三維實景還原系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種三維實景還原系統，包括：至少兩個環境數據采集裝置，用于采集三維實景的環境數據，所述環境數據包括圖像數據，每個所述環境數據采集裝置包括圖像采集模塊，用以協同獲取三維實景的圖像數據；數據處理裝置，用于獲取所述三維實景的環境數據，并根據所述圖像數據，通過基于圖像建模算法計算得到三維實景的深度圖像；實景應用平臺，連接所述數據處理裝置，用于根據所述三維實景的深度圖像還原所述三維實景。采用本發明技術方案，能夠降低系統復雜度，減少系統的數據計算工作量，節約成本，提高系統工作效率。
【專利說明】三維實景還原系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及地理信息測量【技術領域】，特別是涉及一種三維實景還原系統。
【背景技術】
[0002]地理信息是用來描述現實世界各種目標的空間位置和分布情況的信息，是人類最重要的、最基礎的信息資源之一。在社會實踐中，地理信息廣泛應用于城市建設、土地規劃和軍事等領域。地理信息通常是采用測量的方法來獲取。隨著技術的發展，地理信息測量技術也在進步。目前，已經能夠實現采集和分析三維地理信息的三維實景還原系統。
[0003]然而，發明人在研究中發現，現有的三維實景還原系統至少存在如下問題:現有系統在采集數據來構建三維實景模型時，必須采用輔助設備協同工作，例如有的系統是通過在地面使用激光掃描儀與GPS (GPS, Global Posit1n System,全球定位系統)通過測距獲取空間數據，此外現有技術進行三維建模一般有人工建模法或儀器建模法，系統結構復雜，成本高，系統工作量大。
【發明內容】
[0004]基于此，有必要針對上述問題，提供一種三維實景還原系統，能夠降低系統復雜度，減少系統的數據計算工作量，節約成本，提高系統工作效率。
[0005]一種三維實景還原系統，包括:
[0006]至少兩個環境數據采集裝置，用于采集三維實景的環境數據，所述環境數據包括圖像數據，每個所述環境數據采集裝置包括圖像采集模塊，用以協同獲取三維實景的圖像數據；
[0007]數據處理裝置，用于獲取所述三維實景的環境數據，并根據所述圖像數據，通過基于圖像建模算法計算得到三維實景的深度圖像；
[0008]實景應用平臺，連接所述數據處理裝置，用于根據所述三維實景的深度圖像還原所述二維實景。
[0009]上述三維實景還原系統，通過至少兩個環境數據采集裝置采集三維實景的圖像數據，數據處理裝置根據圖像數據基于圖像建模算法進行三維建模，計算得到三維實景的深度圖像，實景應用平臺根據深度圖像還原三維實景，相對于現有技術中采用專用儀器采集數據、采用人工建模或基于專用儀器建模，降低系統復雜度，減少系統的數據計算工作量，節約成本，提高系統工作效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為一個實施例提供的三維實景還原系統的結構示意圖；
[0011]圖2為一個實施例提供的三維實景還原系統中圖像采集模塊的結構示意圖；
[0012]圖3為一個實施例提供的三維實景還原系統中數據處理裝置的結構示意圖；
[0013]圖4為一個實施例提供的三維實景還原系統中實景應用平臺的結構示意圖；
[0014]圖5為另一個實施例提供的三維實景還原系統中實景應用平臺的結構示意圖；
[0015]圖6為又一個實施例提供的三維實景還原系統中實景應用平臺的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0017]參見圖1，在一個實施例中提供了一種三維實景還原系統，包括:
[0018]至少兩個環境數據采集裝置12，用于采集三維實景的環境數據，每個環境數據采集裝置12包括圖像采集模塊120，用以協同獲取三維實景的圖像數據；
[0019]數據處理裝置14，用于獲取三維實景的環境數據，并根據圖像數據，通過基于圖像建模算法計算得到三維實景的深度圖像；
[0020]實景應用平臺16，連接數據處理裝置14，用于根據三維實景的深度圖像還原三維實景。
[0021]其各部分的工作原理和功能進一步闡述如下:
[0022]至少兩個環境數據采集裝置12用于采集三維實景的環境數據，環境數據包括圖像數據。在每個環境數據采集裝置12中設置圖像采集模塊120采集三維實景的圖像數據，以供數據處理裝置14進行基于圖像的三維建模。圖像采集裝置120可以是包括攝像頭或CO) (CO),Charge-coupled Device,電荷稱合元件)傳感器的圖像采集裝置。至少兩個環境數據采集裝置12在設置時，為滿足三維建模需要且節約系統的成本時，優選為采用兩個環境數據采集裝置12。兩個環境數據采集裝置12中的圖像采集裝置120的主光軸在設置時，可以平行處于同一平面、成一定角度且處于同一平面或成異面直線關系。兩個環境數據采集裝置12 —經設定，之間保持相對固定，根據不同的設置方式，三維建模的算法的參數應做出相應改變。進一步的，環境數據采集裝置12所采集的環境數據還可以包括溫度數據、濕度數據、氣壓數據或風速數據中，相應地，在環境數據采集裝置中還可以包括溫度采集模塊、濕度采集模塊、氣壓采集模塊或氣體流速采集模塊。
[0023]數據處理裝置14，用于接收環境數據采集裝置12采集的環境數據，并根據其中的圖像數據，采用基于圖像建模法對三維實景進行建模，得到三維實景的深度圖像。數據處理裝置14還可以對其它環境數據如溫度數據、濕度數據等進行存儲并傳輸給實景應用平臺16，或者進一步的數據處理裝置14可以將溫度數據、濕度數據作為參數用在三維建模中。
[0024]實景應用平臺16，連接數據處理裝置14，用于根據三維實景的深度圖像還原三維實景。實景應用平臺16還可以根據數據處理裝置14傳輸的溫度數據、濕度數據等，更加精細的還原三維實景，例如提供一個所還原三維實景的溫度數據查詢功能。
[0025]本實施例提供的一種三維實景還原系統，通過至少兩個環境數據采集裝置采集三維實景的圖像數據，數據處理裝置根據圖像數據基于圖像建模算法進行三維建模，計算得到三維實景的深度圖像，實景應用平臺根據深度圖像還原三維實景，相對于現有技術中采用專用儀器采集數據、采用人工建模或基于專用儀器建模，降低系統復雜度，減少系統的數據計算工作量，節約成本，提高系統工作效率。此外本實施例中，環境數據采集裝置可以采集多種環境數據，如圖像數據、溫度數據、濕度數據等，可以更加精細地還原三維實景。
[0026]參見圖2，在一個實施例中，圖像采集模塊120包括:
[0027]視頻采集單元1202，用于采集三維實景的原始圖像數據。視頻采集單元1202例如可以是CCD攝像頭。
[0028]編碼單元1204，用于對原始圖像數據進行編碼壓縮，得到編碼壓縮后的圖像數據。視頻采集單元1202采集的原始圖像數據數據量一般比較大，采用編碼單元1204進行壓縮，可以采用壓縮比比較高的壓縮算法，如h.264算法。
[0029]解碼單元1206，用于對編碼壓縮后的圖像數據進行解壓縮，得到三維實景的圖像數據。
[0030]傳輸單元1208，用于將三維實景的圖像數據傳輸給數據處理裝置14。傳輸單元1208將三維實景的圖像數據傳輸給數據處理裝置14，可以是采用有線傳輸或無線傳輸的方式，其中無線傳輸包括3G移動網傳輸。
[0031]本實施例中，對原始圖像數據進行編碼壓縮，進一步減少了系統的數據處理量，提高了系統工作效率。
[0032]參見圖3，在一個實施例中，三維實景還原系統中數據處理裝置14包括:
[0033]圖像數據接收模塊142，用于接收每個環境數據采集裝置獲取的三維實景的圖像數據。
[0034]具體的，圖像數據接收模塊142接收每個環境數據采集裝置獲取的圖像數據并進行存儲，在不同存儲空間存儲不同環境數據采集裝置獲取的圖像數據。優選地，環境數據采集裝置設置為兩個，因此可以用兩個存儲空間存儲不同環境數據采集裝置獲取的圖像數據，在同一時刻，兩個環境采集裝置獲取的圖像，一個可以稱之為左圖，另一個稱之為右圖。
[0035]圖像特征提取模塊144，用于提取每個環境數據采集裝置所獲取的圖像數據中的三維場景特征點。
[0036]具體的，在優選方式下，圖像特征提取模塊144接收左圖和右圖圖像，提取左圖和右圖中的三維場景特征點的信息，例如左圖和右圖圖像中建筑物的邊緣點和角點在各自圖像中的平面坐標。
[0037]特征點匹配模塊146，用于確定每個環境數據采集裝置所獲取的圖像數據中相對應的三維場景特征點。
[0038]在優選方式下，特征點匹配模塊146確定所提取左圖和右圖中特征點中相對應的三維場景特征點。
[0039]深度圖像計算模塊148，用于根據由攝像機標定獲取的光學參數、投影矩陣和圖像數據中相對應的三維場景特征點，來確定三維實景的深度圖像。
[0040]具體的，深度圖像計算模塊148進行攝像機標定獲取光學參數和投影矩陣，結合特征點匹配模塊146確定的左圖和右圖中相對應的三維場景特征點，計算得到左圖和右圖中所對應的三維場景特征點的立體坐標，再由立體坐標數據和平面坐標的對應關系，確定三維實景的深度圖像。三維實景的深度圖像用于還原顯示三維實景的三維模型。
[0041]本實施例中，采用基于圖像的三維建模方法，相對于現有技術的人工建模以及基于儀器如激光掃描儀建模，提高了建模效率，節約了系統成本。
[0042]參見圖4，在一個實施例中，實景應用平臺16包括:
[0043]數據接收模塊162，用于接收數據處理裝置14計算得到的深度圖像。
[0044]三維實景還原模塊164，用于根據深度圖像顯示三維實景。
[0045]具體的，三維實景還原模塊164根據深度圖像顯示三維實景時，可以但不限于是采用虛擬現實技術。
[0046]參見圖5，在又一個實施中，實景應用平臺16包括:
[0047]數據接收模塊162，用于接收數據處理裝置14計算得到的深度圖像。
[0048]地理信息存儲模塊166，用于存儲三維實景的地理信息。
[0049]具體的，地理信息存儲模塊166所存儲的三維實景的地理信息可以是ASTER⑶EM(ASTER GDEM, Advanced Spaceborne Thermal Emiss1n and Reflect1n Rad1meterGlobal Digital Elevat1n Model,先進星載熱發射和發射福射儀全球數字高程模型)數據、GeoEye3D GIS (GeoEye3D GIS, Geographic Eye3D Geographic informat1n system,地理眼3維地理信息系統)數據或GEOBEANs數據。地理信息存儲模塊166所存儲的地理信息數據可以適時進行更新。
[0050]三維實景還原模塊164，用于結合三維場景的地理信息和深度圖像顯示三維實景。
[0051]具體的，在本系統優選實現方式下，通過兩個環境數據采集裝置獲取三維實景的圖像數據來進行三維建模，所建立的三維模型不能全面反映三維實景的所有信息，例如所建立的三維模型僅能反應三維實景地表以上信息，而地下信息不能反應。因此三維實景還原模塊164通過結合三維實景的地理信息和深度圖像，將三維實景的地理信息作為深度圖像的補充來顯示三維實景。三維實景還原模塊164顯示三維實景可以采用虛擬現實技術。
[0052]本實施例中，實景應用平臺中存儲了三維實景的地理信息，結合三維實景的地理信息和深度圖像還原顯示三維實景，使還原的三維實景信息更加細致和全面。
[0053]參見圖6，在另一個實施例中，實景應用平臺16還包括應用接口模塊168，用于將環境數據或所述深度圖像輸出給系統外部的應用端，應用接口模塊168包括API接口 1682、互聯網網絡接口 1684、3G移動接口 1686。
[0054]具體的，API接口 1682可以將本實施例提供的三維實景還原系統與外部應用數據庫連接，通過API接口提供多種語言開發包，支持進行進行基于C語言、Java語言或PHP語言開發環境下的功能定制。
[0055]互聯網網絡接口 1684可以提供云端服務、web服務等。例如可以和google map進行連接，實時提供導航服務相關的信息。
[0056]3G移動接口 1686可以和各類移動終端通訊，提供相應的移動APP應用。
[0057]在本實施例中，實景應用平臺包括應用接口模塊，提高了本三維實景還原系統的應用范圍和場景。
[0058]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種三維實景還原系統，包括: 至少兩個環境數據采集裝置，用于采集三維實景的環境數據，所述環境數據包括圖像數據，每個所述環境數據采集裝置包括圖像采集模塊，用以協同獲取三維實景的圖像數據； 數據處理裝置，用于獲取所述三維實景的環境數據，并根據所述圖像數據，通過基于圖像建模算法計算得到三維實景的深度圖像； 實景應用平臺，連接所述數據處理裝置，用于根據所述三維實景的深度圖像還原所述二維實景。
2.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述環境數據采集裝置還包括溫度采集模塊、濕度采集模塊、氣壓采集模塊、氣體流速采集模塊中的至少一種，所述環境數據還包括溫度數據、濕度數據、氣壓數據、風速數據中的至少一種。
3.根據權利要求1或2所述的系統，其特征在于，所述圖像采集模塊包括: 視頻采集單元，用于采集三維實景的原始圖像數據； 編碼單元，用于對所述原始圖像數據進行編碼壓縮，得到編碼壓縮后的圖像數據； 解碼單元，用于對所述編碼壓縮后的圖像數據進行解壓縮，得到三維實景的圖像數據； 傳輸單元，用于將所述三維實景的圖像數據傳輸給所述數據處理裝置。
4.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述數據處理裝置包括: 圖像數據接收模塊，用于接收每個所述環境數據采集裝置獲取的三維實景的圖像數據； 圖像特征提取模塊，用于提取每個所述環境數據采集裝置所獲取的圖像數據中的三維場景特征點； 特征點匹配模塊，用于確定每個所述環境數據采集裝置所獲取的圖像數據中相對應的三維場景特征點； 深度圖像計算模塊，用于根據由攝像機標定獲取的光學參數、投影矩陣和所述圖像數據中相對應的三維場景特征點，來確定三維實景的深度圖像。
5.根據權利要求1所述的系統，其特征在于，所述實景應用平臺包括: 數據接收模塊，用于接收所述數據處理裝置計算得到的所述深度圖像； 三維實景還原模塊，用于根據所述深度圖像顯示所述三維實景。
6.根據權利要求5所述的系統，其特征在于，所述實景應用平臺還包括地理信息存儲模塊，用于存儲所述三維實景的地理信息； 所述三維實景還原模塊，用于結合所述三維場景的地理信息和所述深度圖像顯示所述二維實景。
7.根據權利要求6所述的系統，其特征在于，所述三維實景的地理信息包括ASTER⑶EM數據、GeoEye3D GIS數據、GEOBEANs數據中的一種。
8.根據權利要求5或6所述的系統，其特征在于，所述實景應用平臺還包括應用接口模塊，用于將所述環境數據或所述深度圖像輸出給所述系統外部的應用端，所述應用接口模塊包括API接口、互聯網網絡接口、3G移動接口中的至少一種。
【文檔編號】G06T17/00GK104183011SQ201310201892
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月27日 優先權日:2013年5月27日
【發明者】萬克林 申請人:萬克林