全景图像中点目标大地坐标的量测方法、系统、设备和介质

技术领域

本发明涉及车载移动测量与摄影测量技术领域，特别涉及全景图像中点目标大地坐标的量测方法、系统、设备和介质。

背景技术

通过双目全景量测，可以方便地计算全景中地物目标的大地坐标并量测目标之间的距离，然而，某些地物目标由于遮挡与视差角过小等因素，并不具备良好的双目全景量测条件，因此，基于POS(Position and Orientation System，定位定姿系统)数据与设备标定先验参数，在一定精度条件下，实现单目量测街景目标的大地坐标是有意义的。

发明内容

本发明的目的在于提供全景图像中点目标大地坐标的量测方法、系统、设备和介质，解决如何实现单目量测街景目标的大地坐标的技术问题。

本发明的实施方式公开了一种全景图像中点目标大地坐标的量测方法，包括：

步骤1，获取用户选取的兴趣点；

步骤2，获取用户选取的地面点，地面点是兴趣点在地面上的铅锤方向投影点，在全景图像中，地面点与兴趣点的像素坐标的横坐标相同，并且地面点在全景图像的水平中线以下；

步骤3，根据全景成像中心到地面的实际垂直距离、以及兴趣点和地面点在全景图像中的像素坐标，确定兴趣点的局部三维坐标；

步骤4，根据兴趣点的局部三维坐标和全景成像中心的POS数据确定兴趣点的大地坐标。

可选地，全景图像的全景局部坐标系的Z轴垂直于地面。

可选地，步骤3还包括：

根据全景成像中心到地面的实际垂直距离和地面点在全景图像中的像素坐标，确定地面点的局部三维坐标；

根据地面点的局部三维坐标、以及在全景图像中兴趣点与地面点之间的像素距离，确定兴趣点的局部三维坐标。

可选地，POS数据包括，全景成像中心的大地坐标和姿态角。

可选地，步骤4还包括：

根据兴趣点的局部三维坐标和全景成像中心的姿态角，确定兴趣点的站心坐标，站心坐标以全景成像中心为站心；

根据兴趣点的站心坐标和全景成像中心的大地坐标，确定兴趣点的大地坐标。

可选地，全景图像为水平展开的球面图像。

可选地，用户选取的兴趣点数量为2，方法还包括：

根据两个兴趣点的大地坐标，确定两个兴趣点之间的实际距离。

本发明的实施方式公开了一种全景图像中点目标大地坐标的量测系统，包括兴趣点获取模块、地面点获取模块、局部三维坐标确定模块、大地坐标确定模块；

兴趣点获取模块获取用户选取的兴趣点；

地面点获取模块获取用户选取的地面点，地面点是兴趣点在地面上的铅锤方向投影点，在全景图像中，地面点与兴趣点的像素坐标的横坐标相同，并且地面点在全景图像的水平中线以下；

局部三维坐标确定模块根据全景成像中心到地面的实际垂直距离、以及兴趣点和地面点在全景图像中的像素坐标，确定兴趣点的局部三维坐标；

大地坐标确定模块根据兴趣点的局部三维坐标和全景成像中心的POS数据确定兴趣点的大地坐标。

本发明的实施方式公开了一种全景图像中点目标大地坐标的量测设备，设备包括存储有计算机可执行指令的存储器和处理器，当指令被处理器执行时，使得设备实施全景图像中点目标大地坐标的量测方法。

本发明的实施方式公开了一种计算机存储介质，在计算机存储介质上存储有指令，当指令在计算机上运行时，使得计算机执行全景图像中点目标大地坐标的量测方法。

本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

在本发明中，获取用户选取的地面点，地面点是兴趣点在地面上的铅锤方向投影点，在全景图像中，地面点与兴趣点的像素坐标的横坐标相同，并且地面点在全景图像的水平中线以下。通过用户指定地面点，用于计算兴趣点的大地坐标，算法速度快、开发成本小，为地面点的选取设置约束，可以引导用户选择地面点，提高地面点选取精确性和快捷性，同时提高算法的稳定性，并且用户还可以在选取范围内进行微调，提高最终结果的精确性，可量测区域便于用户控制量测误差。

在本发明中，根据全景成像中心到地面的实际垂直距离、以及兴趣点和地面点在全景图像中的像素坐标，确定兴趣点的局部三维坐标。根据设备先验数据和用户选取的地面点，可以方便地确定兴趣点的局部三维坐标，速度极快，不受环境条件约束。

在本发明中，根据兴趣点的局部三维坐标和全景成像中心的POS数据确定兴趣点的大地坐标。仅基于设备先验参数和POS数据即可实现全景内目标大地坐标计算，独立灵活地空间计算，不要求同一目标在街景序列上连续可见。

在本发明中，步骤3还包括：根据全景成像中心到地面的实际垂直距离和地面点在全景图像中的像素坐标，确定地面点的局部三维坐标；根据地面点的局部三维坐标、以及在全景图像中兴趣点与地面点之间的像素距离，确定兴趣点的局部三维坐标。算法简单、快速，对硬件性能要求小，开发成本低。

在本发明中，POS数据包括，全景成像中心的大地坐标和姿态角。仅基于设备先验参数和POS数据即可实现全景内目标大地坐标计算。

在本发明中，步骤4还包括：根据兴趣点的局部三维坐标和全景成像中心的姿态角，确定兴趣点的站心坐标，站心坐标以全景成像中心为站心；根据兴趣点的站心坐标和全景成像中心的大地坐标，确定兴趣点的大地坐标。不引入因为序列POS精度和双目量测误差带来的交会定位误差，算法简单、快速，对硬件性能要求小，开发成本低，精度主要取决于POS和先验参数精度，在POS数据较为精确时，可达到分米级别精度。

在本发明中，全景图像为水平展开的球面图像。单目量测中即可获得这种全景图像，单目量测方式上便于实现微调，可与2D GIS(Geographic Information System，地理信息系统)结合，参照GIS将POI(Point of Interest，兴趣点)调整为合理误差范围内可用点位，仅需结合POS数据和设备先验数据，在平面图像中即可完成所有与用户的交互，方便地确定用户选取的兴趣点的大地坐标。

在本发明中，用户选取的兴趣点数量为2，方法还包括：根据两个兴趣点的大地坐标，确定两个兴趣点之间的实际距离。该方法还可以在测得点目标的大地坐标后，测量任意两个点目标之间的空间距离。

附图说明

图1示出根据本发明的实施例的全景图像中点目标大地坐标的量测方法的流程图。

图2示出根据本发明的实施例的水平展开的全景图像的示例。

图3示出根据本发明的实施例的水平展开的全景图像的一部分的示例。

图4示出根据本发明的实施例的全景局部坐标系中兴趣点和地面点之间的几何关系的示意图。

图5示出根据本发明的实施例的全景图像中点目标大地坐标的量测系统的框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本申请做进一步说明。可以理解的是，此处描述的具体实施例仅仅是为了解释本申请，而非对本申请的限定。此外，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部的结构或过程。应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项。

应当理解的是，虽然在本文中可能使用了术语“第一”、“第二”等等来描述各个特征，但是这些特征不应当受这些术语限制。使用这些术语仅仅是为了进行区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。举例来说，在不背离示例性实施例的范围的情况下，第一特征可以被称为第二特征，并且类似地第二特征可以被称为第一特征。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实施例中的具体含义。

本申请的说明性实施例包括但不限于全景图像中点目标大地坐标的量测方法、系统、设备和介质。

将使用本领域技术人员通常采用的术语来描述说明性实施例的各个方面，以将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员。然而，对于本领域技术人员来说，使用部分所描述的特征来施行一些替代性实施例是显而易见的。出于解释的目的，阐述了具体的数字和配置，以便对说明性实施例进行更加透彻的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有具体细节的情况下实施替代实施例。在一些其他情况下，本文省略或简化了一些众所周知的特征，以避免使本申请的说明性实施例模糊不清。

此外，各种操作将以最有助于理解说明性实施例的方式被描述为多个彼此分离的操作；然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必须依赖描述的顺序，其中的许多操作可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各项操作的顺序也可以被重新安排。当所描述的操作完成时，所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。

说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“说明性实施例”等的引用表示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或性质，但是每个实施例也可能或不是必需包括特定的特征、结构或性质。而且，这些短语不一定是针对同一实施例。此外，当结合具体实施例描述特定特征，本领域技术人员的知识能够影响到这些特征与其他实施例的结合，无论这些实施例是否被明确描述。

除非上下文另有规定，否则术语“包含”、“具有”和“包括”是同义词。短语“A和/或B”表示“(A)、(B)或(A和B)”。

如本文所使用的，术语“模块”可以指代，作为其中的一部分，或者包括：用于运行一个或多个软件或固件程序的存储器(共享、专用或组)、专用集成电路(ASIC)、电子电路和/或处理器(共享、专用或组)、组合逻辑电路、和/或提供所述功能的其他合适组件。

在附图中，可能以特定布置和/或顺序示出了一些结构或方法特征。然而，应当理解的是，这样的特定布置和/或排序不是必需的。而是，在一些实施例中，这些特征可以以不同于说明性附图中所示的方式和/或顺序来进行说明。另外，特定附图中所包含得结构或方法特征并不意味着所有实施例都需要包含这样的特征，在一些实施例中，可以不包含这些特征或者可以与将这些特征与其他特征进行组合。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的实施方式作进一步地详细描述。

图1示出根据本发明的实施例的全景图像中点目标大地坐标的量测方法的流程图。

如图1所示，方法100包括：

步骤102，获取用户选取的兴趣点；

步骤104，获取用户选取的地面点，地面点是兴趣点在地面上的铅锤方向投影点，在全景图像中，地面点与兴趣点的像素坐标的横坐标相同，并且地面点在全景图像的水平中线以下；

步骤106，根据全景成像中心到地面的实际垂直距离、以及兴趣点和地面点在全景图像中的像素坐标，确定兴趣点的局部三维坐标；

步骤108，根据兴趣点的局部三维坐标和全景成像中心的POS数据确定兴趣点的大地坐标。

例如，在通过单目设备拍摄的全景图像(例如，作为完整全景图像的图2和作为全景图像的一部分的图3)中。已知全景成像中心(例如，单目设备)的POS数据，即，大地坐标(例如，WGS-84(World Geodetic System—1984，1984世界大地坐标系)坐标，可以是GPS_BLH(Global Positioning System-BLH，全球定位系统的BLH坐标，通常用B表示大地纬度、L表示大地经度、H表示大地高程))和姿态角(YPR，Yaw偏航角,Pitch俯仰角,Roll翻滚角)，已知全景成像中心距离地面的实际垂直距离，球型全景图像中垂直线与该图像的Y轴基本平行(如果图像不满足该平行条件，可以通过预处理将其纠正为正立的全景，本方案讨论的必须为场景正立的全景(建筑立面近似平行于全景图的Y轴))。当用户要在全景图像(图3)中确定其中一个点目标的大地坐标时，用户在全景图像中选取一个兴趣点302(即点目标，其在全景图像中的像素坐标记为x)，根据用户选取的该兴趣点302，在全景图像上为用户规定出地面点(也可称为地面投影点)的选取范围，例如，显示出过兴趣点302竖直向下的射线306和全景图像的全景水平视线308(可根据全景成像中心的姿态角标定，地面均位于全景水平视线以下，图3中，由于全景成像中心姿态呈水平，全景水平视线等同于全景图像的水平中线)，用户可以(或只可以)在射线306上和全景水平视线308以下选取地面点304(其在全景图像中的像素坐标记为x’)，然后根据全景成像中心到地面的实际垂直距离(例如，由拍摄设备标定)、以及兴趣点302的像素坐标x和地面点304的像素坐标x’，计算出兴趣点302的局部三维坐标，再根据兴趣点302的局部三维坐标和全景成像中心的POS数据计算出兴趣点302的大地坐标。实施中，在计算出兴趣点302的大地坐标后，用户还可以在上述地面点的选取范围内对地面点304进行调整(或微调)，然后重新进行相应步骤计算出兴趣点302的大地坐标，该过程可重复进行以使兴趣点302的大地坐标更精确。

在本发明中，获取用户选取的地面点，地面点是兴趣点在地面上的铅锤方向投影点，在全景图像中，地面点与兴趣点的像素坐标的横坐标相同，并且地面点在全景图像的水平中线以下。通过用户指定地面点，用于计算兴趣点的大地坐标，算法速度快、开发成本小，为地面点的选取设置约束，可以引导用户选择地面点，提高地面点选取精确性和快捷性，同时提高算法的稳定性，并且用户还可以在选取范围内进行微调，提高最终结果的精确性，可量测区域便于用户控制量测误差。

在本发明中，根据全景成像中心到地面的实际垂直距离、以及兴趣点和地面点在全景图像中的像素坐标，计算出兴趣点的局部三维坐标。根据设备先验数据和用户选取的地面点，可以方便地计算出兴趣点的局部三维坐标，速度极快，不受环境条件约束。

在本发明中，根据兴趣点的局部三维坐标和全景成像中心的POS数据计算出兴趣点的大地坐标。仅基于设备先验参数和POS数据即可实现全景内目标大地坐标计算，独立灵活地空间计算，不要求同一目标在街景序列上连续可见。

根据本申请的一些实施例，全景图像的全景局部坐标系的Z轴基本垂直于地面。

在本发明中，可以保证建筑物的立面是基本立正、无倾斜的。

根据本申请的一些实施例，根据全景成像中心到地面的实际垂直距离、以及兴趣点和地面点在全景图像中的像素坐标，确定兴趣点的局部三维坐标包括：

根据全景成像中心到地面的实际垂直距离和地面点在全景图像中的像素坐标，计算出地面点的局部三维坐标；

根据地面点的局部三维坐标、以及在全景图像中兴趣点与地面点之间的像素距离，计算出兴趣点的局部三维坐标。

例如，全景图像中地面上的点和实际地面上的点之间存在固定的映射关系，即，当全景成像中心的姿态角和全景成像中心到地面的实际垂直距离已知的情况下，获知全景图像中地面上的一个点的像素坐标后，即可计算出实景地面上该点对应的局部三维坐标，该局部三维坐标为球形(球面)全景图像坐标系(或称全景局部坐标系)中的坐标。例如，在前一实施例的基础上，如图4所示，计算得到地面点304(图4中记为X’)的局部全景三维坐标后，三角形402的两个内角和共享边OX’(O是全景成像中心在地面的投影点)的长度已知，通过解三角形很容易得到XX’(兴趣点302在图4中记为X)的长度，即，兴趣点X和地面点X’实际的垂直高度差ΔH，从而得到兴趣点X的局部三维坐标，即，X的局部全景坐标的x坐标和y坐标与X’的相同、z坐标相对X’的增加ΔH。

在本发明中，算法简单、快速，对硬件性能要求小，开发成本低。

根据本申请的一些实施例，POS数据包括，全景成像中心的大地坐标和姿态角。

例如，POS数据包括，单目设备(全景成像中心)的大地坐标，如WGS-84坐标，可以是GPS_BLH坐标，以及单目设备的YPR姿态角。

在本发明中，仅基于设备先验参数和POS数据即可实现全景内目标大地坐标计算。

根据本申请的一些实施例，根据兴趣点的局部三维坐标和全景成像中心的POS数据确定兴趣点的大地坐标还包括：

根据兴趣点的局部三维坐标和全景成像中心的姿态角，计算出兴趣点的站心坐标，站心坐标以全景成像中心为站心；

根据兴趣点的站心坐标和全景成像中心的大地坐标，计算出兴趣点的大地坐标。

例如，根据全景成像中心的YPR姿态角，将全景局部坐标系进行旋转转换为以全景成像中心为站心的ENU坐标系(East(东)North(北)Up(天)坐标系，也称站心坐标系)，当然该ENU坐标系的旋转性由全景成像中心的YPR姿态角决定，该ENU坐标系仍然是局部坐标系。在计算出兴趣点的局部三维坐标后，可以将其旋转到上述ENU坐标系中，转换为兴趣点的ENU坐标，再根据站心，即，全景成像中心的大地坐标，将兴趣点的ENU坐标转换为大地坐标。

在本发明中，不引入因为序列POS精度和双目量测误差带来的交会定位误差，算法简单、快速，对硬件性能要求小，开发成本低，精度主要取决于POS和先验参数精度，在POS数据较为精确时，可达到分米级别精度。

根据本申请的一些实施例，全景图像为水平展开的球面图像，例如，图2所示，展开的全景图像横纵尺寸比例为2:1。

在本发明中，单目量测中即可获得这种全景图像，单目量测方式上便于实现微调，可与2D GIS结合，参照GIS将POI调整为合理误差范围内可用点位，仅需结合POS数据和设备先验数据，在平面图像中即可完成所有与用户的交互，方便地计算出用户选取的兴趣点的大地坐标。

根据本申请的一些实施例，用户选取的兴趣点数量为2，方法还包括：

根据两个兴趣点的大地坐标，计算出两个兴趣点之间的实际距离。

例如，在计算出两个兴趣点的大地坐标之后，可以以解析几何的方法得到二者的距离，例如，两个兴趣点的大地坐标分别为(x

图5示出根据本发明的实施例的全景图像中点目标大地坐标的量测系统。

如图5所示，系统500包括兴趣点获取模块502、地面点获取模块504、局部三维坐标确定模块506、大地坐标确定模块508；

兴趣点获取模块502获取用户选取的兴趣点；

地面点获取模块504获取用户选取的地面点，地面点是兴趣点在地面上的铅锤方向投影点，在全景图像中，地面点与兴趣点的像素坐标的横坐标相同，并且地面点在全景图像的水平中线以下；

局部三维坐标确定模块506根据全景成像中心到地面的实际垂直距离、以及兴趣点和地面点在全景图像中的像素坐标，确定兴趣点的局部三维坐标；

大地坐标确定模块508根据兴趣点的局部三维坐标和全景成像中心的POS数据确定兴趣点的大地坐标。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

根据本申请的一些实施例，公开了一种全景图像中点目标大地坐标的量测设备，设备包括存储有计算机可执行指令的存储器和处理器，当指令被处理器执行时，使得设备实施全景图像中点目标大地坐标的量测方法。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

根据本申请的一些实施例，公开了一种计算机存储介质，在计算机存储介质上存储有指令，当指令在计算机上运行时，使得计算机执行全景图像中点目标大地坐标的量测方法。

第一实施方式是与本实施方式相对应的方法实施方式，本实施方式可与第一实施方式互相配合实施。第一实施方式中提到的相关技术细节在本实施方式中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施方式中提到的相关技术细节也可应用在第一实施方式中。

在一些情况下，所公开的实施例可以以硬件、固件、软件或其任何组合形式来实现。所公开的实施例还可以以承载或储存在一个或多个瞬态或非瞬态的机器可读(例如，计算机可读)存储介质上的指令或程序形式实现，其可以由一个或多个处理器等读取和执行。当指令或程序被机器运行时，机器可以执行前述的各种方法。例如，指令可以通过网络或其他计算机可读介质分发。因此，机器可读介质可以包括但不限于，用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储或传输信息的任何机制，例如，软盘，光盘，光盘只读存储器(CD-ROMs)，磁光盘，只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，电子式可清除程序化只读存储器(EEPROM)，磁卡或光卡，或者用于通过电、光、声或其他形式信号(例如，载波、红外信号、数字信号等)传输网络信息的闪存或有形的机器可读存储器。因此，机器可读介质包括任何形式的适合于存储或传输电子指令或机器(例如，计算机)可读信息的机器可读介质。

上面结合附图对本申请的实施例做了详细说明，但本申请技术方案的使用不仅仅局限于本专利实施例中提及的各种应用，各种结构和变型都可以参考本申请技术方案轻易地实施，以达到本文中提及的各种有益效果。在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本申请宗旨的前提下做出的各种变化，均应归属于本申请专利涵盖范围。