[发明专利]一种针对车载移动测量系统的360°可量测全景影像生成方法

权利要求书

1.一种基于车载移动测量系统的360°可量测全景影像生成方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：利用车载移动测量系统，快速采集测区内全景影像数据和点云数据，受定位方式影响，点云数据坐标系为WGS84空间直角坐标，需要将点云数据进行投影变换，转换到平面投影坐标系下，作为基础数据；

步骤二：全景相机中多个子相机的摄影中心距离较近，各子相机图像拼接后的全景影像数据可看作球形，建立全景球坐标系，具体方法为：

在基础点云数据中选取一处特征较明显的区域，并通过时间定位找到对应的全景影像数据；从基础点云数据中选取一组点云特征点，从全景影像数据中选取与该组点云特征点相对应的同名像点，组成一组对应特征点，根据该组对应特征点通过共线方程最小二乘迭代算法计算全景相机内方位元素和全景影像在平面投影坐标系中的外方位元素；

步骤三：将全景球坐标系作为全景距离影像坐标系，利用已得到的全景相机的内方位元素和全景影像外方位元素，将点云数据进行球坐标投影，并利用球面线性插值法对生成的距离影像中的局部空白区域进行插值，最后通过投影变换生成全景距离影像；

步骤四：从全景影像数据中获得待测目标对应的像坐标，利用像坐标从全景距离影像中获取待测目标对应的距离信息，最后根据匹配全景影像的外方位元素和内方位元素计算出待测目标对应的实际坐标，进而计算出两点的实际距离。

2.如权利要求1所述的基于车载移动测量系统的360°可量测全景影像生成方法，其特征在于，所述的步骤一具体如下：

将车载移动测量系统采集获得的全景影像数据和点云数据，通过数据融合处理与空间坐标基准变换，获得平面投影坐标系下的点云数据，作为特征提取和影像匹配的基础数据。

3.如权利要求1所述的基于车载移动测量系统的360°可量测全景影像生成方法，其特征在于，所述的步骤二包括如下子步骤：

2.1)分别加载点云数据和全景影像数据，通过人机交互方式，从基础点云数据中选取房屋角点、花坛角点不同距离、不同高程的明显点云特征点(X,Y,Z)^T，在全景影像数据中选取与点云特征点(X,Y,Z)^T相对应的同名像点(x_p,y_p,z_p)^T，组成一对对应特征点；每一对对应特征点可以列两组方程，为计算全景相机内方位元素(x₀,y₀,-f)^T和全景影像外方位元素即选取的一组对应特征点至少包含5对对应特征点才能解算出9个未知参数；根据最小二乘原理可知，对应特征点越多解的精度也越高，但需要严格设计对应特征点的分布，具体选取要求如下所示：距离摄影中心0m～5m范围内，高程范围0m～0.5m选择3个控制点，0.5m～1m选择1个控制点；距离摄影中心5m～10m范围内，高程范围0m～0.5m选择2个控制点，0.5m～1m选择两个控制点，1m～5m选择1个控制点，5m～10m选择1个控制点；距离摄影中心10m～15m范围内，高程范围0.5m～1m选择1个控制点，1m～5m选择1个控制点，5m～10m选择2个控制点；距离摄影中心15m～20m范围内，高程范围1m～5m选择2个控制点，5m～10m选择3个控制点；距离摄影中心20m～25m范围内，高程范围1m～5m选择1个控制点，5m～10m选择1个控制点；

2.2)建立全景球坐标系和全景影像坐标系；

规定以全景球球心作为全景球坐标系原点O，Y轴指向车行方向，X轴指向车体右侧，Z轴垂直向上；规定以全景球下侧极点位置作为全景影像坐标系原点O，以全景球展开后长轴方向作为X轴，短轴作为Y轴，Z轴垂直XOY面；全景影像球坐标系与全景影像坐标系转换关系如下：

式中r为全景球半径，X_s、Y_s、Z_s为全景球坐标系下的球面坐标，x_p、y_p为全景影像坐标系对应的像点坐标；

全景相机内方位元素(x₀,y0,-f)^T即全景相机摄影中心在全景球坐标系下的位置，设全景相机摄影中心在平面投影坐标系中的坐标为(X₀,Y₀,Z₀)^T，点云特征点(X,Y,Z)^T在全景影像坐标系中的坐标为(x_p,y_p,z_p)^T，缩放因子为λ，根据目标点云特征点、像点以及摄影中心三点共线原理，列出共线方程：

将上式变形为：

其中(a₁,a₂,a₃,b₁,b₂,b₃,c₁,c₂,c₃)为：

上述公式中的φ、κ、ω分别代表围绕x轴、y轴、z轴的旋转角度；

将上述方程利用泰勒级数展开，进行线性化，利用最小二乘原理，通过迭代求取方程最优参数解，如满足精度要求，停止迭代；方程最优解即为全景相机内方位元素(x₀,y₀,-f)^T和全景影像在平面投影坐标系下的外方位元素