[发明专利]一种满足时空一致性的建筑物三维场景采集的虚拟复眼相机系统及其工作方法

说明书

本发明涉及三维数字场景构建领域，提供一种满足时空一致性的建筑物三维场景采集的虚拟复眼相机系统及其工作方法，该系统包括数据采集模块、定位模块和任务分配模块，所述数据采集模块由面向建筑物目标体的所有复眼相机协同组成，将面向目标体的所有复眼相机按照既定的建筑物采集网格规划，虚拟组集为一个完整和体系化的复眼系统，称之为虚拟复眼；虚拟复眼由多个复眼相机根据既定建筑物采集网格规划，相互协同、共同组建。本发明虚拟复眼相机系统及其工作方法能够实现时空一致的实时拍摄、实时制作，得到更加精确真实的动态三维虚拟场景。

技术领域

本发明涉及三维数字场景构建领域，具体的说是一种满足时空一致性的建筑物三维场景(内外场景)采集的虚拟复眼相机系统及其工作方法。

背景技术

倾斜投影拍摄通过采集不同角度的影像，进行后期影像拼接，得到符合人眼视觉的三维虚拟场景。目前，用于三维场景倾斜投影拍摄的相机系统，镜头结构主要有五镜头、二镜头和单镜头等形式。其中，五镜头和两镜头相机，镜头之间的空间角度固定不变，由单轴云台固定拍摄场景；单镜头照相机由两轴或三轴云台带动镜头对准拍照目标。

在采集应用上，一般使用无人机等载体搭载一个单镜头或多镜头数码相机，围绕实体场景进行多角度环视拍摄。多镜头相机一般按规划的飞行路线拍摄采集，而单镜头相机用于手工控制飞行拍摄采集或地面手持式采集。

对于建筑类采集对象，现行采集方案是由载体(无人机、全地形车，等等)携带单镜头照相机或多镜头照相机围绕目标体作连续性巡航移动，在巡航移动过程中相机连续拍摄。

通过实践发现，现有的采集方案存在以下问题：

1.采集的数据不具有时空一致性，所构建的三维场景缺乏基于时空一致性的动态可信性。时空一致性拍摄是指原始数据是在统一时钟下的同一时刻拍摄，影像获取的时间与影像中各个物体在那一时刻的空间位置和姿态是一致的。单个相机连续拍摄时不具有时空一致性，不同空间位置的影像是在不同时间节点拍摄的，两次拍摄的影像之间存在时间间隔，根据场景的大小整个拍摄过程需要几十分钟至几个月不等，最后得到的是不同时间断面影像拼接的三维场景，很多动态事物不会被拍摄到或多次被拍摄到，从而得到与实际场景不符的三维虚拟场景。

2.目前对于建筑类场景以外场景为主，没有构建起内外场景一体的真实三维效果。

3.对相机的拍摄点没有合理规划，相机拍摄的过程主要依靠人为的飞行控制，或者通过飞行控制软件按照飞行面积进行简单的飞行路线规划，导致数据大量冗余或部分数据缺失。

4.采集作业中采集者的主观性较强，难以建立科学化、规范化、标准化和定量化采集方案，难以保持采集品质的稳定，难以提高后期制作效率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种满足时空一致性的建筑物三维场景采集的虚拟复眼相机系统及其工作方法，实现时空一致的实时拍摄、实时制作，得到更加精确真实的动态三维虚拟场景。

本发明的目的是通过如下技术措施来实现的。

一种满足时空一致性的建筑物三维场景采集的虚拟复眼相机系统，包括数据采集模块、定位模块和任务分配模块，

所述数据采集模块用于采集特定位置和特定角度的图片，并将采集到的数据通过无线方式实时传回，用于重构三维模型，数据采集模块由面向建筑物目标体的所有复眼相机协同组成，将面向目标体的所有复眼相机按照既定的建筑物采集网格规划，虚拟组集为一个完整和体系化的复眼系统，称之为虚拟复眼；虚拟复眼由多个复眼相机根据既定建筑物采集网格规划，相互协同、共同组建，每个复眼相机拥有多个镜头，一个单独的镜头称之为子眼；所有镜头按照统一时钟实施数据采集，从而获得具有时空一致性的数据；

所述定位模块包括GPS定位器和UWB定位系统两个部分；