CN112150621A - 基于正射投影的鸟瞰图生成方法、系统及存储介质 - Google Patents

基于正射投影的鸟瞰图生成方法、系统及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法，包括：采集目标区域的影像数据，在目标区域布设像控点并进行坐标测量，得到目标区域的像控点坐标成果；确定投影轴以及坐标系旋转角度，根据旋转角度计算对应的旋转矩阵，并进行坐标系旋转；根据旋转后的像控点坐标进行空中三角测量，得到测量像片；计算测量像片的外方位元素数据，根据外方位元素数据得到三维模型；对三维模型进行数字微分纠正，生成正射影像图；对正射影像图进行图像处理，得到目标区域的鸟瞰图。本发明公开的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法，能有效解决现有技术能有效解决现有技术生成的鸟瞰图分辨率低、变形严重的问题。本发明还公开了一种系统和存储介质。

Description

基于正射投影的鸟瞰图生成方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法、系统及存储介质。
背景技术
鸟瞰图通常为根据透视原理，用高视点透视法从高处某一点俯视地面起伏绘制成的立体图，是规划设计中不可或缺的要素。
现有技术中，鸟瞰图的制作方式主要有：(1)规划或建筑设计图，即直接通过计算机绘制具有三维立体效果的概念设计图，在绘制过程中，考虑多点透视投影，使得二维图片具有三维立体效果；(2)相机高视点环视航拍，通过无人机搭载高分辨率相机环拍若干相片，再通过影像拼接生成鸟瞰图；(3)基于三维实景模型制作，即基于倾斜航空摄影测量生成的三维实景模型，进一步通过计算机视觉渲染处理，在计算机虚拟场景中生成鸟瞰图。
本发明人在实施本发明的过程中发现，现有技术中存在以下技术问题：
透视投影导致图片呈现近大远小的特征，距离视点越远，分辨率越低，不利于观察远处地物；透视投影还导致图片平行地物交于远处的灭点，即图片左右两侧离视点中线越远，图片变形越严重；提升拍摄高度可在一定程度上减小透视投影产生的变形影响，但无人机的上升空域有限，且随着高度增加，变形影响仍无法完全消除。
发明内容
本发明实施例提供一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法、系统及存储介质，能有效解决现有技术生成的鸟瞰图分辨率低、变形严重的问题。
本发明实施例一提供一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法，包括：
采集目标区域的影像数据，根据所述目标区域的影像数据在所述目标区域布设像控点，并进行坐标测量，得到所述目标区域的像控点坐标成果；
确定投影轴以及所述像控点坐标的坐标系旋转角度，根据所述旋转角度计算对应的旋转矩阵，根据所述旋转矩阵进行所述像控点坐标的坐标系旋转；
根据旋转后的所述像控点坐标进行空中三角测量，得到测量像片；
计算所述测量像片的外方位元素数据，根据所述外方位元素数据进行三维重建，得到三维模型；
对所述三维模型进行数字微分纠正，生成正射影像图；
对所述正射影像图进行图像处理，得到所述目标区域的鸟瞰图。
作为上述方案的改进，所述确定投影轴以及所述像控点坐标的坐标系旋转角度，根据所述投影轴和旋转角度进行所述像控点坐标的坐标系旋转，具体包括：
确定投影方向的俯视角ɑ以及投影方向的水平角β，从而确定视点所在方位。
作为上述方案的改进，还包括：通过下式计算旋转后的像控点坐标：
Figure BDA0002708339390000021
其中，x、y、z为实测像控点坐标；X、Y、Z为旋转后的像控点坐标。
作为上述方案的改进，所述外方位元素数据，具体包括：
所述测量像片中摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。
作为上述方案的改进，所述对所述三维模型进行数字微分纠正，生成正射影像图，具体包括：
对所述三维模型进行数字微分纠正，得到包含所述目标区域内场景的立体信息的正射投影图。
作为上述方案的改进，所述对所述正射影像图进行图像处理，得到所述目标区域的鸟瞰图，具体包括：
对所述正射影像图进行修补、去雾或调色，得到所述目标区域的鸟瞰图。
本发明实施例二对应提供了一种基于正射投影的鸟瞰图生成系统，包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一所述的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法。
本发明实施例三对应提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如本发明实施例一所述的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法。
本发明实施例提供的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：
通过所述目标区域的影像数据得到所述目标区域的像控点坐标，并根据按照预设的投影轴和旋转角度进行旋转的像控点坐标得到期望倾斜的三维模型；根据三维模型获得正射影像图，生成了基于正射投影的鸟瞰图，结合了鸟瞰图特点以及正摄影像图的特点，实现了一种高分辨率、无变形、可量测的鸟瞰图制作，提高了鸟瞰图的可利用性；并且能够保证无论区域的远近，在鸟瞰图中都呈现同样的分辨率，实现任意位置的高分辨率渲染和高清浏览；同时保持了地面物体的几何特征，不存在变形现象；从而有效解决现有技术生成的鸟瞰图分辨率低、变形严重的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法的流程示意图。
图2是本发明一具体的实施方式提供的正射影像图生成方式示意图。
图3是本发明一具体的实施方式提供的倾斜的三维模型示意图。
图4是本发明一具体的实施方式提供的正射影像图示意图。
图5是本发明一具体的实施方式提供的基于正摄投影的鸟瞰图成果示意图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
参见图1，是本发明实施例提供的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法的流程示意图，包括：
S101、采集目标区域的影像数据，根据目标区域的影像数据在所述目标区域布设像控点，并进行坐标测量，得到目标区域的像控点坐标成果；
具体地，采集目标区域的影像数据，根据目标区域的影像数据得到目标区域的像控点坐标，具体包括：通过无人机搭载倾斜相机对目标区域进行影像数据采集，并在目标区域内获取像控点，并对像控点进行坐标测量，得到目标区域的像控点坐标。
优选地，采集目标区域的影像数据还包括POS数据采集。
具体地，在目标区域内获取像控点，具体包括：在目标区域内均匀地布设对空标志点作为像控点；或提取目标区域内的地面特征点作为像控点。
S102、确定投影轴以及像控点坐标的坐标系旋转角度，根据投影轴和旋转角度进行像控点坐标的坐标系旋转；
进一步地，确定投影轴以及像控点坐标的坐标系旋转角度，根据投影轴和旋转角度进行像控点坐标的坐标系旋转，具体包括：
确定投影方向的俯视角ɑ以及投影方向的水平角β，从而确定视点所在方位。
进一步地，还包括：通过下式计算旋转后的像控点坐标：
Figure BDA0002708339390000051
其中，x、y、z为实测像控点坐标；X、Y、Z为旋转后的像控点坐标。
具体地，投影方向的俯视角ɑ通常设置为45°，若需要从更高或更低的视角展示场景，则可对应调整俯视角。投影方向的水平角β取决于实际应用需求，即鸟瞰图成果中场景呈现方向的水平角。
S103、根据旋转后的像控点坐标进行空中三角测量，得到测量像片；
S104、计算测量像片的外方位元素数据，根据外方位元素数据进行三维重建，得到三维模型；
进一步地，外方位元素数据，具体包括：测量像片中摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。
S105、对三维模型进行数字微分纠正，生成正射影像图；
进一步地，所述对所述三维模型进行数字微分纠正，生成正射影像图，具体包括：
对所述三维模型进行数字微分纠正，得到包含所述目标区域内场景的立体信息的正射投影图。
S106、对正射影像图进行图像处理，得到目标区域的鸟瞰图。
进一步地，对正射影像图进行图像处理，得到目标区域的鸟瞰图，具体包括：
对正射影像图进行修补、去雾或调色，得到目标区域的鸟瞰图。
参见图2，是本发明一具体的实施方式提供的正射影像图生成方式示意图，首先对旋转后的像控点坐标进行坐标重建，得到三维模型；其次根据设定的投影轴以及像控点坐标的坐标系旋转角度并旋转模型，使三维模型旋转至期望的角度；最后对旋转至期望角度的三维模型进行正射投影，得到述正射影像图；其中，正射影像图即期望角度下的鸟瞰示意图。
在一具体的实施方式中，以无人机搭载倾斜相机拍摄的相片、POS数据以及旋转后的像控点作为数据源，使用ContextCapture软件进行数据处理。首先进行空中三角测量，计算旋转后像片的外方位元素，并进一步进行三维重建，生成如图3所示的倾斜的三维模型。进一步，基于此三维模型进行数字微分纠正生成如图4所示的正射影像图，此时的正摄影像图包含了场景的立体信息；最后，利用PhotoShop等图像处理软件对正射影像图进行修补、去雾、调色等处理，生成如图5所示的最终基于正摄投影的鸟瞰图成果。
本发明实施例提供的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法，与现有技术相比，具有如下有益效果：
通过目标区域的影像数据得到目标区域的像控点坐标，并根据按照预设的投影轴和旋转角度进行旋转的像控点坐标得到期望倾斜的三维模型；根据三维模型获得正射影像图，生成了基于正射投影的鸟瞰图，结合了鸟瞰图特点以及正摄影像图的特点，实现了一种高分辨率、无变形、可量测的鸟瞰图制作，提高了鸟瞰图的可利用性；并且能够保证无论区域的远近，在鸟瞰图中都呈现同样的分辨率，实现任意位置的高分辨率渲染和高清浏览；同时保持了地面物体的几何特征，不存在变形现象；从而有效解决现有技术生成的鸟瞰图分辨率低、变形严重的问题。
本发明实施例二对应提供了一种基于正射投影的鸟瞰图生成系统，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如本发明实施例一所述的基于正射投影的鸟瞰图生成方法。所述基于正射投影的鸟瞰图生成系统可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述基于正射投影的鸟瞰图生成系统可包括，但不仅限于，处理器、存储器。
本发明实施例三对应提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如本发明实施例一所述的基于正射投影的鸟瞰图生成方法。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述基于正射投影的鸟瞰图生成系统的控制中心，利用各种接口和线路连接整个基于正射投影的鸟瞰图生成系统的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述基于正射投影的鸟瞰图生成系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述基于正射投影的鸟瞰图生成系统集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述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来说，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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法，其特征在于，包括：
采集目标区域的影像数据，根据所述目标区域的影像数据在所述目标区域布设像控点，并进行坐标测量，得到所述目标区域的像控点坐标成果；
确定投影轴以及所述像控点坐标的坐标系旋转角度，根据所述旋转角度计算对应的旋转矩阵，根据所述旋转矩阵进行所述像控点坐标的坐标系旋转；
根据旋转后的所述像控点坐标进行空中三角测量，得到测量像片；
计算所述测量像片的外方位元素数据，根据所述外方位元素数据进行三维重建，得到三维模型；
对所述三维模型进行数字微分纠正，生成正射影像图；
对所述正射影像图进行图像处理，得到所述目标区域的鸟瞰图。
2.如权利要求1所述的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法，其特征在于，所述确定投影轴以及所述像控点坐标的坐标系旋转角度，根据所述投影轴和旋转角度进行所述像控点坐标的坐标系旋转，具体包括：
确定投影方向的俯视角ɑ以及投影方向的水平角β，从而确定视点所在方位。
3.如权利要求2所述的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法，其特征在于，还包括：通过下式计算旋转后的像控点坐标：
Figure FDA0002708339380000011
其中，x、y、z为实测像控点坐标；X、Y、Z为旋转后的像控点坐标。
4.如权利要求1所述的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法，其特征在于，所述外方位元素数据，具体包括：
所述测量像片中摄影光束在摄影瞬间的空间位置和姿态的参数。
5.如权利要求1所述的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法，其特征在于，所述对所述三维模型进行数字微分纠正，生成正射影像图，具体包括：
对所述三维模型进行数字微分纠正，得到包含所述目标区域内场景的立体信息的正射投影图。
6.如权利要求1所述的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法，其特征在于，所述对所述正射影像图进行图像处理，得到所述目标区域的鸟瞰图，具体包括：
对所述正射影像图进行修补、去雾或调色，得到所述目标区域的鸟瞰图。
7.一种基于正射投影的鸟瞰图生成系统，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6中任意一项所述的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至6中任意一项所述的一种基于正射投影的鸟瞰图生成方法。
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