[發(fā)明專利]一種動(dòng)態(tài)三維地理場景實(shí)時(shí)采集的虛擬復(fù)眼系統(tǒng)的工作方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911304441.X
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號(hào): CN111192362B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王漢熙;蔣靳;鄭曉鈞;胡佳文;江南;黃鑫
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/05
• 分類號(hào): G06T17/05;G06T7/80;G06T7/70;G01C11/00;G01C11/36
• 代理公司: 武漢天力專利事務(wù)所 42208
• 代理人: 吳曉穎

1.一種動(dòng)態(tài)三維地理場景實(shí)時(shí)采集的虛擬復(fù)眼系統(tǒng)的工作方法，其特征是所述動(dòng)態(tài)三維地理場景實(shí)時(shí)采集的虛擬復(fù)眼系統(tǒng)，包括覆蓋地形地貌的地理空間三維采集網(wǎng)格，由多具復(fù)眼相機(jī)協(xié)同組成的動(dòng)態(tài)虛擬復(fù)眼數(shù)據(jù)采集模塊，單具復(fù)眼定位模塊，任務(wù)分配與調(diào)度模塊；

所述地理空間三維采集網(wǎng)格是按照設(shè)計(jì)精度劃分待采集地理區(qū)域的網(wǎng)格體系，將不規(guī)則的地理區(qū)域離散化為格點(diǎn)組成的離散點(diǎn)集，離散點(diǎn)集組成復(fù)眼單體可能的拍攝點(diǎn)，在采集網(wǎng)格內(nèi)合理規(guī)劃選取復(fù)眼拍攝點(diǎn)，采集網(wǎng)格是虛擬復(fù)眼系統(tǒng)規(guī)劃的基礎(chǔ)；

所述數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集特定位置和特定角度的照片或影像視頻，并將采集到的圖片或影像視頻數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)方式實(shí)時(shí)傳回，用于重構(gòu)地理空間三維場景模型；

數(shù)據(jù)采集模塊由面向地理場景的所有復(fù)眼相機(jī)協(xié)同構(gòu)建；按照既定的地理空間三維采集網(wǎng)格規(guī)劃，以網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)為定位，布局復(fù)眼相機(jī)；

將面向地理場景的所有復(fù)眼相機(jī)按照既定的地理空間三維采集網(wǎng)格規(guī)劃，虛擬組集為一個(gè)完整和體系化的復(fù)眼系統(tǒng)，稱之為虛擬復(fù)眼；虛擬復(fù)眼由多個(gè)復(fù)眼相機(jī)根據(jù)既定的地理空間三維采集網(wǎng)格規(guī)劃，相互協(xié)同、共同組建為一個(gè)對(duì)于整個(gè)地理空間實(shí)現(xiàn)完整無縫、全面覆蓋、多層采集的復(fù)眼集群，定點(diǎn)定位定時(shí)采集大面地理照片或影像視頻，每個(gè)復(fù)眼相機(jī)擁有多個(gè)鏡頭，一個(gè)單獨(dú)鏡頭稱之為子眼；所有鏡頭按照統(tǒng)一時(shí)鐘的規(guī)定實(shí)施數(shù)據(jù)采集，獲得具有時(shí)空一致性的數(shù)據(jù)；

所述定位模塊，由GPS/北斗定位器/虛擬陀螺協(xié)同組成；GPS/北斗定位器/虛擬陀螺安裝在復(fù)眼相機(jī)中，用于接收GPS/北斗定位信號(hào)，確定復(fù)眼相機(jī)及拍攝區(qū)域的全球地理坐標(biāo)，監(jiān)測相機(jī)整體姿態(tài)和子眼姿態(tài)；

所述任務(wù)分配與調(diào)度模塊，根據(jù)地理空間三維采集網(wǎng)格規(guī)劃發(fā)布以下3項(xiàng)任務(wù)，一是為每具復(fù)眼相機(jī)分配占位節(jié)點(diǎn)包括地理坐標(biāo)、海拔高度、相互位置、子眼姿態(tài)，確定拍攝任務(wù)包括任務(wù)子眼、空間姿態(tài)、光學(xué)參數(shù)、拍攝范圍，下達(dá)拍攝指令包括拍攝時(shí)刻、加注印戳、打包入庫、設(shè)置回傳路徑，將拍攝指令傳輸給各復(fù)眼相機(jī)；二是為飛行在空中的無人機(jī)和無人飛艇分配占位節(jié)點(diǎn)包括地理坐標(biāo)、海拔高度、相互位置；三是采取應(yīng)答方式，向復(fù)眼相機(jī)發(fā)送校準(zhǔn)命令寶庫時(shí)間校準(zhǔn)命令、占位校準(zhǔn)命令、位姿校準(zhǔn)命令、作業(yè)校準(zhǔn)命令，進(jìn)行時(shí)鐘校準(zhǔn)、占位校準(zhǔn)、位姿校準(zhǔn)和作業(yè)校準(zhǔn)；

虛擬復(fù)眼系統(tǒng)的工作方法包括以下步驟：

(1)選定地理場景，建立坐標(biāo)系，采集面積由100m×100m到100km×100km，在任務(wù)分配與調(diào)度模塊中，以多邊形表示目標(biāo)區(qū)域，選取合適的單位建立直角坐標(biāo)系；

(2)劃分采集網(wǎng)格，選取合適大小的正方形單位網(wǎng)格，對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分，產(chǎn)生網(wǎng)格格點(diǎn)，將面集合轉(zhuǎn)換為離散點(diǎn)集；

(3)確定即將使用的復(fù)眼相機(jī)對(duì)地拍攝的有效視野形狀；

復(fù)眼相機(jī)單體的有效視野形狀多種多樣，復(fù)眼相機(jī)由多個(gè)鏡頭排列組成，多設(shè)計(jì)為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，有效視野形狀為正多邊形，有效視野形狀根據(jù)復(fù)眼相機(jī)單體的鏡頭設(shè)計(jì)排列方式確定；

(4)根據(jù)所需清晰度的精度和相機(jī)參數(shù)確定復(fù)眼相機(jī)拍攝高度；拍攝高度通過采集精度模型確定；

(5)確定復(fù)眼相機(jī)有效視野形狀的大小，復(fù)眼相機(jī)對(duì)地拍攝的有效視野形狀，其大小與高度h呈線性關(guān)系，拍攝高度確定，則復(fù)眼相機(jī)有效視野形狀的大小隨之確定；

(6)求解所需最少的復(fù)眼相機(jī)數(shù)量，并給出各個(gè)復(fù)眼相機(jī)的最佳拍攝點(diǎn)坐標(biāo)，要求復(fù)眼相機(jī)完全覆蓋拍攝目標(biāo)區(qū)域且圖像可用于全景圖拼接，全景圖拼接原始圖像根據(jù)場景信息豐富程度需要相鄰圖像具有20％-50％的重疊度；

(7)組建虛擬復(fù)眼體系，由任務(wù)分配與調(diào)度模塊控制掛置復(fù)眼相機(jī)的飛行器至指定位置和高度，組成虛擬復(fù)眼系統(tǒng)，參與采集的復(fù)眼及所屬子眼必須處于統(tǒng)一時(shí)鐘、GPS/北斗定位/虛擬陀螺、數(shù)據(jù)庫及通信網(wǎng)絡(luò)下，進(jìn)行空間位姿標(biāo)定、地理位置標(biāo)定、統(tǒng)一時(shí)鐘標(biāo)定；

(8)實(shí)施拍攝，各個(gè)復(fù)眼相機(jī)在統(tǒng)一時(shí)鐘下的時(shí)序節(jié)拍實(shí)施拍攝和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，此時(shí)數(shù)據(jù)滿足時(shí)空一致性，所有采集數(shù)據(jù)附有位置和姿態(tài)信息，并加打時(shí)間戳，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速回傳，由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)重構(gòu)同一時(shí)刻下的三維數(shù)字場景，虛擬復(fù)眼按動(dòng)態(tài)場景幀率要求每隔秒拍攝，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)刷新的動(dòng)態(tài)拍攝。