CN112950772B - 一种正射影像提取方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种正射影像提取方法及其系统，包括以下步骤：导入三维模型，将三维模型的场景视角转为垂直视角；设置输出影像参数，根据所述输出影像参数自动调整三维模型缩放大小；设置影像瓦片截取范围，根据截取范围计算影像平移矩阵，根据平移矩阵将三维模型依次移动到截取范围进行截取出正射影像瓦片，直至完成平移矩阵；根据瓦片未移动时的坐标将截取的正射影像瓦片合成正射影像整图。本发明提供一种从三维模型数据直接转为正射影像的快速出图方式及影像转换流程系统。克服现有技术运算复杂、耗时长的缺陷，具有灵活出图、运算简便、快速提取的特点。
Description
技术领域
本发明涉及影像处理技术，尤其涉及一种三维模型数据转正射影像的方法。
背景技术
近年来，以正射影像为基础的各种地图应用和地图服务已经走进人们的日常生活，能够进行洪水监测、旱情监测、土地覆盖与土地利用的动态监测等，正射影像具有精度高、信息丰富、直观逼真等优点，可作为地图分析背景控制信息，也可从中提取自然资源和社会经济发展的历史信息和最新信息，为防止灾害和公共设施建设规划等应用提供可靠依据，还可从中提取和派生新的信息。
传统的三维模型数据转正射影像的方法是根据每一顶点坐标将模型纹理依次投影到平面，形成正射影像。但是该技术运算复杂，耗时久，精度不高，再加之受软硬件条件的限制，其研究和应用仍处于不断探索中，有很多问题待解决。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种从三维模型数据直接转为正射影像的快速出图方式及影像转换流程系统。
为了解决上述技术问题，提供一种正射影像提取方法，包括以下步骤：
导入三维模型，将三维模型的场景视角转为垂直视角；
设置输出影像参数，根据所述输出影像参数自动调整三维模型缩放大小；
设置影像瓦片截取范围，根据截取范围计算影像平移矩阵，根据平移矩阵将所述三维模型依次移动到截取范围进行截取出正射影像瓦片，直至完成平移矩阵；
记录所述正射影像瓦片未移动时的坐标，根据坐标将截取的正射影像瓦片合成正射影像整图。
作为其中一种实施方式，设置所述输出影像参数包括设置输出影像分辨率或三维场景相机高度；
三维模型根据平移矩阵依次移动到截取范围的坐标位置，每移动一次进行截取，直至完成平移矩阵；
作为其中一种实施方式，根据截取范围和输出影像参数或平移矩阵参数对三维模型计算正射影像瓦片参数，得出每一正射影像瓦片的坐标数据；
平移时，将正射影像瓦片左上角顶点坐标移动到截取范围左上角顶点坐标位置，在截取范围进行截图，并保存；
根据每一正射影像瓦片未平移时的坐标数据，将截取的所有瓦片依次融合，输出正射影像整图。
作为其中一种实施方式，每次截图后保存截取的瓦片，保存的瓦片数据包括瓦片编号和坐标数据。
作为其中一种实施方式，所述截取范围的左上角顶点坐标为(0,0)，将正射影像瓦片左上角顶点根据平移矩阵参数平移到到截取范围左上角顶点坐标位置，所述正射影像瓦片和所述截取范围大小相同。
作为其中一种实施方式，设置三维场景视角设置为90度，将三维模型的场景视角转为垂直视角；
根据设置的输出影像分辨率，调整三维模型宽、高数据和分辨率，再执行平移和截取程序。
作为其中一种实施方式，所述三维场景相机高度，为相机距离三维模型中心的高度；根据输出影像分辨率自动调整三维场景相机高度，或根据输入的三维场景相机高度自动计算输出影像分辨率，两者转换关系如下：
Fov＝W÷H×r (1)
W＝xmax-xmin (2)
其中，上式(1)Fov指三维场景中的相机视角；
W指三维模型宽度，由公式(2)获取，式中xmax表示最大x坐标，xmin表示最小x坐标；
H指当前三维场景相机高度；
r指输出影像分辨率。
作为其中一种实施方式，设置影像瓦片截取范围具体步骤如下：
设置截取大小的像素高、宽分别为w、h；
计算对应截取范围区域的三维模型高H’、宽W’；
其中，
W’＝w×r (3)
H’＝h×r (4)
r指输出影像分辨率。
本发明还提供一种正射影像提取系统，包括，
三维模型加载模块，用于加载三维模型；
参数设置模块，用于设置三维场景相关参数，将场景视角转为正射视角，设置输出影像参数，以及根据所述输出影像参数自动调整三维模型缩放大小；
提取模块，用于设置截取范围，瓦片截取；影像输出模块，用于拼接瓦片，并输出正射影像整图。
作为其中一种实施方式，所述三维模型加载模块包括：
用户登录单元；
任务创建单元，用于创建新任务，进入任务图层；
模型导入单元，用于设置三维模型路径、空间信息、样式及定位参数；
模型加载单元，用于选择图层加载三维模型；
参数设置模块包括：
三维场景视角设置单元，用于调整三维场景视角；
分辨率设置单元，用于设置输出正射影像的分辨率；
三维场景相机高度设置单元；用于设置三维场景相机高度；
提取模块包括：
截取大小设置单元，用于设置截取范围，根据截取范围计算平移矩阵；；
提取单元，用于将三维模型依次移动到截取范围进行截取出正射影像瓦片；
影像输出模块包括：
拼接单元；用于将截取的瓦片拼接为整幅影像图；
输出单元，用于输出正射影像整图并显示。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的方法。
本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述的方法。
本发明有有益效果：
本发明通过设置三维场景相机高度或输出影像分辨率，通过矩阵变换及坐标转换提供一种提取正射影像的方法，同时，实现一种三维模型加载、模型参数设置、快速提取正射影像及影像输出完整流程系统。
具体的，通过设置输出分辨率，可以由用户自行控制输出的分辨率，方便快捷；
采用快速截图提取瓦片，再根据瓦片坐标和平移矩阵可以快速将所有截图的瓦片进行融合。
以上，克服现有技术运算复杂、耗时长的缺陷，具有灵活出图、运算简便、快速提取的特点。
本技术方案突破了本领域技术人员的惯有思维，采用一种简单的“截图”操作，将一种原本复杂且需要大量运算的技术方案，简化为一种CPU运算负担小、处理速度快的方案；进一步的，在上述基础上，通过设置输出分辨率，自动调整三维视角，解决了高精度的输出问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种正射影像快速提取方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
一种正射影像提取方法，包括以下步骤：
导入三维模型，设置三维场景视角设置为90度，将三维模型的场景视角转为垂直视角；在本实施例中，导入三维模型并调整视角之后所述的“三维模型”均指代垂直视角下的三维模型。
设置输出影像参数，根据所述输出影像参数调整三维模型；
设置影像瓦片截取范围，根据截取范围计算影像平移矩阵，根据平移矩阵将三维模型依次移动到截取范围进行截取出正射影像瓦片，直至完成平移矩阵；
根据正射影像瓦片未移动时的坐标将截取的正射影像瓦片拼接合成正射影像整图。
其中，设置所述输出影像参数包括设置输出影像分辨率或三维场景相机高度；根据设置的输出影像分辨率或三维场景相机高度，调整三维模型宽、高数据和分辨率，再执行平移和截取程序；
三维模型根据平移矩阵依次移动到截取范围的坐标位置，每移动一次进行截取，直至完成平移矩阵；
其中，所述三维场景相机高度为相机距离三维模型中心的高度，可以解释为当前视点离地面的高度，相机视角用于控制显示屏的视角范围，视角越小显示范围相对越小，同时看到远处越清晰，相机视角越大显示范围相对越大，但是看到远处越模糊。需要解释的是，本实施例所述的三维模型中心是指三维模型底面中心。
根据输出影像分辨率自动调整三维场景相机高度，或根据输入的三维场景相机高度自动计算输出影像分辨率，两者转换关系如下：
Fov＝W÷H×r (1)
W＝xmax-xmin (2)
其中，上式(1)Fov指三维场景中的相机视角；
W指三维模型宽度，由公式(2)获取，式中xmax表示最大x坐标，xmin表示最小x坐标；
H指当前三维场景相机高度；
r指输出影像分辨率。
根据截取范围和输出影像参数或平移矩阵参数对三维模型计算正射影像瓦片参数，得出每一正射影像瓦片的坐标数据；
平移时，将正射影像瓦片左上角顶点坐标移动到截取范围左上角顶点坐标位置，在截取范围进行截图，每次截图后保存截取的瓦片，保存的瓦片数据包括瓦片编号和坐标数据；
根据每一正射影像瓦片未平移时的坐标数据，将截取的所有瓦片依次融合，输出正射影像整图。
其中，所述截取范围的左上角顶点坐标为(0,0)，将正射影像瓦片左上角顶点根据平移矩阵参数平移到到截取范围左上角顶点坐标位置，所述正射影像瓦片和所述截取范围大小相同。
进一步的，设置影像瓦片截取范围具体步骤如下：
设置截取大小的像素高、宽分别为w、h；
计算对应截取范围区域的三维模型高H’、宽W’；
其中，
W’＝w×r (3)
H’＝h×r (4)
r指输出影像分辨率。
以下，本实施例提供三组转换数据，具体披露本技术方案在转换过程中的运行时间优势。
以A村三维模型数据为例1：电脑配置I7 9700K SSD 1T，内存16G。
以B村三维模型数据为例1：电脑配置I7 9700K SSD 1T，内存16G。
以C村三维模型数据为例3：电脑配置I7 9700K SSD 1T，内存16G。
实施例2：
本实施例披露一种正射影像快速提取系统，其包括，
(一)三维模型加载模块，用于加载三维模型，具体的，包括：
用户登录单元，
任务创建单元，用于创建新任务，进入任务图层；
模型导入单元，用于设置三维模型路径、空间信息、样式及定位参数；
模型加载单元，用于选择图层加载三维模型；
(二)参数设置模块，用于设置三维场景相关参数，将场景视角转为正射视角，设置输出影像参数，具体包括：
三维场景视角设置单元，用于调整三维场景视角；
分辨率设置单元，用于设置输出正射影像的分辨率；
三维场景相机高度设置单元，用于设置三维场景相机高度；
影像缩放单元，根据所述输出影像参数自动调整三维模型缩放大小；
(三)提取模块，用于设置截取范围，瓦片截取，瓦片拼接流程，具体包括：
截取大小设置单元，用于设置截取范围，根据截取范围计算平移矩阵；；
提取单元，用于将三维模型依次移动到截取范围进行截取出正射影像瓦片；
(四)最后，还有影像输出模块，其包括：
拼接单元；用于将截取的瓦片拼接为整幅影像图；
输出单元，用于输出正射影像整图并显示。
基于上述系统，还提供一种正射影像提取软件平台，与上述系统相对应的包括，
(一)三维模型加载模块，用于加载三维模型，具体的，所述三维模型加载模块包括：
用户登录单元，包含授权、注册、登录及个人中心部分。其中，授权主要是：系统安装完成后首次启动程序，弹出没有授权的提示框，将“文本框”中的机器码复制发送给相关工作人员，工作人员会根据机器码生成相应的授权文件。
注册主要是：授权完成后，进入登录界面，登录需要先进行注册，点击主界面“注册”按钮，填写提示信息、填写正确验证码，通过验证完成注册。
登录主要是：注册完成后，可以选择“在线登录”或“离线登录”。选择“在线登录”需连接网络，选择“离线登录”可在离线状态下使用软件，输入注册的账号与密码后点击登录即可进入软件。
个人中心主要是：进入个人中心，支持修改密码、数据备份、版本信息、帮助、意见反馈和退出登录等操作。
安装完成后首次启动程序，弹出没有授权的提示框，将“文本框”中的机器码复制发送给相关工作人员，工作人员会根据机器码生成相应的授权文件。
任务创建单元，用于创建新任务，进入任务图层；具体的在软件平台上点击“新增”按钮，填写项目基本信息后进入项目新增界面。点击任务列表界面右上方的“新增”按钮，项目名称会自动命名，也可以自己修改新增项目名称。
模型导入单元，用于设置三维模型路径、空间信息、样式及定位参数；具体的创建任务完成后，在软件平台上设置模型路径、空间信息、样式及定位参数。
模型加载单元，用于选择图层加载三维模型；具体的在软件平台上点击选择图层加载模型，支持三维浏览等各种操作。
(二)参数设置模块，用于设置三维场景相关参数，将场景视角转为正射视角，设置输出影像分辨率或场景视角高度确定输出正射影像精度。具体包括：
三维场景视角设置单元，用于调整三维场景视角，将三维场景视角设置为90度，该视角下三维模型呈正射影像状；
分辨率设置单元，用于设置输出正射影像的分辨率；
三维场景相机高度设置单元，用于设置三维场景相机高度，具体指相机距离模型中心的高度；
影像缩放单元，根据所述输出影像参数自动调整三维模型缩放大小。
(三)提取模块，用于设置截取范围，瓦片截取，瓦片拼接流程，具体包括：
截取大小设置单元，用于设置截取范围，根据截取范围计算平移矩阵；
提取单元，用于将三维模型依次移动到截取范围进行截取出正射影像瓦片；
拼接单元，用于将截取的瓦片拼接为整幅影像图；影像输出模块包括：用于输出正射影像整图。
(四)最后，还有影像输出模块，输出正射影像整图，具体的包括参数设置子模块和影像导出子模块，设置输出参数、进行影像导出，包括设置如下参数：
照片格式：照片格式可选择JPEG、PNG、TIFF等；
照片质量(50-90)：默认照片质量为75；
照片分辨率：采用设置的输出影像分辨率；
根据上述参数设置正射影像质量大小；
所述影像导出子模块：
点击影像导出，正射影像图片输出。
进一步的，本发明实施例还提供一种计算机存储介质，包括指令，执行上述正射影像提方法步骤。具体的各个步骤之间的执行顺序详见上述实施例，本申请在此不再赘述。
进一步的，本发明还提供一种计算机设备，包括：处理器，以及存储器，所述存储器上存储有可由所述处理器运行的计算机程序；所述处理器运行所述计算机程序以实现正射影像提取方法的步骤。需要说明的是，上述步骤的具体执行顺序可以参见上述实施例中的描述，本申请在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，或一些特征可以忽略，或不执行。
所述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一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的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，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种正射影像提取方法，其特征在于，包括以下步骤：
导入三维模型，将三维模型的场景视角转为垂直视角；
设置输出影像参数，根据所述输出影像参数自动调整三维模型缩放大小；
设置影像瓦片截取范围，根据截取范围计算影像平移矩阵，根据平移矩阵将所述三维模型依次移动到截取范围并截取出正射影像瓦片，每移动一次进行截取一次，直至完成平移矩阵；
根据正射影像瓦片未移动时的坐标将截取的正射影像瓦片合成正射影像整图。
2.根据权利要求1所述的正射影像提取方法，其特征在于，
设置所述输出影像参数包括设置输出影像分辨率或三维场景相机高度；
三维模型根据平移矩阵依次移动到截取范围的坐标位置，每移动一次进行截取一次，直至完成所有平移矩阵参数。
3.根据权利要求1所述的正射影像提取方法，其特征在于，
根据截取范围和输出影像参数，或平移矩阵参数，对三维模型计算正射影像瓦片参数，得出每一正射影像瓦片的坐标数据；
平移时，将正射影像瓦片左上角顶点坐标移动到截取范围左上角顶点坐标位置，在截取范围进行截图，并保存；
根据每一正射影像瓦片未平移时的坐标数据，将截取的所有瓦片依次拼接，输出正射影像整图。
4.根据权利要求3所述的一种正射影像提取方法，其特征在于，每次截图后保存截取的瓦片，保存的瓦片数据包括瓦片编号和坐标数据。
5.根据权利要求3所述的一种正射影像提取方法，其特征在于，所述截取范围的左上角顶点坐标为（0,0），将正射影像瓦片左上角顶点根据平移矩阵参数平移到截取范围左上角顶点坐标位置，所述正射影像瓦片和所述截取范围大小相同。
6.根据权利要求2所述的一种正射影像提取方法，其特征在于，设置三维场景视角为90度，即将三维模型的场景视角转为垂直视角；
根据设置的输出影像分辨率，调整三维模型宽、高数据和分辨率，再执行平移和截取程序。
7.根据权利要求2所述的一种正射影像提取方法，其特征在于，所述三维场景相机高度，为相机距离三维模型中心的高度；根据输出影像分辨率自动调整三维场景相机高度，或根据输入的三维场景相机高度自动计算影像输出分辨率，两者转换关系如下：
Fov=W÷H×r （1）
W=xmax - xmin（2）
其中，上式（1）Fov指三维场景中的相机视角；
W指三维模型宽度，由公式（2）获取，式中xmax表示最大x坐标，xmin表示最小x坐标；
H指当前三维场景相机高度；
r指输出影像分辨率。
8.根据权利要求7所述的一种正射影像提取方法，其特征在于，设置影像瓦片截取范围具体步骤如下：
设置截取范围的像素高、宽分别为w、h；
计算对应截取范围区域的三维模型高H’、宽W’；
其中，
W’=w×r（3）
H’=h×r （4）
r指输出影像分辨率。
9.一种正射影像提取系统，其特征在于，用于实现权利要求1-8任意一项所述的一种正射影像提取方法，包括，
三维模型加载模块，用于加载三维模型；
参数设置模块，用于设置三维场景相关参数，将场景视角转为垂直视角，设置输出影像参数，以及根据所述输出影像参数自动调整三维模型缩放大小；
提取模块，用于设置影像瓦片截取范围，瓦片截取；
影像输出模块，用于根据正射影像瓦片未移动时的坐标将截取的正射影像瓦片合成正射影像整图；
其中，提取模块包括：
截取大小设置单元，用于设置截取范围，根据截取范围计算影像平移矩阵；
提取单元，用于将三维模型依次根据平移矩阵移动到截取范围进行截取出正射影像瓦片，每移动一次进行截取一次，直至完成平移矩阵。
10.根据权利要求9所述的一种正射影像提取系统，所述三维模型加载模块包括：
用户登录单元；
任务创建单元，用于创建新任务，进入任务图层；
模型导入单元，用于设置三维模型路径、空间信息、样式及定位参数；
模型加载单元，用于选择图层加载三维模型；
参数设置模块包括：
三维场景视角设置单元，用于调整三维场景视角；
分辨率设置单元，用于设置输出正射影像的分辨率；
三维场景相机高度设置单元；用于设置三维场景相机高度；
影像输出模块包括：
拼接单元；用于将截取的瓦片拼接为整幅影像图；
输出单元，用于输出正射影像整图并显示。
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- 2021-04-06 CN CN202110366936.6A patent/CN112950772B/zh active Active
Patent Citations (3)
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| Title |
|---|
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Also Published As
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|---|---|
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Denomination of invention: A method and system for extracting orthophoto images Granted publication date: 20230602 Pledgee: Zhejiang Hangzhou Yuhang Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Science and Technology City Branch Pledgor: Hangzhou Jinao Information Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980017583 |