的第三坐标位置的指令。
根据另一组实施方式的设备还可以包括永久性计算机可读介质，该永久性计算机可读介质具有在其上编码的可由一个或多个计算机执行以进行一个或多个操作的一组指令，该组指令包括但不限于根据由其它实施方式提供的方法执行操作的指令。仅仅作为示例，该组指令可以包括识别共轭点在第一图像中的第一坐标位置的指令；识别共轭点在第二图像中的第二坐标位置的指令；至少部分地基于第一坐标位置和第二坐标位置，计算从第一图像和第二图像中的至少一者的投影中心到第一共轭点的估算距离范围的指令；基于所计算出的估算距离范围以及图像捕获系统在第一站和第二站处的相对定向来限定第三图像中的搜索区域的指令；和/或分析搜索区域以识别共轭点在第三图像中的第三坐标位置的指令。
附图说明
参考剩余部分的说明书和附图可以实现对特定实施方式的性质和优点的进一步理解，在附图中，类似的附图标记用以指代类似的组件。在一些情况下，下标与附图标记关联以表示多个类似的组件中的一者。当引用附图标记而不具有对存在的下标的说明时，其旨在表示所有这样的多个类似的组件。
图1为根据各个实施方式的位置测量系统的视图；
图2为示出根据各个实施方式的用于位置测量系统的感测子系统的功能框图；
图3A至图3C示出根据各个实施方式的位置测量系统的全景视野；
图4为示出根据各个实施方式的计算机系统的总的示意图；
图5示出根据各个实施方式的以多个图像传感器为特征的全景图像捕获系统的视野；
图6示出根据各个实施方式的全景图像捕获系统在两个站处的重叠视野；
图7示出用于利用内部重叠来识别搜索区域的技术；
图8为示出根据各个实施方式的图像分析方法的过程流程图。
具体实施方式
尽管上文已经总结了某些实施方式的各个方面和特征，但是以下的细节描述更详尽地示出了数个示例性实施方式以使本领域的技术人员能够实施这样的实施方式。出于说明性目的提供所描述的示例并且这些示例不旨在限制本发明的范围。
在以下的描述中，出于阐述的目的，提出多个具体细节以便提供对所描述的实施方式的全面的理解。然而，对于本领域的技术人员而言显而易见的是，本发明的其它实施方式可以在没有这些具体细节中的一些具体细节的情况下得以实施。在其它情况下，某些结构和装置可以以框图形式显示。在此描述了数个实施方式，并且尽管各种特征归于不同的实施方式，但是应当理解的是，针对一个实施方式所描述的特征也可以与其它实施方式合并。然而，出于同样的理由，任何所描述的实施方式的单个特征或多个特征不应当被视为对于本发明的每个实施方式是必不可少的，如本发明的其它实施方式可以忽略这些特征。
除非另有指示，否则在此所使用的用来表达数量、尺寸等等的所有数字应当被理解为在所有的情况下可以被修改添加术语“大约”。在本申请中，除非另有具体说明，否则单数的使用包括复数，并且除非另有指示，否则术语“和”和“或”的使用意指“和/或”。而且，术语“包括”以及其它形式(例如，“包括”和“被包括”)的使用应当被视为非排它性的。同样，除非另有具体说明，否则例如“元件”或“组件”的术语涵盖包括一个单元的元件和组件以及涵盖包括多于一个单元的元件和组件。
一组实施方式提供了改进的用于限定针对在一组图像中的共轭点的搜索范围的技术。在特定方面中，一些实施方式涉及使用包括多个相机的图像捕获系统，该图像捕获系统非限制地包括具有可以共同地捕获全景图(例如，围绕图像捕获系统高达360°)的多个相机的装置。(在此所使用的术语“相机”指的是任何类型的可以根据在此所描述的技术捕获用于分析的图像的相机或图像捕获装置，特别地包括数字图像传感器)。
在这样的实施方式中，当图像捕获系统处于给定站时，由两个(例如，相邻的)相机捕获的图像将具有重叠区域，该重叠区域落入两个相机的视野中并且被捕获在由每一传感器拍摄的图像中。该区域在此被称作“内部重叠”区域。然后，在一个方面中，针对从第一站拍摄的图像上所选择的点，为了确定来自其它站的图像上的那个点的共轭点的精确的停靠区域或搜索范围，某些实施方式使用全景相机之间的内部重叠。可以用于捕获具有内部重叠区域的合适图像的图像捕获系统的一些示例包括在并入的申请中所公开的位置测量系统以及关于图1和图2在下文中描述的位置测量系统。然而，实施方式不限于这样的系统，且在此所公开的技术可以与由多种不同类型的相机和图像捕获系统所捕获的适当的图像一起使用。
仅仅作为示例，示例性图像捕获系统可以具有七个全景相机，这七个全景相机共同地提供地面的从距图像捕获系统的基部6m变化到无限距的360°全覆盖。在一个方面，这些相机相对于彼此而校准，这意味着任意两个相机之间的相对空间平移和角定向在任何图像被捕获之前被固定和/或被确定。在特定示例中，系统中两个相邻相机的透镜之间的距离为3.6cm，并且每一透镜的焦距为3.6mm。每一相机的形成的视野在该示例中为57.9*43.2°。该几何设计使得每一相机与其相邻的相机共享其地面覆盖的大约10％。该10％的重叠在此被称作“内部重叠”。从不同的站拍摄的图像的视野所共享的覆盖在此被称作“内部重叠”区域。图4和图5示出了该概念，在下文中进一步详细地来讨论。
然后，根据一些实施方式，落入到一对相邻相机的内部重叠中的目标(该目标可以为任何可识别的特征(自然的或人造的)，包括但不限于在捕获图像之前被放置在视野中的光学目标)在一个站处由两个相邻相机成像二次。在内部重叠中对应于两个图像上的相同目标的这两个共轭点形成内部立体对。可以应用任何合适的点匹配方法(包括传统的基于区域或基于特征的匹配技术)来匹配内部重叠中的共轭点，这因为搜索范围被锁定到10％内部重叠中。如果利用两个相邻相机之间的校准的短基线来正确地建立一对共轭点，则可以计算从对应于共轭点的目标到图像捕获系统的距离。
给定图像捕获系统的位置和定向(其可以从实时动态测量(RTK)、传统的测量技术、倾斜传感器和/或数字罗盘测量获得)的情况下，可以在任何站处计算内部重叠中的点在通用坐标系中的位置。如果在当前站的内部重叠中的点还位于其它站之间的内部重叠中，则在当前站处所计算的位置还可以被投影到其它站。通过这样做，可以精确地预测一对共轭点的图像位置并且将在当前站处的该点的共轭点定位在其它站中。
因为两个相邻相机之间的基线是短的，和/或由于在这些站处的图像捕获装置的初始取向的不精确/不准确，因此识别远离相机的内部区域重叠中的共轭点可以产生距离范围(距捕获图像时所处的站)而非精确的位置。如在下文中进一步详细地描述的，距该站的距离的这个范围可以用于识别：(1)针对共轭点应当搜索从另一站拍摄的数个图像中的哪个图像，和/或(2)从第二站拍摄的图像中的搜索范围。因此，点匹配方法使得以非常精确的预定搜索范围开始，这允许更高效地识别从另一站拍摄的图像中的共轭点。通过这样做，用于搜索的时间大大地缩短，并且匹配结果的可靠性提高。
示例性硬件配置
图1示出了根据一组实施方式的位置测量系统100(与图1的描述相联系，被称为“漫游者”)，根据一组实施方式，位置测量系统100可以用于捕获立体图像。应当注意的是，尽管图1的漫游者100包括多种不同特征的组合，但是根据其它实施方式的位置测量系统可以忽略这些特征中的一些特征或所有特征。因此，尽管所示出的漫游者100为某些实施方式的示例，但是其不应当被视为限制性的。
漫游者100包括具有纵向轴线的杆105，并且在许多实施方式中，漫游者100被设计成，在使用时，杆105的纵向轴线将被设置在基本上竖直的位置中，其中基部110基本上与地面接触。如所示出的，基部110具有总体圆锥状或点状的形状，这可以允许精确地将基部110放置在地面上的所需的点处，并且这可以防止基部110在地面上滑动，尽管这是不需要的。杆105可以由任何合适的材料构成，合适的材料包括但不限于各种木材、金属、塑料、和/或以上几者的任何合适的组合。杆105可以为单件式的，和/或可以包括两个或更多个分开的部件，这些部件可以在制造期间和/或操作时被固定和/或联接在一起。仅仅作为示例，杆105的基部110可以由金属(例如钢和/或合金)构成，而杆105的剩余部分可以由不同材料(例如复合材料)构成。
漫游者100还包括数个子系统，这些子系统在图1中功能性地被示出。这些子系统的这些功能可以分开或以任何合适的方式组合，并且各种实施方式不限于在此所描述的架构，该架构实质上应当仅被视为示例性的。仅仅作为示例，漫游者100的功能在一些实施方式中可以并入到一个单件装置中。然而，为了方便描述，在此所讨论的示例性实施方式将漫游者100的功能分组成功能子系统。
例如，感测子系统115，其可以永久地和/或可移除地与杆105联接(或以其它方式附接至杆105)。在某些实施方式中，如图所示，感测子系统115坐落在杆的顶部上或以其它方式设置在杆的远离基部110的端部上或设置成靠近杆的远离基部110的端部。杆105可以包括在基部110中的电池盒，该电池盒可以提高漫游者100的平衡性。
在某些方面中，感测子系统115包括多种不同类型的传感器中的一者或多者，其可以用于收集数据(例如，出于位置测量的目的)。仅仅作为示例，图2为根据某些实施方式的进一步详细地示出了图1的感测子系统115的功能框图。感测子系统115的各种部件可以并入到单个壳体中，该壳体封装感测子系统115的整体；可替选地，感测子系统115可以包括在两个或更多个分立的壳体之间划分的多个部件。类似地，感测子系统115的某些结构部件可以为相对更集成的和/或更独立的。因此，图2所描绘的感测子系统115应当被视为一组功能部件，其可以对应于或可以不对应于独立的结构。
如图2所示，感测子系统115包括全球导航卫星系统(Global NavigationSatellite System，GNSS)装置205，GNSS装置205可以用于获得一组GNSS数据，例如识别GNSS装置205(和/或更通常地，感测子系统115和/或漫游者100)的位置的数据。在一个方面中，GNSS装置205可以包括GNSS接收器、天线和/或任何其它必要的设备，GNSS装置205可以(但是不必要)以传统的方式操作以接收和处理来自导航卫星星座的信号，以确定GNSS装置205的当前位置。额外地和/或可替选地，GNSS装置205可以采用多种先进的卫星导航技术中的任一者。仅仅作为示例，在一些情况下，GNSS装置205可以配置成可能连同基站采用实时动态测量(real-time kinematics，RTK)技术，该基站播放GNSS校正信号以供一个或多个漫游者(和/或其它GNSS装置)接收，如现有技术所已知的。
在一个方面中，GNSS装置205可以用于确定漫游者100的定向(例如，相对于北、南、东和西的标准罗盘坐标系统)。如在此所使用的，术语“定向”指的是漫游者的任何布置，该布置可以(在一维、二维和三维上)被确定为偏离参考点(或参考方向，例如磁北或真北等)的角。仅仅作为示例，在一些实施方式中，GNSS装置205(和/或其接收器和/或天线)可以远离杆105的纵向轴线而延伸，漫游者100可以围绕其纵向轴线旋转，这有效地使GNSS装置205以弧线旋转。多组GNSS数据可以在该旋转的整个持续过程中获得，并且漫游者100的定向可以从这多组GNSS数据而确定。其它技术也可以用于定向漫游者100。
在一些实施方式中，感测子系统115还包括罗盘210，罗盘210可以用于例如以常规方式基于地球磁场的测量而获得罗盘定向数据。如在下文中进一步详细描述的，该罗盘定向数据可以用于计算离目标点的方位角。在一些实施方式中，罗盘可能不够精确而无法用于确定离目标点的方位角。在这样的情况下，罗盘可以用于计算倾斜杆的倾斜方向的方位角和/或给出图像相对于北的粗略的定向。
在其它实施方式中，感测子系统115可以包括陀螺仪215。根据不同的实施方式，可以使用多种不同种类的陀螺仪中的任一者。仅仅作为示例，在一些情况下，感测子系统115可以包括机械陀螺仪，而在其它情况下，可以替代地采用电子陀螺仪和/或基于MEMS的陀螺仪。本领域的技术人员基于在此的公开将理解，根据不同的实施方式，可以使用多种不同类型的已知的陀螺仪中的任一者。陀螺仪215可以用于获得关于位置测量系统的相对定向的陀螺数据，而该陀螺数据尤其可以用于校正从其它数据推导出的方位角(例如，由磁场干扰等引起的罗盘方位角的错误)。如在下文中进一步详细描述的，已知点的后视(backsighting)(利用影像、粗略的观测望远镜等)可以用于获得关于漫游者100的定向的精确的方位角数据。
在一些情况下，感测子系统115可以包括一个或多个倾斜传感器220，倾斜传感器220通常可以用于确定杆105的角(例如，在二维中偏离竖直面的角)。根据不同的实施方式，可以包括多种不同种类的倾斜传感器(包括但不限于加速计)。在一些情况下，倾斜传感器将精确到至少1°之内，而在其它情况下，倾斜传感器可以精确到至少0.1°之内。仅仅作为示例，一组实施方式可以使用以下的倾斜传感器中的一者或多者：可从VTI科技公司购买的SCA103T差分测斜仪；可从美国模拟器件公司(Analog Devices,Inc.)购买的ADXL16209双轴加速计；以及同样可从美国模拟器件公司购买的ADIS 16209双轴数字测斜仪和加速计。其它变型是可行的。
在测量领域的技术人员将理解的是，当测量位置数据时和/或当计算方位角时，测量工具应当基本上是竖直的。通常，已经使用二维水准气泡来执行该功能。然而，根据某些实施方式，可以使用倾斜传感器220(和/或罗盘或其它方位角确定装置)来确定(和/或在一些情况下，校正)如下情况：当将要执行测量时，漫游者100不在基本上竖直的位置中。仅仅作为示例，如在下文中进一步详细描述的，来自倾斜传感器220的输入可以用于告知向操作者显示电子“气泡”和/或可以用于调整计算出的位置和/或方位角(至少在某种容错范围内)。
除了传感器，感测子系统115还可以包括支持性电子产品。仅仅作为示例，在多种情况下，感测子系统115可以包括电源(例如，可充电电池，以及来自外部电源的输入线和/或诸如此类)，该电源在图2中未示出。感测子系统115还可以包括数据存储装置225，数据存储装置225可以为能够相对暂时地(例如，动态RAM)和/或相对永久地(例如，在下文中进一步详细描述的计算机可读介质中的任一者)存储数据的任何装置。数据存储装置225尤其可以用于存储由感测子系统115内的传感器中的任一者或所有传感器收集的数据。
感测子系统115还可以包括通信接口230，通信接口230可以包括用于与漫游者100的其它组件(和/或外部装置，例如上述的RTK基站)进行通信的任何必要的硬件和/或软件。因此，例如，通信接口230可以包括UHF无线电、蜂窝无线电、和/或其它相对远程的通信设施。额外地和/或可替选地，通信接口230可以包括相对短程的通信设施，例如蓝牙收发器、Wi-Fi收发器、有线通信接口(例如，以太网接口、USB接口和/或诸如此类)等。本领域的技术人员将理解的是，根据带宽需求、范围需求、成本需求等等，可以使用多种不同类型的通信技术。
返回到图1，漫游者100还可以包括控制子系统120。控制子系统120可以包括可以作用以控制和/或接收来自其它子系统(例如，感测子系统115、下面描述的图像捕获子系统130等等)的输入的任何装置或多个装置的组合。因此，在一个方面，控制子系统可以包括专用计算装置，举几个例子，例如可从天宝导航有限公司(Trimble Navigation Ltd.)购买的现场计算机中的任一者。在另一方面，控制子系统120可以包括通用计算系统(例如，笔记本电脑、平板电脑、掌上电脑或智能手机/个人数字助理(PDA)等等)，利用软件(例如一组指令)将该通用计算系统编程为执行用于控制漫游者100(和/或其各种子系统)的方法和/或用于处理从漫游者的子系统接收的输入的方法。图6和图7(在下文中详细描述)示出了根据不同实施方式的数种示例性计算系统，这些计算系统中的一些计算系统可以被用作漫游者100的控制子系统120。
控制子系统120的各种实施方式可以包括不同的特征和/或功能。仅仅作为示例，在多种情况下，控制子系统120将具有通信接口，类似于上述的感测子系统115的通信接口，控制子系统120的通信接口可以以任何支持与各种子系统和/或外部装置的通信所必要的硬件和/或软件为特征。这样的通信模式可以为短程的和/或远程的，并且可为有线的、无线的或二者。在一个方面中，控制子系统120的通信接口将包括对应于感测子系统115(和/或其它子系统)的通信接口的硬件和/或软件，以允许在两个子系统之间的稳健的通信。在另一方面中，控制子系统120可以具有支持更远程的通信的通信接口(例如，蜂窝设施或WWAN设施)，即使其它子系统不具有这样的通信接口。控制子系统120的通信接口可以配置成允许与其它的专用计算机或通用计算机(其它控制子系统和其它计算机(例如办公计算机)二者)的通信，以允许在控制子系统120和这样的其它计算机之间例如通过本地通信(例如，蓝牙、USB等)和/或网络通信(例如，通过因特网、WWAN、LAN等)交换信息。
在多种实施方式中，控制子系统120还将包括一个或多个输入装置(例如，一个或多个按钮、小键盘、键盘、触摸板、鼠标等)和/或一个或多个输出装置(例如，显示装置、打印机等)。在一个方面中，触摸屏可以充当控制子系统120的输入装置和输出装置。控制子系统120通常还将包括分别用于处理和存储软件(例如，可执行的指令)和数据(例如，从子系统接收的数据、从子系统输入推断出或推导出的数据等)的一个或多个处理器和/或一个或多个计算机可读存储介质(二者中的每一者在下文中详细描述)。
在一个方面中，控制子系统120包括和/或提供用户界面(例如，经由输入装置和/或输出装置)。用户界面允许用户与控制子系统120交互，以控制该子系统120和/或更通常地控制漫游者100的操作。根据不同的实施方式可以提供多种用户界面，包括但不限于图形用户界面，该图形用户界面为用户显示用于向用户提供信息和/或从用户接收用户输入的显示屏。
在一些情况中，可以远程地(至少部分地)提供控制子系统120的用户界面(和/或其它功能)。仅仅作为示例，在一些实施方式中，控制子系统120可以配置成例如经由在办公计算机上运行的专用应用程序而与分开的计算机(在此被描述为“办公计算机”)进行通信；在该情况下，用户界面的至少一部分可以由办公计算机提供，该办公计算机可以用来将指令传送到控制子系统120和/或从控制子系统120接收数据。在该情况下，假如用户界面可以包括提供指令和/或数据以引起或允许办公计算机显示用户界面。因此，当本文描述控制子系统120的功能时，应当理解的是，这样的操作可以由控制子系统120在本地(例如，在现场中)执行、由办公计算机远程地(例如，在办公室中)执行、或以组合的方式执行(当每一系统提供所描述的功能中的一些功能时)。在其它实施方式中，用户界面可以例如通过提供一个或多个网页组而由网站提供，这些网页可以显示在办公计算机上运行的网页浏览器中和/或可以由网络服务器服务。
控制子系统120的多个不同物理配置是可行的。在一个实施方式中，例如，控制子系统120可以永久地(或相对永久地)安装在杆105上，例如使用多个可用的粘合物质中的任一者和/或安装硬件进行安装。在另一实施方式中，控制子系统(和/或其壳体)可以与杆105的主体一体形成。然而，在其它实施方式中，控制子系统120可以仅可移除地安装在杆105上(例如，使用钩环紧固件、可移除的支架等)和/或可以与杆105物理上分开(和/或可选择地拴到杆105上)。
在其它实施方式中，漫游者100包括图像捕获子系统125(且因此可以用作图像捕获系统，如在此所描述的)。通常，图像捕获子系统125包括能够捕获(静止的或移动的)光学图像的任何装置或一组装置。在一些情况下，图像捕获子系统125(和/或其中任何独立的图像捕获装置)将包括任何用以存储(至少暂时地)捕获的图像、处理捕获的图像、和/或在处理之前或处理之后将捕获的图像传输给另一装置(例如控制子系统120)以供存储、显示、处理等所必要的硬件和/或软件。图像捕获子系统125可以具有或可以不具有用于显示捕获的图像的显示装置。然而，基本上，图像捕获子系统125仅需要具有用于捕获光学图像的必要设施。
更具体地说，图像捕获子系统125通常包括一个或多个图像捕获装置(例如，数码相机、图像传感器等)，这些图像捕获装置共同地捕获围绕漫游者100的风景的至少一部分的全景图。例如，特定实施方式包括多个相机，该多个相机共同地捕获比单个标准相机能够容纳的径向视野更大的径向视野。在一些实施方式中，相机(或图像传感器)位于漫游者100上且相对于彼此具有已知的定向，从而任意两个相邻相机具有预定义的内部重叠区域，该内部重叠区域可以用于促进由各种实施方式执行的分析。
为了说明，图3A示出了图像捕获子系统(或“成像子系统”)125的平面图，图像捕获子系统125可以并入到漫游者(例如，图1的漫游者100)中。图3A的图像捕获子系统125包括八个图像捕获装置305，八个图像捕获装置305中的每一者具有视野310，然而不同的实施方式可以使用更多或更少的图像捕获装置305(例如，一组实施方式可以包括七个图像捕获装置)。在一些情况下，图像捕获子系统125可以包括用于每一图像捕获装置305的闪光装置(例如，LED闪光灯)；该闪光灯可以具有与相应的图像捕获装置305相同的视野。
如从图3A可以看到，每一图像捕获装置305的视野310与相邻的图像捕获装置305的视野310重叠。共同地，图像捕获装置覆盖了由角a限定的全景(径向)视野，角a在所示出的情况下为360°。因此，在所示出的实施方式中，图像捕获子系统125可以捕获全景图，该全景图包括整个可见的风景(至少最小半径之外的风景)。本领域的技术人员将理解的是，存在已知技术以从由每一图像捕获装置捕获的独立图像中的每一者生成合成图像，因此，提供了包括整组图像捕获装置305的集合视野的单个图像。
然而，如从图3A可以看到，在一定半径内部，图像捕获装置305的视野不重叠，引起由图像捕获装置305提供的覆盖中的间隙。相应地，在一些实施方式中，图像捕获子系统125可以包括两组相机，例如，一组设置有从图像捕获子系统125总体横向地延伸的视野，而另一组(其可以设置有在水平面下方的视野)配置成获得该最小半径内的图像，在最小半径内部，第一组图像捕获装置的视野不重叠。而且，第二组图像捕获装置可以捕获足够接近于漫游者的兴趣点和/或连接点，这些兴趣点和/或连接点落在第一组图像捕获装置的视野的外部；类似地，第二组图像捕获装置可以记录紧邻漫游者的区域。
为了说明，图3B示出了漫游者的正视图，该漫游者包括在图像捕获子系统125中的杆105。在示出的实施方式中，图像捕获子系统包括具有总体水平的视野310a的第一图像捕获装置305，以及具有视野310b的第二图像捕获装置315。从杆105的基部水平地延伸，第二图像捕获装置315的视野310b具有可以捕获地面的图像的最小距离x和最大距离y，而第一图像捕获装置305的视野310a具有视野与地面相遇的最小距离z。两个图像捕获装置305、315配置成视野重叠(即，距离z小于距离y)，这允许从最小距离x到第一图像捕获装置305的最大焦距范围(其通常仅受该装置的分辨率限制)的复合视野。如从图3C(图3C为图3B的平面图)中可以看到，相比于第一图像捕获装置305的相应的视野310a，视野310b还可以具有更大的径向视野(在离装置的给定半径处)。
当然，应当认识到，为了方便阐述，图3B和图3C描绘了两组图像捕获装置，这两组图像捕获装置每一者包括仅一个图像捕获装置(分别由305和315表示)，该原理可以应用到图3A中所描绘的实施方式中，形成两组图像捕获装置，每组具有多个相机。仅仅作为示例，在一个实施方式中，第一组相机可以包括七个相机305，这七个相机305具有大约(或精确地)为360°的集合全景视野α和从大约5米的最小半径(z)延伸的地面的视野，而第二组相机可以包括五个相机315，这五个相机315具有大约180°(或，在一些情况下，大于180°，例如大约200°)的集合全景视野α，地面的视野从大约0.6米的最小半径(x)延伸到大约6米的最大半径(y)。
其它配置也是可行的。仅仅作为示例，在一些情况下，图像捕获子系统125可以包括一个或多个相机(或其它图像捕获装置)，该一个或多个相机具有至少大约50°、至少大约170°和/或至少大约350°的集合全景视野。可以有一组相机、两组相机或更多组相机。在示例性的配置中，第一组图像捕获装置可以以径向方式等间隔地围绕杆的圆周，并且第二组相机可以以径向方式等间隔地围绕杆的半个圆周(或整个圆周)。
图像捕获子系统125可以采用多种不同类型的图像捕获装置。本领域技术人员将理解的是，所选择的图像捕获装置的特征通常将影响所捕获的图像的质量，并且图像捕获装置因此可以根据特定实现方式的需要来选择。如下文中进一步详细描述的，图像捕获子系统125可以用于多种目的，包括但不限于目标点选择、摄影测量分析以及其它目的。相应地，一个或多个图像捕获装置的种类和特征可以按照实现方式而改变。
在一个实施方式中，例如，可从豪威科技公司(OmniVision Technologies)购得的OV5462 5兆像素CMOS图像传感器可以被用作图像捕获装置。这可以与光学器件(例如，f＝3.5mm的透镜)联接。在其它情况下，一个或多个可购得的数码相机(例如，消费者级相机、“产消者”级相机或专业级相机)可以被用作图像捕获装置。
再次回到图1，漫游者100还可以包括光学目标，例如棱镜130。棱镜130可以允许漫游者100尤其用作为对于另一漫游者、全站仪等的光学目标。在一个方面中，棱镜130可以包括任一装置或多个装置，上述装置可以具有促进另一位置测量装置(例如，电子的和/或光学的)获取棱镜130的特性(例如，反射性)。
漫游者100还可以包括距离测量子系统135。距离测量子系统135可以包括任何能够测量、推测或以其它方式确定从漫游者100到目标点的距离和/或两个目标点之间的距离的一个或多个装置。仅仅作为示例，在一个实施方式中，距离测量子系统可以为电子测距(electronic distance measurement，“EDM”)子系统，EDM子系统包括EDM装置，EDM装置可以例如为激光发射器/接收器组合，该激光发射器/接收器组合配置成发射激光和接收从目标点处的光学目标反射的光。
在一些实施方式的新颖方面中，距离测量子系统135配置成具有以下的能力：不仅在水平(或粗略的水平)面上而且还在偏离水平线的相对极端的角处执行距离测量。例如，这可以使得漫游者100在漫游者100的上方(例如，上到天花板、建筑物的楼顶等)测量距离和/或在漫游者100的下方(例如，下到检修孔等)测量距离，同时仍然保持漫游者100的纵向轴线垂直于(或总体垂直于)地面。由某些实施方式用于完成该功能的一种技术在于提供一种机制，通过该机制可使距离测量子系统135在竖直平面内(例如，沿着垂直于漫游者100的纵向轴线的轴线)旋转。在另一方面中，距离测量子系统135可以设置有与杆105的纵向轴线不同心的光圈。如此，可使距离测量子系统135旋转以向上或向下对准(在一些情况下，直到竖直)，同时杆105的纵向轴线被保持在基本上竖直的位置中。(当然，在其它实施方式中，距离测量子系统135的光圈可以与杆105的轴线对齐)。
图4提供了计算机系统400的一个实施方式的示意性视图，计算机系统400可以执行由各个其它实施方式提供的方法(如在此所描述的)，和/或可以用作为办公计算机、用于漫游者的控制子系统、和/或诸如此类。应当注意的是，图4只意在提供各种部件的总体视图，可以酌情使用各种部件中的每种部件中的一个或多个(或不使用这种部件)。因此，图4宽泛地示出了如何以相对分开的方式或相对更集成的方式实现各个系统元件。
所示出的计算机系统400包括可经由总线405电联接的硬件元件(或可以酌情以其它方式进行通信)。硬件元件可以包括一个或多个处理器410，一个或多个处理器410包括但不限于一个或多个通用处理器和/或一个或多个专用处理器(例如，数字信号处理芯片、图形加速处理器和/或诸如此类)；一个或多个输入装置415，一个或多个输入装置415可以包括但不限于鼠标、键盘和/或诸如此类；以及一个或多个输出装置420，一个或多个输出装置420可以包括但不限于显示装置、打印机和/或诸如此类。
计算机系统400还可以包括一个或多个存储装置425(和/或与一个或多个存储装置425通信)，一个或多个存储装置425可以包括但不限于本地可访问的存储器和/或网络可访问的存储器，和/或可以包括但不限于光盘驱动、驱动阵列、光学存储装置、固态存储装置(例如，随机存取存储器(“RAM”)和/或只读存储器(“ROM”))，一个或多个存储装置425可以是可编程的、可闪速更新的和/或诸如此类。这样的存储装置可以配置成实现任何适当的数据存储，包括但不限于各种文件系统、数据库结构和/或诸如此类。
计算机系统400还可以包括通信子系统430，通信子系统430可以包括但不限于调制解调器、网卡(无线的或有线的)、红外线通信装置、无线通信装置和/或芯片组(例如，BluetoothTM装置、802.11装置、WiFi装置、WiMax装置、WWAN装置、蜂窝通信设施等等)和/或诸如此类。通信子系统430可以允许与网络(举一个例子，例如下文中描述的网络)、与其它计算机系统、和/或与任何其它在此所描述的装置交换数据。在多种实施方式中，计算机系统400还将包括工作存储器435，工作存储器435可以包括如上面所描述的RAM装置或ROM装置。
计算机系统400还可以包括软件元件(显示为当前位于工作存储器435内)，这些软件元件包括操作系统440、装置驱动器、可执行库、和/或其它代码，例如一个或多个应用程序445，一个或多个应用程序445可以包括由各个实施方式提供的计算机程序和/或可以被设计成实施方法，和/或配置如在此所描述的由其它实施方式提供的系统。仅仅作为示例，针对上面所讨论的一种或多种方法而描述的一个或多个步骤可以实施为可由计算机(和/或计算机内的处理器)执行的代码和/或指令；然后，在一个方面中，这样的代码和/或指令可以用于配置和/或调整通用计算机(或其它装置)以执行根据所描述的方法的一个或多个操作。
一组这些指令和/或代码可以被编码和/或存储在永久性计算机可读存储介质(例如上面所描述的一个或多个存储装置425)上。在一些情况下，存储介质可以并入在计算机系统(例如，系统400)内。在其它实施方式中，存储介质可以与计算机系统分开(即，可移除的介质，例如光盘等)，和/或以安装包形式设置，从而存储介质可以用于利用其上存储的指令/代码来编程、配置和/或调整通用计算机。这些指令可以采用可执行代码的形式，该可执行代码可由计算机系统400执行；和/或可以采用源代码和/或可安装代码的形式，该源代码和/或可安装代码在编辑和/或安装在计算机系统400上(例如，使用多种通常可用的编辑器、安装程序、压缩/解压缩工具等中的任一者)之后则采用可执行代码的形式。
对于本领域的技术人员显而易见的是，根据具体的需求可以进行实质变型。例如，还可以使用定制硬件(例如，可编程逻辑控制器、现场可编程门阵列、专用集成电路和/或诸如此类)，和/或特定的元件可以用硬件、软件(包括可移植软件，例如小应用程序等)或二者来实现。此外，可以采用与其它计算装置(例如，网络输入/输出装置)的连接。
如上面所提到的，在一个方面中，一些实施方式可以采用计算机系统(例如，计算机系统400)来执行根据本发明的各种实施方式的方法。根据一组实施方式，响应于处理器410执行包含在工作存储器435中的一个或多个指令的一个或多个序列(其可以并入到操作系统440和/或其它代码中，例如应用程序445)，这样的方法的一些步骤或所有步骤由计算机系统400执行。这样的指令可以从另一计算机可读介质(例如，一个或多个存储装置425)被读入工作存储器435中。仅仅作为示例，执行包含在工作存储器435中的指令序列可以引起处理器410执行在此所描述的方法的一个或多个步骤。
在此所使用的术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指的是参与提供引起机器以特定方式操作的数据的任何介质。在使用计算机系统400实现的实施方式中，各种计算机可读介质可以涉及将指令/代码提供给一个或多个处理器410以备执行和/或可以用于存储和/或携带这样的指令/代码(例如，信号)。在多种实现方式中，计算机可读介质是永久性存储介质、物理存储介质和/或有形存储介质。这样的介质可以采取多种形式，包括但不限于非易失性介质、易失性介质和传输介质。非易失性介质例如包括光盘和/或磁盘(例如，存储装置425)。易失性介质包括但不限于动态存储器(例如，工作存储器435)。传输介质包括但不限于同轴电缆、铜线和光纤，其包括电线(包括总线405)以及通信子系统430的各个部件(和/或介质，通信子系统430通过该介质提供与其它装置的通信)。因此，传输介质还可以采用波(包括但不限于无线电波、声波和/或光波，例如在无线电波和红外数据通信过程中所生成的无线电波、声波和/或光波)的形式。
通常形式的物理的和/或有形的计算机可读介质例如包括软磁盘、软盘、硬盘、磁带、或任何其它磁性介质、CD-ROM、任何其它光学介质、RAM、PROM、EPROM、FLASH-EPROM、任何其它存储芯片或卡盘、在下文中所描述的载波、或计算机可从中读取指令和/或代码的任何其它介质。
各种形式的计算机可读介质可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带到一个或多个处理器410以备执行。仅仅作为示例，指令可以初始被携带在远程计算机的磁盘和/或光盘上。远程计算机可以将指令加载到其动态存储器中，并且将指令作为信号通过传输介质发送，以供计算机系统400接收和/或执行。根据本发明的各种实施方式，这些信号(其形式可以为电磁信号、声信号、光信号和/或诸如此类)为其上编码指令的载波的所有示例。
通信子系统430(和/或其部件)将通常接收信号，然后总线405可以将信号(和/或由信号携带的数据、指令等)携带到工作存储器435，一个或多个处理器405从工作存储器435检索并且执行指令。在由一个或多个处理器410执行之前或执行之后，由工作存储器435接收的指令可以可选择地存储在存储装置425上。
示例性图像分析技术
如上所述，各个实施方式可以提供用于识别共轭点、执行光束法平差、和/或执行其它图像分析的技术(体现为系统、方法、软件等)，并且在特定方面中，这样的技术可以利用在此描述为“内部重叠”和“相互间重叠”的图像特征。图5和图6示出了这些特征。
图5示出了(从上面看到的)图像捕获系统500，图像捕获系统500使用七个相机(在图5中未显示)提供了全景覆盖。每一相机具有视野505。这些视野在内部重叠区域510中重叠，为了易于识别在图5上用阴影标记内部重叠区域510。每一内部重叠区域将包含在由两个相邻相机拍摄的图像中；例如，在由具有视野505a和视野505b的相机捕获的图像中可以找到内部重叠图像510a。图6示出了(从上面看到的)在两个站处的图5的图像捕获系统500(该布置可以表示相同的图像捕获系统，该图像捕获系统可以从一站移动到另一站，或该布置可以表示在不同的站处的两个不同的图像捕获系统)。如从图6中可以看到，系统500的全景视野当在不同站处时在区域605(在此被称为“相互间重叠”区域)中重叠。
根据各个实施方式，可以使用这些相互关系以通过减小光束法平差所需的搜索区域来提供更有效的图像分析。例如，图7示出了该技术的一个示例。图7示出了位于两个站处的图像捕获系统(分别由在第一站处的图像捕获系统700a和在第二站处的图像捕获系统700b示出)。如上所述，该布置可以实施为顺序地位于两个不同站处的相同的图像捕获系统，或同时地或顺序地位于不同站处的两个不同的图像捕获系统。在一个方面中，图像捕获系统可以包括多个相机(例如，如上所述)，多个相机提供高达360°的全景视野。然而，为了便于说明，图7仅示出了来自每一站的部分视野，包括在第一站处的系统700a的两个相机的视野(示出为来自第一相机的视野705a和第二相机的视野705b)，和来自在第二站处的系统700b的单个相机的视野710。
如所示出的，来自第一站处的相机的两个视野705在内部重叠区域715中重叠。针对在该内部重叠715内找到的识别目标点720，可以基于在第一站处的系统700a的定向来确定方位角725。而且，给定具有各自的视野705a和视野705b的相机的已知相对定向的情况下，可以使用摄影测量技术来估计出离目标点的距离。目标点720的位置可以从视野705a和视野705b中的点立体对而相交。由于两个相机之间的短的基线距离，故该距离估算通常为范围730(该范围的大小取决于相机之间的基线)。更具体地，基线为两个相邻相机的投影中心之间的平移。在多个实施方式中，该基线将大约为5cm或小于5cm。目标点720被观测两次(一次是在视野705a中，一次是在视野705b中)。从内部重叠中的共轭点生成两个矢量(其从各自对应的相机的投影中心指向目标点720)，并且这两个矢量在点720处相交。
给定该方位角725和估算距离范围730的情况下，公开的技术可以识别视野710(在第二站处的系统700b的视野710)，在视野710中将找到目标点，这因为在各站处的系统700a和系统700b的位置和定向分别是已知的(利用上述的技术和在并入的申请中的技术)，并且对应于该视野710的由系统700b捕获的图像可以基于该识别的视野710而识别出。
此外，估算距离范围730可以用于识别搜索范围(在图7中由角α示出)，该搜索范围对应于估算距离范围730在由具有视野710(其包括目标点720)的相机捕获的图像上的投影。采用该方式，该技术可以不仅用于识别针对目标点应当搜索由在第二站处的图像捕获系统700b上的相机拍摄的数个图像中的哪个图像，而且用于识别在该图像内的搜索范围，这可以使得共轭点的识别更为高效(例如，通过减少处理时间)和/或更为准确(例如，通过减小不正确匹配的可能性)，如上所述。
图8示出了根据各个实施方式的图像分析的方法800。尽管为了便于描述而将图8的方法800示出为单一方法，但是应当理解的是，该方法的各种技术和步骤可以以任何合适的方式组合以根据不同实施方式提供各种方法。类似地，尽管出于说明目的而按照一定顺序描绘和/或描述了方法800的技术和步骤，但是应当理解的是，在各个实施方式的范围内，可以重新排序和/或省略某些步骤。而且，尽管方法800(和其步骤)可以通过针对图1至图7描述的系统(或其部件)来实施(并且，在一些情况下，该方法800在下文中针对这些系统来描述)，但是这些方法也可以使用任何合适的硬件实现而实施。类似地，尽管针对图1至图7所描述的系统(和/或其部件)可以根据方法800操作(例如通过执行在计算机可读介质上体现的指令)，但是这些系统也可以根据其它操作模式操作和/或执行其它合适的步骤。
在一些实施方式中，方法800包括将图像捕获系统在站处定向(框805)，并且通过在该站处的图像捕获系统捕获一个或多个图像(框810)。如上所述，有数种技术可以用于定向图像捕获系统(即确定图像捕获系统的定向)，并且根据方法800可以使用任何这样的技术。类似地，图像捕获系统可以包括多种不同类型的相机和其它设备，以及任何这样的设备可以用于捕获图像，只要那些图像可以被定向。仅仅作为示例，如上所述，在一些情况下，图像捕获系统可以包括多个全景图传感器，以及该方法可以包括利用来自一个站的两个(或更多个)相邻图像传感器捕获图像，之后将该系统移动到另一站，并且利用来自第二站的一个(或两个)传感器捕获图像。在其它情况下，图像捕获系统可以包括航拍相机，并且一个或多个所捕获的图像可以为航拍图像。
方法800还可以包括在两个图像中识别内部重叠区域(框815)；在一个方面中，该内部重叠区域可以具有在第一图像和第二图像中的共同的视野。例如，参考图7，该方法可以包括利用具有视野705a的相机捕获图像，以及利用具有视野705b的相机捕获图像，同时图像捕获系统位于第一站处。如上所述，可以校准该系统，从而第一相机具有已知的相对于第二相机的平移和定向。在该情况下，内部重叠区域可以被识别(并且将构成由在任何站处的那两个相机捕获的各自图像的相同的相对部分)。例如，图像捕获系统可以配置成内部重叠在每一图像的大约1％和每一图像的大约50％之间(每一图像的比例(其为内部重叠的一部分)在两个图像中不必相同，尽管如果使用相同类型的相机来收集两个图像则通常将是这样)。更具体地说，在某些实施方式中，内部重叠可以在每一视野的大约5％和每一视野的大约20％之间，和/或在每一视野的大约8％和每一视野的大约12％之间。在其它情况下，在两个相机之间可以不具有规定的平移和/或定向，并且可以使用其它技术来识别内部重叠区域(例如，通过在拍摄图像时计算每一相机的相对定向等)。
类似地，在一个方面中，方法800还可以包括在三个或更多个图像中识别相互间重叠区域(框820)；在一个方面中，相互间重叠区域可以具有每一图像中的公共视野。在特定方面中，相互间重叠区域将包括从多个站捕获的图像中的公共视野。例如，在特定实施方式中，如图6所示，图像捕获系统可以从第一站捕获多个图像，并且从第二站捕获多个图像。在一个方面中，相互间重叠区域将为这样的区域：该区域可以在从第一站捕获的至少一个图像和从第二站捕获的至少一个图像中找到；在另一方面中，相互间重叠可以包括从第一站捕获的图像中的两个图像的内部重叠的至少一部分。
在一些实施方式中，方法800还包括(在框825)识别共轭点在两个图像(例如，两个立体图像，例如由在第一站处的图像捕获系统的相邻相机拍摄的两个图像)中的坐标位置。在一个方面中，共轭点可以为在两个图像中可识别的任何点；这样的点可以为在每一图像中捕获的自然特征或人造特征；在一些情况下，共轭点可以为放置在捕获图像的相机的视野中的光学目标。传统的图像分析和/或摄影测量技术可以用于识别共轭点在每一图像中的坐标位置。此外，如果内部重叠区域已经被识别，则分析图像以识别共轭点可以限于分析内部重叠区域。
在框830，方法800可以包括计算从一个或多个相机(例如，在第一站处捕获图像的一个或多个相机)的投影中心到共轭点的估算距离范围。在一些方面中，该计算可以基于共轭点在捕获的图像中的坐标位置。仅仅作为示例，当已知两个相机的相对定向时(例如，当相机为成像系统的一部分并且固定在已知的相对位置和相对平移中时)，可以计算从相机的投影中心、穿过共轭点在由该相机捕获的图像中的坐标位置的线。来自不同相机的两条或更多条这样的线的相交可以用于估算共轭点距这些相机中的一者(或两者)的投影中心的距离。如上所述，在典型的图像捕获系统中，这两个相机之间的基线将是短的(例如，在多种情况下为几英寸)，从而难以精确确定该距离；然而，甚至在该情况下，也可以估算出相对窄的距离范围(例如，在一些情况下为五米或小于五米，这取决于匹配算法的精度)。
在一些实施方式中，方法800包括识别在其中可找到共轭点的第三图像(例如，从一个或多个其它站拍摄的多个图像中的图像)(框835)。可以根据下列项识别适当的图像：估算的距离范围、从第一站到共轭点的方位角(其可以基于图像捕获系统的定向和共轭点在一个或多个图像中的坐标位置来确定)、第二站的定向、和/或两个站之间的相对位置。例如，再次参考图7，具有视野710的图像可以被识别为适当的图像，用以基于下列项搜索共轭点：站700a和站700b的相对位置和/或定向、距共轭点720的方位角725、以及距离点720的估算距离范围。如所示出的，这些因素的组合指示出，将在从具有视野710的相机拍摄的图像中找到该点，而非从在站700b处的图像捕获系统上的其它相机中的一者(未显示)。
方法800还可以包括在第三图像中限定搜索区域(框840)。在一个方面中，搜索区域可以基于下列项来限定：计算出的从第一站到共轭点的估算距离范围、从第一站到共轭点的方位角、和/或一个或多个图像捕获系统在第一站和第二站处的相对位置和/或定向。仅仅作为示例，再次参考图7，由具有视野710的相机捕获的图像中的共轭点720的搜索区域可以被限定为对应于角α的一条图像，其表示估算距离范围730在第二站700b处的相机的视野710上的投影。然后，在一个方面中，图像中的限定的搜索区域可以为该图像的由该角α和图像的整个竖直分辨率限定的一部分(水平测量)。因此，搜索区域可以被视为图像的竖直条，该竖直条对应于距第一站的估算距离范围在第二站处的相机的视野上的投影(或从该相机拍摄的图像)。
在另一方面中，如果从第一站拍摄的图像中的至少一者被定向(例如，已知了图像捕获装置的位置和角度定向)，则也可以限定搜索区域的竖直维度，并且可以根据图像的整个竖直分辨率将该竖直维度缩窄到那个区域的某个子集。例如，使用估算距离范围和图像中的坐标位置的高度，可以识别出估算的高度范围；该估算的高度范围可以用于通过将搜索区域限制到相同的估算的高度范围而在第三图像中建立搜索区域的竖直维度。
根据一些实施方式，方法800可以包括分析限定的搜索区域(框845)以识别共轭点在第三图像(例如，从另一站拍摄的图像)中的坐标位置(框850)。在一方面中，对第三图像的分析限于仅对搜索区域的分析，这可以大幅减少在第三图像中分析的像素的数目。如上所述，传统的图像分析技术可以用于在第三图像中识别该坐标位置；然而，某些实施方式的主要获益点是该分析的使用可以限于所限定的搜索区域，而非整个图像。该限制不仅可以很大程度上加快处理速度，而且其还可以提高该分析的精度，这是因为对搜索区域的限制减小了当识别共轭点时产生误报的分析的可能性(由于在限定的搜索区域外部的任何候选点甚至可能不被视为可能的共轭点)。
在框855，方法800可以包括例如使用传统的技术对三个图像执行光束法平差计算。根据该光束法平差计算，图像可以相对于彼此定向(框860)；例如，尽管已经可以将第一图像和第二图像(从同一站拍摄的两个图像)相对于彼此定向，但是该方法800可以包括将第三图像(从另一站拍摄的图像)与前两个图像中的任一者或两者定向。附加地和/或可替选地，定向图像可以包括将一些图像或所有图像相对于局部坐标系或全球坐标系定向。
然后，方法800可以包括计算共轭点在局部坐标系或全球坐标系中的位置(框865)，该计算基于该点在所定向的图像中的两个或更多个图像中的坐标位置。类似地，可以计算在两个或更多个图像中捕获的任何其它兴趣特征(例如，建筑物拐角、自然特征、相交边界等)的位置(框870)。仅仅作为示例，一旦三个(或更多个)图像已经相对于坐标系被定向，则在该同一坐标系中可以利用传统的摄影测量分析来计算在图像中找到的任何点的位置。
尽管已经针对示例性实施方式描述了某些特征和方面，但是本领域的技术人员将认识到，可以进行多种修改。例如，在此所描述的方法和过程可以利用硬件组件、软件组件和/或二者的任何组合来实施。此外，尽管为了便于说明而可以针对特定结构和/或功能组件描述在此描述的各种方法和/或过程，但是由各种实施方式提供的方法不限于任何特定结构和/或功能架构，而是可以在任何合适的硬件、固件和/或软件配置上实施。类似地，尽管某些功能归属于某些系统组件，但除非上下文另有指示，否则该功能可以分布在根据数个实施方式的各种其它系统组件中。
而且，尽管为了便于说明而以特定顺序描述在此所描述的方法和过程的步骤，但是除非上下文另有指示，否则可以根据各个实施方式重新排序、增加和/或省略各个步骤。而且，针对一种方法和过程所描述的步骤可以并入在其它所描述的方法或过程中；同样地，根据特定结构架构和/或针对一个系统所描述的系统组件可以被编排在替选的结构架构中和/或并入在其它所描述的系统中。因此，尽管为了方便说明和为了示出那些实施方式的示例性方面而在带有或不带有某些特征的情况下描述各种实施方式，但是针对特定的实施方式在此描述的各种组件和/或特征可以在其它所描述的实施方式中被替换、增加和/或减少，除非上下文另有指示。因此，尽管上文描述了数个示例性实施方式，但是将理解的是，本发明意图覆盖在所附权利要求的范围内的所有的修改和等效物。

Claims (27)

1.一种使用重叠区域优化光束法平差的系统，所述系统包括：
图像捕获系统，所述图像捕获系统包括多个图像传感器，所述图像捕获系统配置成：
当在第一站处被定向时，利用具有第一投影中心的第一图像传感器来捕获第一图像；
当在所述第一站处被定向时，利用具有第二投影中心的第二图像传感器来捕获第二图像；
当在第二站处被定向时，利用所述多个图像传感器中的具有第三投影中心的一个图像传感器来捕获第三图像；以及
计算机，所述计算机包括处理器和永久性计算机可读介质，所述永久性计算机可读介质具有能够由所述处理器执行以引起所述计算机执行一个或多个操作的一组指令，所述一组指令包括：
确定所述第一图像和所述第二图像中的内部重叠区域的指令，所述内部重叠区域具有在所述第一图像和所述第二图像中的公共视野并且由所述第一图像传感器的视野和所述第二图像传感器的视野之间的重叠限定；
确定所述第一图像、所述第二图像和所述第三图像中的相互间重叠区域的指令，所述相互间重叠区域具有在所述第一图像、所述第二图像和所述第三图像中的公共视野；
识别在所述第一图像和所述第二图像的所述内部重叠区域中以及在所述第一图像、所述第二图像和所述第三图像的所述相互间重叠区域中捕获的共轭点在所述第一图像中的第一坐标位置的指令；
识别所述共轭点在所述第二图像中的第二坐标位置的指令；
至少部分地基于所述第一坐标位置和所述第二坐标位置计算从所述第一站到所述共轭点的估算距离范围的指令，其中，所述估算距离范围对应于所述第三图像的片段；
至少部分地基于计算出的所述估算距离范围以及所述图像捕获系统在所述第一站和所述第二站处的相对定向，来限定在所述第三图像中的搜索区域的指令；
分析所述搜索区域以识别所述共轭点在所述第三图像中的第三坐标位置的指令，其中，对所述第三图像的分析被限于对所述搜索区域的分析，并且，对所述分析的限制大幅减少了在所述第三图像中的由所述计算机分析的像素的数目；以及
至少部分地基于所述共轭点的所述第一坐标位置、所述第二坐标位置、和所述第三坐标位置，来执行光束法平差计算以将所述第三图像相对于所述第一图像和所述第二图像中的至少一者定向的指令。
2.一种使用重叠区域优化光束法平差的方法，所述方法包括：
利用计算机识别共轭点在第一图像中的第一坐标位置；
利用所述计算机识别所述共轭点在第二图像中的第二坐标位置；
利用所述计算机至少部分地基于所述第一坐标位置和所述第二坐标位置，来计算从所述第一图像和所述第二图像中的至少一者的投影中心到所述共轭点的估算距离范围；
利用所述计算机至少部分地基于计算出的所述估算距离范围以及图像捕获系统在第一站和第二站处的相对定向，来限定在第三图像中的搜索区域；以及
利用所述计算机分析所述搜索区域以识别所述共轭点在所述第三图像中的第三坐标位置。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：
在所述第一站处定向所述图像捕获系统，所述图像捕获系统包括多个图像传感器；
利用第一图像传感器在所述第一站处捕获所述第一图像；
利用第二图像传感器在所述第一站处捕获所述第二图像；
在所述第二站处定向所述图像捕获系统；以及
利用所述多个图像传感器中的一者在所述第二站处捕获所述第三图像。
4.如权利要求3所述的方法，还包括：
至少部分地基于计算出的所述估算距离范围以及所述图像捕获系统在所述第一站和所述第二站处的相对定向，从在所述第二站处捕获的多个图像中识别所述第三图像。
5.如权利要求3所述的方法，其中，所述多个图像传感器围绕所述图像捕获系统的中心轴线径向地附接，并且配置成当在所述第一站处被定向时捕获多个图像，所述多个图像包括所述第一图像和所述第二图像，并且共同地提供围绕所述图像捕获系统的360度的全景拼接。
6.如权利要求3所述的方法，其中，在所述多个图像传感器中，所述第一图像传感器邻近于所述第二图像传感器。
7.如权利要求3所述的方法，其中，所述图像捕获系统被校准使得所述第一图像传感器相对于所述第二图像传感器具有已知的平移和定向。
8.如权利要求3所述的方法，其中，所述第一图像传感器当在所述第一站处时具有第一视野，并且所述第二图像传感器当在所述第一站处时具有第二视野，并且，所述共轭点在由所述第一视野和所述第二视野之间的重叠限定的内部重叠区域内。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一视野和所述第二视野之间的所述重叠在每个所述视野的1％和每个所述视野的50％之间。
10.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一视野和所述第二视野之间的所述重叠在每个所述视野的5％和每个所述视野的20％之间。
11.如权利要求8所述的方法，其中，所述第一视野和所述第二视野之间的所述重叠在每个所述视野的8％和每个所述视野的12％之间。
12.如权利要求3所述的方法，其中，所述计算机与所述图像捕获系统集成在一起。
13.如权利要求3所述的方法，其中，所述计算机与所述图像捕获系统分开。
14.如权利要求3所述的方法，其中，所述计算机还包括配置成与所述图像捕获系统通信的通信接口。
15.如权利要求14所述的方法，其中，所述通信接口在所述图像捕获系统和所述计算机之间提供无线通信。
16.如权利要求2所述的方法，其中，计算出的所述估算距离范围对应于所述第三图像的片段。
17.如权利要求2所述的方法，还包括将对所述第三图像的分析限制到对所述搜索区域的分析。
18.如权利要求2所述的方法，还包括：
利用所述计算机至少部分地基于所述共轭点的所述第一坐标位置、所述第二坐标位置和所述第三坐标位置，来执行光束法平差计算以将所述第三图像相对于所述第一图像和所述第二图像中的至少一者定向。
19.如权利要求2所述的方法，还包括：
利用所述计算机识别在所述第一图像和所述第二图像中的内部重叠区域，所述内部重叠区域具有在所述第一图像和所述第二图像中的公共视野。
20.如权利要求2所述的方法，还包括：
利用所述计算机识别在所述第一图像、所述第二图像、和所述第三图像中的相互间重叠区域，所述相互间重叠区域具有在所述第一图像、所述第二图像、和所述第三图像中的公共视野。
21.如权利要求2所述的方法，还包括：
相对于局域坐标系或全球坐标系定向所述图像中的至少一者。
22.如权利要求21所述的方法，还包括：
计算所述共轭点在所述局域坐标系或所述全球坐标系中的位置。
23.如权利要求2所述的方法，还包括：
定向所述第一图像和所述第二图像中的至少一者；以及
至少部分地基于计算出的所述估算距离范围以及所述第一图像和所述第二图像中的至少一者的定向来限定所述搜索区域的竖直维度。
24.如权利要求2所述的方法，其中，所述图像中的至少一者为在地平面处从所述图像捕获系统拍摄的全景图像。
25.如权利要求2所述的方法，其中，所述图像中的至少一者为航拍图像。
26.一种使用重叠区域优化光束法平差的设备，所述设备包括：
永久性计算机可读介质，所述永久性计算机可读介质具有编码在所述永久性计算机可读介质上的、能够由一个或多个计算机执行以进行一个或多个操作的一组指令，所述一组指令包括：
识别共轭点在第一图像中的第一坐标位置的指令；
识别所述共轭点在第二图像中的第二坐标位置的指令；
至少部分地基于所述第一坐标位置和所述第二坐标位置，来计算从所述第一图像和所述第二图像中的至少一者的投影中心到所述共轭点的估算距离范围的指令；
至少部分地基于计算出的所述估算距离范围以及图像捕获系统在第一站和第二站处的相对定向来限定第三图像中的搜索区域的指令；以及
分析所述搜索区域以识别所述共轭点在所述第三图像中的第三坐标位置的指令。
27.一种计算机系统，所述计算机系统包括：
一个或多个处理器；以及
与所述一个或多个处理器通信的计算机可读介质，所述计算机可读介质具有编码在所述计算机可读介质上的、能够由所述计算机系统执行以进行一个或多个操作的一组指令，所述一组指令包括：
识别共轭点在第一图像中的第一坐标位置的指令；
识别所述共轭点在第二图像中的第二坐标位置的指令；
至少部分地基于所述第一坐标位置和所述第二坐标位置，来计算从所述第一图像和所述第二图像中的至少一者的投影中心到所述共轭点的估算距离范围的指令；
至少部分地基于计算出的所述估算距离范围以及图像捕获系统在第一站和第二站处的相对定向来限定第三图像中的搜索区域的指令；以及
分析所述搜索区域以识别所述共轭点在所述第三图像中的第三坐标位置的指令。
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