CN115965743A - 一种基于vr和倾斜摄影收集数据的三维建模系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统及方法，包括飞行平台和地面控制站，其中，飞行平台上搭载处理器、影像采集装置、距离传感器；地面控制站包括数据处理单元、显示单元；所述影像采集装置获取不同视角的拍摄实景影像，距离传感器测量实际的飞行距离，处理器对拍摄的实景影像和检测的飞行距离进行处理，并将处理结果发送至地面控制站；地面控制站的处理单元对接收到的数据进行处理，将处理结果输出至显示单元进行显示。该系统和方法应用倾斜摄影技术获取的影像，不仅数据量小得多，而且其数据可快速传输和实现共享。采集的数据精度高，并且建模时间短大大降低了三维模型数据采集的经济代价和时间代价。

Description

一种基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统及方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统及方法。

背景技术

对于旧房改造工程，一般面临着旧房建成的时间有先有后，建造标准不一，现状情况非常复杂，对于建筑物的数据收集，普遍存在原始资料缺失甚至完全没有原始资料等情况。

因此，通常旧改工程需要安排大量的人力去对现场获得的信息进行人工统计，效率非常低下。且现场获取的资料往往不甚理想，得不到准确的现场资料，设计成果和现场实际就会有偏差甚至错误，概算、预算至竣工决算的工程量可能会有很大差别。

现有技术中，针对上述情况主要采用BIM模型+GIS应用庞大的三维数据进行建模，传统三维建模通常基于影像数据、CAD平面图或者拍摄图片估算建筑物轮廓与高度等信息进行人工建模。

采用传统方式得出的模型数据精度较低，并且建模时间长，需要付出很大的的经济代价和时间代价。

发明内容

由于现有技术存在上述缺陷，本发明提供了一种基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统及方法，以解决现有旧房改造工程中传统方法获取现场数据效率及准确率低、时间长的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统，包括飞行平台和地面控制站，其中，飞行平台上搭载处理器、影像采集装置、距离传感器；地面控制站包括数据处理单元、显示单元；所述影像采集装置获取不同视角的拍摄实景影像，距离传感器测量实际的飞行距离，处理器对拍摄的实景影像和检测的飞行距离进行处理，并将处理结果发送至地面控制站；地面控制站的处理单元对接收到的数据进行处理，将处理结果输出至显示单元进行显示。

所述影像采集装置包括安装在飞行平台上的5个不同视角的相机，分别采集5个不同方向的影像序列集合。

所述处理器首先控制飞行平台起飞，并将预先设定的高度定位为坐标原点，然后根据预先设定的飞行路线控制飞行平台进行飞行，并实时拍摄实景影像和获取飞行距离。

飞行完成后，将拍摄的实景影像和飞行距离发送至地面控制站，地面控制站对拍摄的实景影像进行处理，并对拍摄质量没有达到预期目标的区域进行补飞。

基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模方法，包括如下步骤：

步骤1、通过飞行装置获取指定区域内不同角度的影像和距离信息，并发送至地面控制装置；

步骤2、地面控制装置对收到的影像和距离信息进行处理，对影像质量没有达到预期目标的区域，重新获取影像信息，直至收集到所有区域的合格影像信息；

步骤3、对合格的影像信息进行图像处理，获取图像中地理标识的高度、长度、面积、角度和坡度量测数据；

步骤4、将获取的量测数据与实际的距离信息进行比较，获取两者之间的差值，并对图像数据进行修正；

步骤5、根据修正后的图像数据及量测数据，进行多视影像的特征匹配，同时获取建筑物的特征信息，生成建筑物的侧面结构和恢复被摄物体三维密集点云数据，构建真实场景的三维模型。

所述飞行装置首先根据指令上升到指定的位置，并将该位置定位为坐标原点；然后根据预先设置的飞行轨迹进行飞行。

所述飞行装置获取的数据通过通信模块实时发送至地面控制装置，或通过外部存储器先导出后，再导入进地面控制装置。

所述地面控制装置运行smart3D软件，将接收到的飞行装置信息导入目录中，获得高度、长度、面积、角度和坡度量测数据。

飞行装置获取影像的角度包括但不限于上、下、前、后、左、右中的至少一个角度。

与现有技术相比，上述发明具有如下优点或者有益效果：

1、该系统和方法应用倾斜摄影技术获取的影像，不仅数据量小得多，而且其数据可快速传输和实现共享。

2、该方法采集的数据精度高，并且建模时间短大大降低了三维模型数据采集的经济代价和时间代价。

3、通过倾斜摄影技术可分别拍摄多个角度(如上、下、前、后、左、右)的实景，再后续进行拼接，能够形成无遮挡、稳定的VR全景；从多个角度观察地面物体，更加真实地反映地面物体的实际情况，极大地弥补了基于正射影像应用的不足。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明的基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统框图。

图2为本发明的基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明中的结构作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统，包括飞行平台和地面控制站，其中，飞行平台上搭载处理器、影像采集装置、距离传感器；地面控制站包括数据处理单元、显示单元；所述影像采集装置获取不同视角的拍摄实景影像，距离传感器测量实际的飞行距离，处理器对拍摄的实景影像和检测的飞行距离进行处理，并将处理结果发送至地面控制站；地面控制站的处理单元对接收到的数据进行处理，将处理结果输出至显示单元进行显示。

具体实施例，如图1所示，

基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统，包括飞行平台和地面控制站，飞行平台和地面控制站之间通过无线通信模块实现数据交互；其中，飞行平台上搭载处理器、影像采集装置、距离传感器；所述影像采集装置包括安装在飞行平台上的5个不同视角的相机，分别采集5个不同方向的影像序列集合。所述处理器中运行飞行平台飞行控制程序和数据处理程序，首先控制飞行平台起飞，并将预先设定的高度定位为坐标原点，然后根据预先设定的飞行路线控制飞行平台进行飞行，并实时拍摄实景影像和获取飞行距离。

地面控制站包括数据处理单元、显示单元；所述影像采集装置获取不同视角的拍摄实景影像，距离传感器测量实际的飞行距离，处理器对拍摄的实景影像和检测的飞行距离进行处理，并将处理结果发送至地面控制站；地面控制站的处理单元对接收到的数据进行处理，将处理结果输出至显示单元进行显示。

飞行完成后，将拍摄的实景影像和飞行距离发送至地面控制站，地面控制站对拍摄的实景影像进行处理，并对拍摄质量没有达到预期目标的区域进行补飞。

基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统的建模方法，包括如下步骤：

步骤1、通过飞行装置获取指定区域内不同角度的影像和距离信息，并发送至地面控制装置；

步骤2、地面控制装置对收到的影像和距离信息进行处理，对影像质量没有达到预期目标的区域，重新获取影像信息，直至收集到所有区域的合格影像信息；

步骤3、对合格的影像信息进行图像处理，获取图像中地理标识的高度、长度、面积、角度和坡度量测数据；

步骤4、将获取的量测数据与实际的距离信息进行比较，获取两者之间的差值，并对图像数据进行修正；

步骤5、根据修正后的图像数据及量测数据，进行多视影像的特征匹配，同事获取建筑物的特征信息，生成建筑物的侧面结构和恢复被摄物体三维密集点云数据，构建真实场景的三维模型。

具体实施例，如图2所示，

基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统的建模方法，包括如下步骤：

S1：在飞行平台上搭载5个不同视角的影像采集装置，并调节好与地面控制站实现通信连接；对飞行平台导入既定的飞行轨迹，优选环绕飞行；

S2：控制飞行平台起飞，并在一定高度的空中进行定位；所述飞行装置首先根据指令上升到指定的位置，并将该位置定位为坐标原点；

S3：完成定位后，控制所述飞行平台进行预定路线飞行，影像采集装置(相机)和距离传感器分别拍摄实景和检测飞行距离；

S4：飞行完成后，首先要对获取的影像进行质量检查，对不合格的区域进行补飞，直到数据质量满足可靠性要求；

其中，数据的传输可通过通信模块直接传输，又或者是先将数据存储至存储卡内，待无人机回程落地后，再拔出存储卡进行导出。对收集到的影像，进行质量检查，对不合格的区域进行补飞，直到数据质量满意；

S5：通过软件对数据进行处理，得到高度、长度、面积、角度和坡度等在内的量测数据，与距离传感器的检测数据进行相互验证；通过smart3D软件对数据，将获得的合格影像导入目录中，进行处理，得到高度、长度、面积、角度和坡度等在内的量测数据，与距离传感器的检测数据进行相互验证；

S6：通过相机拍摄的实景和相对应的空间坐标信息进行制作VR影像和建立点云三维模型；通过影像采集装置拍摄的实景和相对应的空间坐标信息，利用计算机视觉技术进行多视影像的特征匹配，同时可获取建筑物的特征信息，以及生成建筑物的侧面结构和恢复被摄物体三维密集点云数据，结果以OSGB格式输出真实场景模型成果。

飞行装置获取影像的角度包括但不限于上、下、前、后、左、右中的至少一个角度。

该方法采用上述所述的飞行平台，通过倾斜摄影技术可分别拍摄多个角度(如上、下、前、后、左、右)的实景，再后续进行拼接，能够形成无遮挡、稳定的VR全景；从多个角度观察地面物体，更加真实地反映地面物体的实际情况，极大地弥补了基于正射影像应用的不足。例如，在观看无人机拍摄的视频时，以往只能看到建筑物的其中一个面，不能查看建筑物背后的具体情况，但是应用倾斜摄影技术并结合相应的配套软件，不仅能够直接查看建筑物四周的情况，还能直接基于成果影像进行包括高度、长度、面积、角度和坡度等在内的量测，数据精准。大大降低了三维模型数据采集的经济代价和时间代价。

本方案主要用于旧房改造工程，针对现场收取数据难度大，不准确的情况，应用本方案的系统和方法，能够大大提高数据的准确率，并且节约了人力和时间，该系统和方案已经在具体的项目施工中得到了应用，并且得到了有效验证，比传统的方法大大提高了工期，节约了成本。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统，其特征在于：包括飞行平台和地面控制站，其中，飞行平台上搭载处理器、影像采集装置、距离传感器；地面控制站包括数据处理单元、显示单元；所述影像采集装置获取不同视角的拍摄实景影像，距离传感器测量实际的飞行距离，处理器对拍摄的实景影像和检测的飞行距离进行处理，并将处理结果发送至地面控制站；地面控制站的处理单元对接收到的数据进行处理，将处理结果输出至显示单元进行显示。

2.根据权利要求1所述的基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统，其特征在于：所述影像采集装置包括安装在飞行平台上的5个不同视角的相机，分别采集5个不同方向的影像序列集合。

3.根据权利要求1所述的基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统，其特征在于：所述处理器首先控制飞行平台起飞，并将预先设定的高度定位为坐标原点，然后根据预先设定的飞行路线控制飞行平台进行飞行，并实时拍摄实景影像和获取飞行距离。

4.根据权利要求3所述的基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模系统，其特征在于：飞行完成后，将拍摄的实景影像和飞行距离发送至地面控制站，地面控制站对拍摄的实景影像进行处理，并对拍摄质量没有达到预期目标的区域进行补飞。

5.基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1、通过飞行装置获取指定区域内不同角度的影像和距离信息，并发送至地面控制装置；

步骤2、地面控制装置对收到的影像和距离信息进行处理，对影像质量没有达到预期目标的区域，重新获取影像信息，直至收集到所有区域的合格影像信息；

步骤3、对合格的影像信息进行图像处理，获取图像中地理标识的高度、长度、面积、角度和坡度量测数据；

步骤4、将获取的量测数据与实际的距离信息进行比较，获取两者之间的差值，并对图像数据进行修正；

步骤5、根据修正后的图像数据及量测数据，进行多视影像的特征匹配，同时获取建筑物的特征信息，生成建筑物的侧面结构和恢复被摄物体三维密集点云数据，构建真实场景的三维模型。

6.根据权利要求5所述的基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模方法，其特征在于：所述飞行装置首先根据指令上升到指定的位置，并将该位置定位为坐标原点；然后根据预先设置的飞行轨迹进行飞行。

7.根据权利要求6所述的基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模方法，其特征在于：所述飞行装置获取的数据通过通信模块实时发送至地面控制装置，或通过外部存储器先导出后，再导入进地面控制装置。

8.根据权利要求5所述的基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模方法，其特征在于：所述地面控制装置运行smart3D软件，将接收到的飞行装置信息导入目录中，获得高度、长度、面积、角度和坡度量测数据。

9.根据权利要求5所述的基于VR和倾斜摄影收集数据的三维建模方法，其特征在于：飞行装置获取影像的角度包括但不限于上、下、前、后、左、右中的至少一个角度。

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