CN107301677A - 一种三维建模的车载移动影像采集装置及采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种三维建模的车载移动影像采集装置及采集方法。该装置包括有卫星定位接收机、单反相机、全景相机、同步控制器单元和数据处理中心，所述同步控制器单元经线路连接单反相机、全景相机以及卫星定位接收机，所述单反相机、全景相机以及卫星定位接收机连接有数据处理中心。由于基于北斗增强三星CORS系统的卫星定位接收机的存在，可以精确获取地面高程在内的移动车辆运动轨迹，得到三维建模时地形起伏的变化数据；同时同步控制器单元同步控制单反相机和全景相机，从而便于获取城市道路及景观高分辨率街景和全景影像数据，从而满足城市三维建模对高质量纹理的需要。
Description
技术领域
本发明涉及三维建模纹理采集技术领域，尤其涉及一种三维建模的车载移动影像采集装置及采集方法。
背景技术
现有的中国专利数据库中公开了一种以街景为基础的三维地图建模的方法，其专利申请号为：201310474049.6，申请日为：2013.10.11，公告号为：CN 103544734 A，公告日为：2014.01.29，其方法包括有下述步骤：步骤S1：选取街景图像中目标对象的关键位置；步骤S2：将所述关键位置作为图像控制点，并对所述图像控制点进行编号；步骤S3：基于三维城市矢量目标模型，人工选取与所述关键位置相对应的位置作为目标控制点；步骤S4：以与所述图像控制点相同的编号对所述目标控制点进行编号；步骤S5：以相同编号的控制点为基础，将街景图像进行几何纠正，再投射、叠加到所述三维城市矢量目标模型上，完成多模型复合贴片；及步骤S6：变换其他角度，选择其他同一目标、不同角度的街景图像，重复上述步骤，直至所述三维城市矢量目标模型被360度全部覆盖。其不足之处在于：该取景和建模过于粗糙，不能提供高精度，高质量的影像信息，从而不能完全还原出街道或城市的真实面貌。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种投入少、实用性强的三维建模的车载移动影像采集装置。
为了实现上述目的，本发明三维建模的车载移动影像采集装置所采取的技术方案：
一种三维建模的车载移动影像采集装置，包括有安装在机动车辆上的基于北斗增强三星CORS系统的卫星定位接收机、单反相机、全景相机、同步控制器单元和数据处理中心，所述同步控制器单元经线路连接单反相机、全景相机以及卫星定位接收机，所述单反相机、全景相机以及卫星定位接收机与数据处理中心连接。
本发明工作时，先将该装置通电的同时车辆开始运动，卫星定位接收机实时获取车辆移动定位信息，同步控制器单元控制单反相机和全景相机进行规律性的拍摄，然后根据某一时刻或某一地点筛选出具体地点的照片，将其归类整理。与现有技术相比，本发明的有益效果为：由于基于北斗增强三星CORS系统的卫星定位接收机的存在，可以精确获取地面高程在内的移动车辆运动轨迹，得到三维建模时地形起伏的变化数据；同时同步控制器单元同步控制单反相机和全景相机，从而便于获取城市道路及景观高分辨率街景和全景影像数据，从而满足城市三维建模对高质量纹理的需要。三维建模的车载移动影像采集装置使用投入少、安全可靠。
为了更加准确记录道路及道路周边环境，所述单反相机设置有四个，单反相机的镜头分别朝向车辆的前、后、左、右四个方向。
为了得到行驶的里程、车速等信息，同时便于控制单反相机和全景相机进行规律性的拍摄，该装置还包括有感知车轮转动的霍尔传感器，霍尔传感器与同步控制器单元相连接。
进一步地，还包括有与卫星定位接收机相配合的手持卫星定位接收机控制单元，手持卫星定位接收机控制单元为便携式计算机或智能手机。
本发明还提供了一种三维建模的车载移动影像采集方法，所采取的技术方案：
一种三维建模的车载移动影像采集方法，三维建模的车载移动影像采集方法包括下列步骤：
步骤一：收集资料阶段，收集该项目需要构建三维场景的区域资料并进行综合分析；
步骤二：现场勘探阶段，组织户外采集人员到现场探查，记录被测区域的周边地理环境信息，指定适合车载移动影像采集的方案；
步骤三：判断是否满足车载移动影像采集条件阶段，根据步骤二中现场勘查得到的资料，判断本项目是否具备进行车载影像数据采集的条件，如果判断结果为“是”，则进行步骤四；否则，说明该项目不适合三维建模的车载移动影像采集方法进行拍摄，结束流程；
步骤四：车载移动影像采集方法拍摄方案制定阶段，根据步骤一、步骤二所收集的该项目资料，确定户外采集拍摄的时间，行车路线，行车速度参数，方案指定完毕后，进行步骤五；
步骤五：数据采集阶段，根据制定好的户外采集方案，同步控制器单元控制单反相机、全景相机和卫星定位接收机工作，卫星定位接收机实时获取动态定位信息，从而精确获取地面高程在内的移动车辆运动轨迹，得到三维建模时地形起伏的变化数据，同时单反相机和全景相机进行拍摄，所述单反和全景相机通过同步控制器单元同步控制曝光，车轮上安装有感知车轮转动的霍尔传感器，车轮每转一圈，霍尔传感器便检测到一次磁信号，霍尔传感器发出中断脉冲，同步控制器单元响应此信号，对脉冲信号计数，通过相应换算，得到行驶的里程、车速等信息，从而再触发单反相机和全景相机进行规律性的拍摄；
步骤六：数据整理阶段，通过单反相机和全景相机同时拍摄影像，配合车辆动态定位信息，对街景和全景影像进行空间位置匹配，得到每一张街景影像在绝对空间坐标系中的位置信息以及具有精确高程的行车路线，为三维建模时的地形起伏匹配与改正提供准确的地形高程，以及为城市道路及景观实景三维建模提供纹理信息，真实准确的还原出城市街景；
步骤七：数据存储阶段，根据步骤六整理出来的数据，按照道路、时间或空间位置进行建库和管理，便于三维建模时快速调用。
进一步地，移动车辆的地面轨迹高程为H＝H’-Ha–ξ-Δi，式中的H’为卫星定位接收机天线相位中心的大地高；Ha为卫星定位接收机天线相位中心与地面的距离，ξ为高程异常值，可通过似大地水准面精化成果中获得；Δi为车辆运动时避震及轮胎变形值，轮胎变形与胎压、车速和载重相关，根据测试，其值根据车速发生变化，Δi为1～3cm之内。
进一步地，所述同步控制器单元包括内、外两种触发方式，内触发方式是通过同步控制器单元的内时钟驱动，按设定的周期和脉冲宽度产生连续脉冲，连续脉冲放大后作为触发信号控制单反相机和全景相机进行同步拍摄，实现时间控制；外触发方式是通过车轮上霍尔传感器获得的脉冲信号作为外部激励脉冲，通过编程来控制拍摄距离，并在外部激励脉冲的驱动下控制单反相机和全景相机进行同步拍摄，实现距离控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：由于基于北斗增强三星CORS系统的卫星定位接收机的存在，可以精确获取地面高程在内的移动车辆运动轨迹，得到三维建模时地形起伏的变化数据；同时同步控制器单元同步控制单反相机和全景相机，从而便于获取城市道路及景观高分辨率街景和全景影像数据，从而满足城市精细三维建模对高质量纹理的需要。该三维建模的车载移动影像采集方法，使用投入少、安全可靠。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中，1卫星定位接收机，2单反相机，3全景相机，4同步控制器单元，5数据处理中心，6手持卫星定位接收机控制单元。
具体实施方式
如图1所示，为一种三维建模的车载移动影像采集装置，包括有安装在机动车辆上的基于北斗增强三星CORS系统的卫星定位接收机1、单反相机2、全景相机3、同步控制器单元4和数据处理中心5，进一步地，还包括有与卫星定位接收机1相配合的手持卫星定位接收机控制单元6，手持卫星定位接收机控制单元6为便携式计算机或智能手机等外设配套设备，其通过蓝牙无线连接卫星定位接收机1，对车辆定位和通信数据进行控制，为了更加准确记录道路及道路周边环境，单反相机2设置有四个，单反相机2的镜头分别朝向车辆的前、后、左、右四个方向，同步控制器单元4经线路连接单反相机2、全景相机3以及卫星定位接收机1，单反相机2、全景相机3以及卫星定位接收机1连接有数据处理中心5，为了得到行驶的里程、车速等信息，同时便于控制单反相机2和全景相机3进行规律性的拍摄，该装置还包括有感知车轮转动的霍尔传感器，霍尔传感器与同步控制器单元4相连接。
工作时，先将该装置通电同时车辆开始运动，卫星定位接收机1实时获取车辆移动定位信息，同步控制器单元4控制单反相机2和全景相机3进行规律性的拍摄，然后根据某一时刻或某一地点筛选出具体地点的照片，将其归类整理。
与上述一种三维建模的车载移动影像采集装置相对应，本发明还提供一种三维建模的车载移动影像采集方法包括下列步骤：步骤一：收集资料阶段，收集该项目需要构建三维场景的区域资料并进行综合分析；步骤二：现场勘探阶段，组织户外采集人员到现场探查，记录被测区域的周边地理环境信息，指定适合车载移动影像采集的方案；步骤三：判断是否满足车载移动影像采集条件阶段，根据步骤二中现场勘查得到的资料，判断本项目是否具备进行车载影像数据采集的条件，如果判断结果为“是”，则进行步骤四；否则，说明该项目不适合三维建模的车载移动影像采集方法进行拍摄，结束流程；步骤四：车载移动影像采集方法拍摄方案制定阶段，根据步骤一、步骤二所收集的该项目资料，确定户外采集拍摄的时间，行车路线，行车速度参数，方案指定完毕后，进行步骤五；步骤五：数据采集阶段，根据制定好的户外采集方案，同步控制器单元4控制单反相机2、全景相机3和卫星定位接收机1工作，卫星定位接收机1实时获取动态定位信息，从而精确获取地面高程在内的移动车辆运动轨迹，得到三维建模时地形起伏的变化数据，同时单反相机2和全景相机3进行拍摄，单反相机2和全景相机3通过同步控制器单元4同步控制曝光，车轮上安装有感知车轮转动的霍尔传感器，车轮每转一圈，霍尔传感器便检测到一次磁信号，霍尔传感器发出中断脉冲，同步控制器单元4响应此信号，对脉冲信号计数，通过相应换算，得到行驶的里程、车速等信息，从而再触发单反相机2和全景相机3进行规律性的拍摄；步骤六：数据整理阶段，通过单反相机2和全景相机3同时拍摄的高质量影像，配合车辆动态定位信息，对高分辨率的街景和全景影像进行空间位置匹配，得到每一张街景影像在绝对空间坐标系中的位置信息以及具有精确高程的行车路线，为三维建模时的地形起伏匹配与改正提供准确的地形高程，真实准确的还原出城市街景；步骤七：数据存储阶段，根据步骤六整理出来的数据，按照道路、时间或空间位置进行建库和管理，便于三维建模时快速调用，进一步地，移动车辆的地面轨迹高程为H＝H’-Ha–ξ-Δi，式中的H’为卫星定位接收机1天线相位中心的大地高；Ha为卫星定位接收机1天线相位中心与地面的距离，ξ为高程异常值，可通过似大地水准面精化成果中获得；Δi为车辆运动时避震及轮胎变形值，轮胎变形与胎压、车速和载重相关，根据测试，其值根据车速发生变化，Δi为1～3cm之内，进一步地，同步控制器单元4包括内、外两种触发方式，内触发方式是通过同步控制器单元4的内时钟驱动，按设定的周期和脉冲宽度产生连续脉冲，连续脉冲放大后作为触发信号控制单反相机2和全景相机3进行同步拍摄，实现时间控制；外触发方式是通过车轮上霍尔传感器获得的脉冲信号作为外部激励脉冲，通过编程来控制拍摄距离，并在外部激励脉冲的驱动下控制单反相机2和全景相机3进行同步拍摄，实现距离控制。
卫星定位接收机：为基于北斗增强三星CORS系统的卫星定位接收机，使得车载移动影像采集装置可以在移动状态下获取目标的精确空间位置，提高了移动对象的高程精度。其是以我国自行研制的北斗卫星导航技术为依据，利用北斗卫星导航系统的优势：北斗星座的分布在中国区域更加合理，可视卫星多，卫星高度角大，基于北斗增强的三星CORS系统由于可观测卫星的增多，在初始化时间、解算时间方面显著增强，其联合定位精度和稳定性要比单一系统优越。
同步控制器单元：通过内触发和外触发两种方式，对卫星定位接收机、单反相机和全景相机进行同步控制。其中，内触发方式是通过同步控制器单元的内时钟驱动，按设定的周期和脉冲宽度产生连续脉冲，连续脉冲放大后作为触发信号控制单反相机和全景相机进行同步拍摄，实现时间控制；外触发方式是通过车轮上霍尔传感器获得的脉冲信号作为外部激励脉冲，通过编程来控制拍摄距离，并在外部激励脉冲的驱动下控制单反相机和全景相机进行同步拍摄，实现距离控制。
数据处理中心：对采集的移动定位数据、街景影像和全景影像数据进行存储和处理，实现对分辨率影像空间位置匹配、处理、集成和建库。
霍尔传感器：用于对车辆的车轮转动进行监测。其安装在车轮上，车轮每转一圈，霍尔器件便检测到一次磁信号，通过脉冲产生电路发出中断脉冲，同步控制器单元响应此信号，对脉冲信号计数，通过相应换算，得到行驶的里程、车速等信息，来触发单反相机和全景相机进行规律性拍摄，实现单反相机和全景相机的同步控制。
单反相机：用于获取城市道路及景观街景影像数据，该装置含有4台置于前、后、左、右4个不同方向的单反相机，提高了影像的获取效率，有利于对城市道路景观及纹理获取进行判读。
全景相机：用于获取移动位置的全景影像，该装置采用加拿大灰点(POINT GRET)公司生产的Ladybug5全景相机。Ladybug5全景视觉系统采用6台数字相机结合，能够实现图像采集、处理、拼接和校正等工作。该相机基本特性：1)高分辨率：3000W像素，像元尺寸3.45μm，确保道路信息采集清晰；2)高采集速度：2048X2448分辨率下可达10FPS；3)数据高速传输：USB3.0高速传输，确保满分辨率高速传输；4)独立图像通道：各CCD能够独立控制或从属于一个CCD；5)具有GPS数据实时采集，图像预校正和即插即用功能。
手持卫星定位接收机控制单元：为便携式计算机或智能手机等外设配套设备，其通过蓝牙无线连接卫星定位接收机，作为卫星定位接收机的配套设备对车辆定位和通信数据进行实时查看与控制。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种三维建模的车载移动影像采集装置，其特征在于：包括有安装在机动车辆上的基于北斗增强三星CORS系统的卫星定位接收机、单反相机、全景相机、同步控制器单元和数据处理中心，所述同步控制器单元经线路连接单反相机、全景相机以及卫星定位接收机，所述单反相机、全景相机以及卫星定位接收机与数据处理中心连接。
2.根据权利要求1所述的一种三维建模的车载移动影像采集装置，其特征在于：所述单反相机设置有四个，单反相机的镜头分别朝向车辆的前、后、左、右四个方向。
3.根据权利要求1所述的一种三维建模的车载移动影像采集装置，其特征在于：还包括有与卫星定位接收机相配合的手持卫星定位接收机控制单元，手持卫星定位接收机控制单元为便携式计算机或智能手机。
4.根据权利要求1所述的一种三维建模的车载移动影像采集装置，其特征在于：还包括有感知车轮转动的霍尔传感器，霍尔传感器与同步控制器单元相连接。
5.如权利要求4所述的三维建模的车载移动影像采集装置的采集方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤一：收集资料阶段，收集该项目需要构建三维场景的区域资料并进行综合分析；
步骤二：现场勘探阶段，组织户外采集人员到现场探查，记录被测区域的周边地理环境信息，指定适合车载移动影像采集的方案；
步骤三：判断是否满足车载移动影像采集条件阶段，根据步骤二中现场勘查得到的资料，判断本项目是否具备进行车载影像数据采集的条件，如果判断结果为“是”，则进行步骤四；否则，说明该项目不适合三维建模的车载移动影像采集方法进行拍摄，结束流程；
步骤四：车载移动影像采集方法拍摄方案制定阶段，根据步骤一、步骤二所收集的该项目资料，确定户外采集拍摄的时间，行车路线，行车速度参数，方案指定完毕后，进行步骤五；
步骤五：数据采集阶段，根据制定好的户外采集方案，同步控制器单元控制单反相机、全景相机和卫星定位接收机工作，卫星定位接收机实时获取动态定位信息，从而精确获取地面高程在内的移动车辆运动轨迹，得到三维建模时地形起伏的变化数据，同时单反相机和全景相机进行拍摄，所述单反和全景相机通过同步控制器单元同步控制曝光，车轮上安装有感知车轮转动的霍尔传感器，车轮每转一圈，霍尔传感器便检测到一次磁信号，霍尔传感器发出中断脉冲，同步控制器单元响应此信号，对脉冲信号计数，通过相应换算，得到行驶的里程、车速等信息，从而再触发单反相机和全景相机进行规律性的拍摄；
步骤六：数据整理阶段，通过单反相机和全景相机同时拍摄影像，配合车辆动态定位信息，对街景和全景影像进行空间位置匹配，得到每一张街景影像在绝对空间坐标系中的位置信息以及具有精确高程的行车路线，为三维建模时的地形起伏匹配与改正提供准确的地形高程，以及为城市道路及景观实景三维建模提供纹理信息，真实准确的还原出城市街景；
步骤七：数据存储阶段，根据步骤六整理出来的数据，按照道路、时间或空间位置进行建库和管理，便于三维建模时快速调用。
6.根据权利要求5所述的一种三维建模的车载移动影像采集方法，其特征在于：所述同步控制器单元包括内、外两种触发方式，内触发方式是通过同步控制器单元的内时钟驱动，按设定的周期和脉冲宽度产生连续脉冲，连续脉冲放大后作为触发信号控制单反相机和全景相机进行同步拍摄，实现时间控制；外触发方式是通过车轮上霍尔传感器获得的脉冲信号作为外部激励脉冲，通过编程来控制拍摄距离，并在外部激励脉冲的驱动下控制单反相机和全景相机进行同步拍摄，实现距离控制。
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