CN110223270A - 一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，使用指向目标对象并位于相对于目标对象的已知参考位置的成像装置来获取参考位置图像数据、第一地理位置数据、第一方位角数据、第一航向角数据和第二航向角数据；手持成像设备来获取具有嵌入元数据的参考和特征数字照片，这些图像文件中的元数据可用于生成相对笛卡尔位置信息，该信息可被转换为目标对象的本地局部坐标系，然后这个计算出的位置数据可以由3D可视化应用程序使用，可以访问3D模型，以提供估计的3D视点，以便在成像的感兴趣区域中显示特征的3D模型，在3D可视化环境中使用特征数字照片作为背景或叠加图像允许使用交互式或自动调整来进一步细化该估计的视点。

Description

一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法
技术领域
本发明属于三维可视化定位领域，具体涉及一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法。
背景技术
需要位置和部件识别数据的情况在涉及诸如飞行线路操作，飞机对地事件和客户步行(检查)的环境中的飞机的检查，维护和修理的应用中是常见的。在这些情况下，现场非专业人员通常会与场外专家分析师就问题或疑虑进行沟通。支持人员通常会拍摄受损地点的照片。基于这些照片，现场或非现场专家分析师可以通过直观地将损坏位置的图像与可用的技术数据(如图纸，三维模型，手动插图和类似图像)进行比较来尝试定义损坏的位置。文档。这给出了受损位置相对于目标对象的位置参考的主观指示。基于该位置，以高概率的位置误差进行分析。
现有技术存在以下问题：
除了相机和其他传感器之外，通常情况是手持成像设备将具有集成的全球定位系统(GPS)接收器，这些设备可以将地理位置数据添加到数字图像元数据字段中，该过程通常被称为“地理标记”，在数字图像元数据存储字段中集成这种类型的数据对于定位拍摄照片的位置非常有用，然而在没有关于目标对象相对于GPS参照系的位置的附加上下文的情况下，该地理标记数据不足以确定成像装置相对于目标对象的位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，以解决上述背景技术中提出的除了相机和其他传感器之外，通常情况是手持成像设备将具有集成的全球定位系统(GPS)接收器，这些设备可以将地理位置数据添加到数字图像元数据字段中，该过程通常被称为“地理标记”，在数字图像元数据存储字段中集成这种类型的数据对于定位拍摄照片的位置非常有用，然而在没有关于目标对象相对于GPS参照系的位置的附加上下文的情况下，该地理标记数据不足以确定成像装置相对于目标对象的位置的问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，包括以下步骤：
S110：使用指向目标对象并位于相对于目标对象的已知参考位置的成像装置来获取参考位置图像数据、第一地理位置数据、第一方位角数据、第一航向角数据和第二航向角数据，并获取目标对象的坐标系；
S120：使用指向目标对象上的区域并位于相对于所述目标对象的坐标系的未知特征位置的所述成像装置获取特征位置图像数据、第二地理位置数据和第二方位角数据，所述第一地理位置数据和所述第二地理位置数据以及所述第一和第二航向角数据从成像设备发送到计算机系统；
S130：计算所述特征位置图像数据和所述参考位置图像数据之间的笛卡尔坐标的偏移量，其中所述偏移量是所述第一地理定位数据和第二地理数据定位数据中的坐标和所述第一航向角数据和所述第二航向角数据中的航向角的函数；
S140：从三维模型数据库中检索所述目标对象的三维模型数据，构建包含至少所述特征位置图像数据，所述第二地理位置数据和所述第二航向角数据的特征位置数据文件；
S150：利用在S130中计算的偏移和相机视场角度的函数的视点显示目标对象的至少一部分的三维模型图像，所述三维模型表示从三维模型数据库检索的所述三维模型数据的图像，将参考和特征位置数据文件从成像设备发送到计算机系统；
S160：将所述目标对象的相同部分的特征位置图像显示为所述三维模型图像的叠加或背景，所述特征位置图像表示所述特征位置图像数据的至少一部分；
S170：在显示的所述特征位置图像中选择一个点；
S180：响应所述选择，从三维模型数据库中检索另外的三维模型数据；
S190：显示表示检索到的附加三维模型数据的符号系统。
作为本技术方案的进一步优选的：所述附加三维模型数据包括部件识别数据，所述部件识别数据识别与包含所选择的点的三维模型图像的区域相关联的目标对象的一部分。
作为本技术方案的进一步优选的：所述参考位置的位置与所述目标对象的坐标系的原点并置。
作为本技术方案的进一步优选的：所述三维模型图像的位置以使所述三维模型图像与所述显示屏幕上的所述特征位置图像对准。
作为本技术方案的进一步优选的：其中所述显示的特征位置图像包括使用边缘检测从所述特征位置图像数据提取的轮廓。
作为本技术方案的进一步优选的所述附加三维模型数据包括在所述目标对象的坐标系中定义的所选择点的坐标。
作为本技术方案的进一步优选的其中S130包括计算偏移变换矩阵，该偏移变换矩阵表示在参考位置处的成像装置与在特征位置处的成像装置之间的位置偏移，其中偏移变换矩阵是所述第一和第二航向位置数据中的至少坐标的函数和所述第一和第二航向角数据中的航向角，并且该视点是偏移变换矩阵的函数。
作为本技术方案的进一步优选的所述目标对象为飞机。
作为本技术方案的进一步优选的所述S130、S140、S150、S160、S170和S180由成像装置执行。
本发明的技术效果和优点：手持成像设备来获取具有嵌入元数据的参考和特征数字照片，这些图像文件中的元数据可用于生成相对笛卡尔位置信息，该信息可被转换为目标对象的本地局部坐标系，然后这个计算出的位置数据可以由3D可视化应用程序使用，可以访问3D模型，以提供估计的3D视点，以便在成像的感兴趣区域中显示特征的3D模型，在3D可视化环境中使用特征数字照片作为背景或叠加图像允许使用交互式或自动调整来进一步细化该估计的视点，可以确定感兴趣区域中的特征的坐标，然后可以从目标对象的3D模型中提取感兴趣的项目或部分的身份。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了如图1所示的一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，包括以下步骤：
S110：使用指向目标对象并位于相对于目标对象的已知参考位置的成像装置来获取参考位置图像数据、第一地理位置数据、第一方位角数据、第一航向角数据和第二航向角数据，并获取目标对象的坐标系；
S120：使用指向目标对象上的区域并位于相对于所述目标对象的坐标系的未知特征位置的所述成像装置获取特征位置图像数据、第二地理位置数据和第二方位角数据，所述第一地理位置数据和所述第二地理位置数据以及所述第一和第二航向角数据从成像设备发送到计算机系统；
S130：计算所述特征位置图像数据和所述参考位置图像数据之间的笛卡尔坐标的偏移量，其中所述偏移量是所述第一地理定位数据和第二地理数据定位数据中的坐标和所述第一航向角数据和所述第二航向角数据中的航向角的函数；
S140：从三维模型数据库中检索所述目标对象的三维模型数据，构建包含至少所述特征位置图像数据，所述第二地理位置数据和所述第二航向角数据的特征位置数据文件；
S150：利用在S130中计算的偏移和相机视场角度的函数的视点显示目标对象的至少一部分的三维模型图像，所述三维模型表示从三维模型数据库检索的所述三维模型数据的图像，将参考和特征位置数据文件从成像设备发送到计算机系统；
S160：将所述目标对象的相同部分的特征位置图像显示为所述三维模型图像的叠加或背景，所述特征位置图像表示所述特征位置图像数据的至少一部分；
S170：在显示的所述特征位置图像中选择一个点；
S180：响应所述选择，从三维模型数据库中检索另外的三维模型数据；
S190：显示表示检索到的附加三维模型数据的符号系统。
本实施例中，以上公开的方法的一些元件包括以下内容：
(1)使用地理定位和相机设置信息来完成手持成像设备到目标对象的校准。
(2)使用坐标系变换过程将感兴趣项目的位置的坐标转换为目标对象坐标。
(3)可以将3D可视化环境中的虚拟相机移动到计算的位置，并且可以将虚拟相机的视野设置为与照片匹配。
(4)如果需要，3D可视化环境用于交互式地重新调整虚拟相机的视点。
(5)分析员可以使用3D模型的该视图来选择特征位置以确定相关联的部件号。
工作原理：以下简要描述的所有用例是相关场景，其中目标对象(在这种情况下，作为飞机)位于具有可接受的GPS接收(通常在室外)的地理坐标位置。在室内工作可以阻挡GPS信号，这将限制本公开中描述的方法。然而，本公开中的任何内容都不应将本发明仅限于户外使用。
(1)在第一使用情况中，解决现场飞机情况的维修技术人员位于现场并且已经被分配了提取飞机上受损区域的装配信息和部件号的任务。那个人会拍摄数码照片并将其发送给专家分析师进行审查。使用上述方法，专家分析师可以通过将损坏位置与同一区域的3D模型相匹配来识别出现在照片中的部件。目前该匹配活动与专家分析师的经验水平高度相关，并且他/她在现有支持数据集(手册，技术图纸和类似文档)中很少或没有参考的情况下提取数据的能力。
(2)在第二用例中，航空公司技工正在两个航班之间对飞机进行巡视检查，并发现需要在特定分配时间内解决的潜在问题区域。在这种情况下存在两种选择，具体取决于当前问题的严重程度：立即采取行动或向飞机制造商发送服务请求。在这两种情况下，拍摄数字地理标记的照片将使飞机前的人能够立即将摄像机位置与飞机的3D模型相关联，假设设备安装了3D模型数据集并且能够显示三维模型数据。如果没有，将照片发送给专家分析师进行快速审查是第二种选择，并使用此处公开的方法，
(3)在第三使用案例中，交付中心的交付前检查(即，质量控制)技术人员执行飞机的外部检查并发现一些差异，无论是技术还是外观。检查安排在不远的时间范围内进行，因此纠正措施的时间有限。技术人员拍摄带有地理标记的照片并启动三维模型可视化会话，以将照片与特定的飞机行号3D模型进行比较。询问有助于识别故障部件，并立即找到新部件并替换有缺陷的部件。
该方法包括：使用指向目标对象并位于相对于该坐标系的已知参考位置的成像装置来获取参考位置图像数据，第一地理位置数据和第一航向角数据。目标对象使用指向目标对象上的区域并位于相对于目标对象的坐标系的未知特征位置的成像装置获取特征位置图像数据，第二地理位置数据和第二方位角数据。然后在特征位置和参考位置之间计算笛卡尔坐标偏移，其中偏移量是第一和第二地理定位数据中的坐标和第一和第二航向角数据中的航向角的函数。此后从三维模型数据库中检索目标对象的三维模型数据，并且利用作为计算的偏移计算的函数的视点显示目标对象的至少一部分的三维模型图像和成像装置的视场角。将目标对象的相同部分的特征位置图像同时显示为三维模型图像的叠加或背景，该特征位置图像表示特征位置图像数据的至少一部分。所显示的特征位置图像可以包括使用边缘检测从特征位置图像数据提取的轮廓。分析人员可以调整三维模型图像的位置以使其与显示屏幕上的特征位置图像对齐。如果图像被正确对准，则分析员可以基于特征位置图像中显示的损坏在所显示的特征位置图像中选择一个点。计算机系统被配置为响应于选择从三维模型数据库检索另外的三维模型数据。表示所检索的附加三维模型数据的符号(例如，字母数字符号)显示在计算机系统的显示屏上。
总之，上面公开的方法包括以下特征：(1)位置数据在目标对象的局部坐标系中定义；(2)该方法使用消费级硬件进行图像采集和GPS数据采集；(3)处理结果与3D建模应用程序集成，以设置允许部件选择的视点。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S110：使用指向目标对象并位于相对于目标对象的已知参考位置的成像装置来获取参考位置图像数据、第一地理位置数据、第一方位角数据、第一航向角数据和第二航向角数据，并获取目标对象的坐标系；
S120：使用指向目标对象上的区域并位于相对于所述目标对象的坐标系的未知特征位置的所述成像装置获取特征位置图像数据、第二地理位置数据和第二方位角数据，所述第一地理位置数据和所述第二地理位置数据以及所述第一和第二航向角数据从成像设备发送到计算机系统；
S130：计算所述特征位置图像数据和所述参考位置图像数据之间的笛卡尔坐标的偏移量，其中所述偏移量是所述第一地理定位数据和第二地理数据定位数据中的坐标和所述第一航向角数据和所述第二航向角数据中的航向角的函数；
S140：从三维模型数据库中检索所述目标对象的三维模型数据，构建包含至少所述特征位置图像数据，所述第二地理位置数据和所述第二航向角数据的特征位置数据文件；
S150：利用在S130中计算的偏移和相机视场角度的函数的视点显示目标对象的至少一部分的三维模型图像，所述三维模型表示从三维模型数据库检索的所述三维模型数据的图像，将参考和特征位置数据文件从成像设备发送到计算机系统；
S160：将所述目标对象的相同部分的特征位置图像显示为所述三维模型图像的叠加或背景，所述特征位置图像表示所述特征位置图像数据的至少一部分；
S170：在显示的所述特征位置图像中选择一个点；
S180：响应所述选择，从三维模型数据库中检索另外的三维模型数据；
S190：显示表示检索到的附加三维模型数据的符号系统。
2.根据权利要求1所述的一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，其特征在于：所述附加三维模型数据包括部件识别数据，所述部件识别数据识别与包含所选择的点的三维模型图像的区域相关联的目标对象的一部分。
3.根据权利要求1所述的一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，其特征在于：所述参考位置的位置与所述目标对象的坐标系的原点并置。
4.根据权利要求1所述的一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，其特征在于：所述三维模型图像的位置以使所述三维模型图像与所述显示屏幕上的所述特征位置图像对准。
5.如权利要求1所述的一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，其特征在于：其中所述显示的特征位置图像包括使用边缘检测从所述特征位置图像数据提取的轮廓。
6.根据权利要求1所述的一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，其特征在于：所述附加三维模型数据包括在所述目标对象的坐标系中定义的所选择点的坐标。
7.根据权利要求1所述的一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，其特征在于：其中S130包括计算偏移变换矩阵，该偏移变换矩阵表示在参考位置处的成像装置与在特征位置处的成像装置之间的位置偏移，其中偏移变换矩阵是所述第一和第二航向位置数据中的至少坐标的函数和所述第一和第二航向角数据中的航向角，并且该视点是偏移变换矩阵的函数。
8.根据权利要求1所述的一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，其特征在于：所述目标对象为飞机。
9.根据权利要求1所述的一种使用地理标记照片和三维可视化进行定位的方法，其特征在于：所述S130、S140、S150、S160、S170和S180由成像装置执行。
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