CN105700547A - 一种基于导航飞艇的空中立体视频街景系统及实现方法 - Google Patents

Abstract

一种基于导航飞艇的空中立体视频街景系统及实现方法。本发明以导航飞艇自动飞行和人工飞行相结合的取景模式，获取空中视频街景，高效低成本解决传统街景数据采集更新的难题。本发明通过旋翼飞艇拍摄空中全景视频，以经纬度为坐标，按照飞行高度划分层次，形成城市的空中视频街景，具有更大的视野与高度，全方位展示城市立体空间，有效改变当前地面街景受道路缺乏、建筑阻碍、地表起伏等多种限制及死角情形，可以从空中覆盖城市任何区域。同时，以活动视频街景取代静态街景，更能真实、动态、大数据量地展示现实空间。

Description

一种基于导航飞艇的空中立体视频街景系统及实现方法

技术领域

本发明涉及飞行器领域，尤其涉及一种基于导航飞艇的空中立体视频街景系统及实现方法。

背景技术

随着互联网技术及视频图像等技术的发展，街景已成为互联网地图的一种通用技术。一方面将360度全景图像投影在球形坐标系上，用户通过鼠标旋转、放大缩小等操作即可获取多维视觉信息。另一方面，通过360度全景摄像头进行视频拍摄已成为视频监控的主流，而且多摄像头的全景拼接也已被大量采用。

当前视频街景系统多采用街景车拍摄地面静态二维数据，缺乏空中观察能力及三维、动态视觉效果；且受制于地面道路和车辆交通的可到达性，无法实现城市全方位覆盖；另外，街景地图需要大量数据更新维护，地面采集方式投入大、周期长、成本高。

发明内容

有鉴于此，我们提供了一种具有更大视野与高度，能全方位展示城市立体空间，可以从空中覆盖城市任何区域的基于导航飞艇的空中立体视频街景系统及实现方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于导航飞艇的空中立体视频街景系统，包括旋翼飞艇，还包括：

定位导航系统，用于动态获取所述旋翼飞艇的位置信息，进行三维导航飞行或辅助人工控制飞行；

云台及多镜头高清摄像机，用于获取全方位立体全景视频，包括飞行动态拍摄和悬浮静态拍摄；

地面站全景视频服务器及地图服务器，对飞艇所拍摄视频进行定位、投影，按照拍摄点的立体位置建立球形坐标系，进行视频投影变换，建立城市空中视频街景数据库；城市三维地图系统，安装于上述全景视频及地图服务器上，用于定位匹配所述城市空中街景数据库，并与地面街景形成互补效应，全方位覆盖城市立体空间。

进一步地，所述定位导航系统包括导航控制点和定位服务器，并通过GPS、北斗、手机基站、无线局域网等某种或多种组合方式，获取其经纬度及高程，在城市上空进行基于设定线路的自动导航飞行，或在人工遥控状态下飞行。

进一步地，所述旋翼飞艇上还设有碰撞感应模块、动力控制模块和超声波发射感应模块，所述碰撞感应模块用于检测碰撞信号，并将碰撞信号传输至动力控制模块，所述超声波发射感应模块用于侦测旋翼飞艇四周的障碍物，发现障碍物则将障碍物及其距离信号传输至动力控制模块，所述动力控制模块根据碰撞信号或障碍物的距离信号自动调整旋翼飞艇的动力、飞行姿态及飞行方向。

进一步地，所述旋翼飞艇上还设有无线电通信控制模块，所述无线电通信控制模块与所述动力控制模块相集成，用于完成地面站到旋翼飞艇的遥控指令的发送接收，以及旋翼飞艇到地面站的飞行数据及视频图像的发送，并将地面站的遥控指令传输至所述动力控制模块，所述动力控制模块根据地面站的遥控指令调整旋翼飞艇的动力、飞行姿态及飞行方向。

进一步地，还包括安装在飞艇和地面站的无线通信系统，具体可包括无线电数据链或WIFI等连接方式。

另外，一种基于导航飞艇的空中立体视频街景系统的实现方法，包括下述步骤：

S101：在旋翼飞艇上安装导航控制点、多镜头高清摄像机及云台、无线通信系统，其中导航控制点通过GPS、北斗、手机基站或者无线局域网等技术(一种或多种组合)，与无线通信系统以及地面定位服务器相结合，获取飞艇的经纬度及高程，进行基于设定线路的自动导航飞行，或在人工遥控状态下飞行；

S102：通过所述摄像机及云台获取飞行线路相关位置的全方位立体全景视频；

S103：将全景视频通过无线通信传输至地面站全景视频服务器，进行存储、处理，分解为多帧街景图像，并投影到相应位置球形坐标系上；

S104：将所述多帧街景图像进行叠加、连续播放，并在所述多帧街景图像之间建立基于用户操作的视频流通道；

S105：参照视频采集点的经纬度，与城市三维地图系统进行位置匹配，实现基于城市地图的空中街景视频的查询与显示；

S106：将上述空中全景视频与城市三维地图系统、地面街景通过互联网集成发布，使用户获取从地表到空中的多维视觉信息。

进一步地，S104中，所述视频流通道基于用户(鼠标)操作轨迹建立。

进一步地，S104中，进一步包括：

S1041：对所述全景视频解码为多帧全景图像；

S1042：根据用户所需观看全景视频的位置矢量和显示范围，从所述全景视频中截取对应区域，并转换坐标得到观看视角的平面图像；

S1043：对平面图像进行图像增强、缩放等处理；

S1044：将处理后的平面图像存入用户端显示设备显存中；

S1045：返回步骤S1041。

本发明实施例的基于导航飞艇的空中立体视频街景系统及实现方法，通过空间定位导航系统动态获取旋翼飞艇的位置信息，并根据上述信息及规划线路进行三维空间导航，实现导航飞艇自动飞行和人工飞行相结合的取景模式，从而高效低成本解决视频街景数据采集更新的难题。

同时，本发明通过飞艇拍摄空中全景视频，以经纬度为平面坐标，按照高度划分层次，形成城市空中视频街景，具有更大的视野与高度，全方位展示城市立体空间，有效改变地面街景受道路、建筑、地表材质等多种障碍的限制及留有死角的情形，可以从空中覆盖城市任何区域。

另外，以活动视频街景取代静态街景，更能真实、动态、大数据量地展示现实空间。

附图说明

图1是本发明提供的基于定位飞艇的立体视频街景系统的旋翼飞艇内部结构示意图。

图2是本发明提供的基于导航飞艇的空中立体视频街景系统的整体结构示意图。

图3是本发明提供的基于导航飞艇的空中立体视频街景系统的实现方法的整体流程图。

图4是本发明提供的基于导航飞艇的空中立体视频街景系统的实现方法中S103的步骤流程图。

图5是利用图4和图3所示的基于导航飞艇的空中立体视频街景系统的实现方法进行处理的图像信息演示图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1～图2所示，一种基于导航飞艇的空中立体视频街景系统，包括旋翼飞艇100，旋翼飞艇100艇囊外侧的多个突出部位可增设碰撞感应模块110，用于检测碰撞信号。

进一步地，所述旋翼飞艇100上还设有动力控制模块120和超声波发射感应模块130，超声波发射感应模块130用于侦测旋翼飞艇100四周的障碍物，发现障碍物则将障碍物及其距离信号传输至动力控制模块120；动力控制模块120根据碰撞感应模块110发出的碰撞信号或超声波发射感应模块130所获取的障碍物的距离信号自动调整旋翼飞艇100的动力、飞行姿态及飞行方向。

进一步地，旋翼飞艇100上还可通过无线电通信控制模块140与动力控制模块120相集成，用于完成地面站到旋翼飞艇100的遥控指令的发送接收，以及旋翼飞艇100到地面站的视频图像的发送，并将地面站的遥控指令传输至动力控制模块120，动力控制模块120根据地面站的遥控指令调整旋翼飞艇100的动力、飞行姿态及飞行方向。

进一步地，本发明还包括：用于动态获取旋翼飞艇100位置信息的定位导航系统200，进行三维导航飞行或辅助人工控制飞行。其中，定位导航系统200包括导航控制点210和定位服务器220，可通过GPS、北斗、手机基站、无线局域网等某种或多种方式，与定位服务器220相结合，获取其经纬度及高程，在城市上空进行基于设定线路的自动飞行，或在人工遥控状态下飞行。

具体导航方式为：定位服务器220向无线电通信控制模块140发送导航信息，无线电通信控制模块140将导航信息传输至动力控制模块120，动力控制模块120根据导航信息控制旋翼飞艇100前后、上下、左右、快慢等运动模式，实现三维导航飞行；或通过发送人工遥控指令进行人工控制飞行。

进一步地，本发明还包括：云台及多镜头高清摄像机300，用于获取全方位立体全景视频，包括飞行动态拍摄和悬浮静态拍摄。云台及多镜头高清摄像机300可获取360度水平视野和180度垂直视野的高清视频。旋翼飞艇100通过云台及多镜头高清摄像机300，按照事先规划的线路进行全自动飞行拍摄，完成对城市空间的无障碍、全方位扫描，或者在人工遥控下有针对性地飞行拍摄；并且可以按照不同高程，进行空中分层拍摄。由于旋翼飞艇100在动力、成本、可操作性及安全性上的优势，因此可自动、高效、全天候进行数据采集及更新。

进一步地，地面站还包括全景视频服务器400，云台及多镜头高清摄像机300和全景视频服务器400之间可以通过地面站的无线通信系统500实现连接，与安装于旋翼飞艇100的无线电通信控制模块140相连接，具体连接方式可包括无线电数据链及WIFI等。

在本实施例中，全景视频服务器400用于存储、处理水平360°*垂直180°的空中全景视频。将视频分解为多帧全景视频，并投射到球形坐标系上。具体地，将水平360°*垂直180°的视频分解为24帧/秒的街景视频，分解获得的街景视频投影到球形坐标系，通过当前商业静态街景程序，即可实现对单帧视频的鼠标旋转展示。

进一步地，上述空中立体视频街景系统还包括与城市空中街景数据库相匹配的城市三维地图系统600，安装于全景视频服务器400中，通过其定位上述视频街景，并与地面街景视频形成互补效应，全方位覆盖城市立体空间。

请再参阅图3，另外，本发明还提供了一种基于定位导航飞艇的立体视频街景系统的实现方法，包括下述步骤：

S101：在旋翼飞艇100上安装导航控制点210、云台及多镜头高清摄像机300、无线通信系统500，其中导航控制点210通过GPS、北斗、手机基站、无线局域网等技术(一种或多种组合)，并通过无线通信系统与定位服务器220相结合，确定飞艇的经纬度及高程，在城市上空进行基于设定线路的自动导航飞行，或在人工遥控状态下飞行；

S102：通过云台及多镜头高清摄像机300获取飞行线路相关位置的全方位立体全景视频；

S103：将全景视频通过无线通信系统500传输至地面站全景视频服务器400，进行存储、处理，分解为多帧街景图像，并投影到相应位置球形坐标系上；

S104：将多帧街景图像进行叠加、连续播放，并在多帧街景图像之间建立基于用户操作的视频流通道；

S105：参照其全景视频采集点的经纬度与城市三围地图系统进行位置匹配，实现基于城市地图的定位视频查询与显示；

S106：将上述全景视频与城市三维地图系统600、地面街景相集成，通过互联网集成发布，使用户获取从地表到空中的多维视觉信息。

进一步地，在S104中，所述视频流通道基于用户(鼠标)操作轨迹建立。全景视频在客户端以24帧/秒进行刷新替换，当用户操纵鼠标在球形坐标系上移动时，通过度量移动距离(角度)及时间，换算、选择该位置、时间点所对应的下一视频帧的相关显示范围，获得正确的视频流变化视图。

请再参阅图4，进一步地，在S104中，进一步包括：

S1041：将全景视频400解码为多帧全景视频图像IP(t)，其中t表示视频时间；

S1042：接收鼠标、键盘等输入设备输入t时刻所需观看全景视频位置矢量L(t),(包括X,Y,Z坐标)、视角矢量θ(t)(包括水平视角θH、垂直视角θV)等，另外获取显示设备范围，并根据输入所需观看位置L(t)、视角θ(t)等信息，对360度全景视频截取对应区域Ipart(t)∈IP(t)，并做转换坐标得到观看视角的平面图像Iview(t)，表示为Iview(t)＝f(IP(t),L(t),θ(t),D)，f()为坐标变换函数，示例如下图5。该坐标变换函数f()根据视图采集设备、标定等特征而有所不同；

S1043：对平面图像Iview(t)进行图像增强、缩放等处理，提高可视图像的质量和效果；

S1044：将处理后的平面图像存入网络客户端显存中，用于图像显示和后续处理，如视频分析与识别；

S1045：返回步骤S1041。

通过上述处理，当鼠标在屏幕上移动时，可自动生成下一时刻应该显示的平面图像序列。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于导航飞艇的空中立体视频街景系统，包括旋翼飞艇，其特征在于，还包括：

定位导航系统，用于动态获取所述旋翼飞艇的位置信息，进行三维导航飞行或辅助人工控制飞行；

云台及多镜头高清摄像机，用于获取全方位立体全景视频，包括飞行动态拍摄和悬浮静态拍摄；

地面站全景视频服务器及地图服务器，对飞艇所拍摄视频进行定位、投影，按照拍摄点的立体位置建立球形坐标系，进行视频投影变换，建立城市空中视频街景数据库；城市三维地图系统，安装于上述全景视频及地图服务器上，用于定位匹配所述城市空中街景数据库，并与地面街景形成互补效应，全方位覆盖城市立体空间。

2.如权利要求1所述的基于导航飞艇的空中立体视频街景系统，其特征在于，所述定位导航系统包括导航控制点和定位服务器，并通过GPS、北斗、手机基站、无线局域网等某种或多种组合方式，获取其经纬度及高程，在城市上空进行基于设定线路的自动导航飞行，或在人工遥控状态下飞行。

3.如权利要求1或2所述的基于导航飞艇的空中立体视频街景系统，其特征在于，所述旋翼飞艇上还设有碰撞感应模块、动力控制模块和超声波发射感应模块，所述碰撞感应模块用于检测碰撞信号，并将碰撞信号传输至动力控制模块，所述超声波发射感应模块用于侦测旋翼飞艇四周的障碍物，发现障碍物则将障碍物及其距离信号传输至动力控制模块，所述动力控制模块根据碰撞信号或障碍物的距离信号自动调整旋翼飞艇的动力、飞行姿态及飞行方向。

4.如权利要求3所述的基于导航飞艇的空中立体视频街景系统，其特征在于，所述旋翼飞艇上还设有无线电通信控制模块，所述无线电通信控制模块与所述动力控制模块相集成，用于完成地面站到旋翼飞艇的遥控指令的发送接收，以及旋翼飞艇到地面站的飞行数据及视频图像的发送，并将地面站的遥控指令传输至所述动力控制模块，所述动力控制模块根据地面站的遥控指令调整旋翼飞艇的动力、飞行姿态及飞行方向。

5.如权利要求4所述的基于导航飞艇的空中立体视频街景系统，其特征在于，还包括安装在飞艇和地面站的无线通信系统，具体可包括无线电数据链或WIFI等连接方式。

6.一种基于导航飞艇的空中立体视频街景系统的实现方法，其特征在于，包括下述步骤：

S101：在旋翼飞艇上安装导航控制点、多镜头高清摄像机及云台、无线通信系统，其中导航控制点通过GPS、北斗、手机基站或者无线局域网等技术(一种或多种组合)，与无线通信系统以及地面定位服务器相结合，获取飞艇的经纬度及高程，进行基于设定线路的自动导航飞行，或在人工遥控状态下飞行；

S102：通过所述摄像机及云台获取飞行线路相关位置的全方位立体全景视频；

S103：将全景视频通过无线通信传输至地面站全景视频服务器，进行存储、处理，分解为多帧街景图像，并投影到相应位置球形坐标系上；

S104：将所述多帧街景图像进行叠加、连续播放，并在所述多帧街景图像之间建立基于用户操作的视频流通道；

S105：参照视频采集点的经纬度，与城市三维地图系统进行位置匹配，实现基于城市地图的空中街景视频的查询与显示；

S106：将上述空中全景视频与城市三维地图系统、地面街景通过互联网集成发布，使用户获取从地表到空中的多维视觉信息。

7.如权利要求6所述的基于定位导航飞艇的立体视频街景系统的实现方法，其特征在于，S104中，所述视频流通道基于用户(鼠标)操作轨迹建立。

8.如权利要求6所述的基于定位导航飞艇的立体视频街景系统的实现方法，其特征在于，S104中，进一步包括：

S1041：对所述全景视频解码为多帧全景图像；

S1042：根据用户所需观看全景视频的位置矢量和显示范围，从所述全景视频中截取对应区域，并转换坐标得到观看视角的平面图像；

S1043：对平面图像进行图像增强、缩放等处理；

S1044：将处理后的平面图像存入用户端显示设备显存中；

S1045：返回步骤S1041。