一种内向型三维场景采集虚拟复眼照相机制造技术

本发明专利技术涉及数字三维场景构建领域，提供一种内向型三维场景采集虚拟复眼照相机，包括规划模块，基于包络球方案，实现相机镜头布局规划；采集模块，由采集图像的相机镜头，以及相机镜头位姿陀螺仪、GPS定位器、UWB定位器、无线传输器集成组成；控制模块，由网络控制服务器构成；存储模块，由图像采集卡、数据存储卡构成；通过物联网，将上述功能模块组成一个有布局协同、信息协同、动作协同、功能协同和任务协同的动态场景采集体系。本发明专利技术采集的场景信息和制作的三维场景，具备时空一致性、实时动态性、位姿可感性、随机融入性；采集信息不受场景规模的影响，无论场景规模有多大，均可通过包络球规划，实现相机规模、采集方位等的动态重构。

An inward 3D scene acquisition virtual compound eye camera

【技术实现步骤摘要】
一种内向型三维场景采集虚拟复眼照相机
本专利技术涉及数字三维场景构建领域，具体的说是一种内向型三维场景采集虚拟复眼照相机。
技术介绍
动态数字三维场景构建，其实质是按照“时空一致性、实时动态性、位姿可感性、随机融入性”等“四性”要求，构建满足“天地位置、地形地貌、空间分布、几何尺寸”等“四形”要求的，具有“物-位-时”等一一对应关系的三维化、可视化，且可沉浸融入的VR/AR/MR/XR场景。1.构建具有“四性”和“四形”的动态数字三维场景，其基准前提是在统一时钟控制下，以同一时刻断面为基准，实施全方位全点位采集的同步采集。2.目前，对于实景数据的采集，一般采用单孔径成像系统。这一技术方案和系统，难以按照同步规则，获得180°，360°，甚至720°范围内的全景视野。3.若将“巨点”型被采集物分为长条形和圆形物体等两种形式，单孔径成像系统对其进行180°甚至360°全视域采集，方案一般有二：（1）长条形物体场景方案：对于小型的长条形物体，需要确定一个拍摄点，不断旋转相机角度获得该物体的全部场景素材；对于中型长条形物体，需移动三脚架寻找多个采集点来采集场景素材；对于大型长条形物体，甚至需要铺设轨道来进行采集。（2）圆形物体参加方案：对于小型圆形物体，摄像者要手持相机进行环绕采集；对于中型圆型物体，要移动三角架，确定采集点来采集；对于大型圆型物体，需要架设环形轨道才能满足采集需求。以上方案采集实景图像素材，存在以下4项问题：1、无论长条形物体，还是圆型物体，不移动相机位置，或者旋转相机角度，都无法满足水平向360°+垂直向360°的成像视野。2、旋转相机角度、移动三角架、在轨道移动等，每张照片的采集均存在一定的时间间隔，拍摄照片不满足时空一致性要求。3、无论长条形物体，还是圆型物体，均只能通过拼接，构建水平向360°+垂直向360°静态场景，而不能构建动态场景。4、当场景较大时，上述方案所需要的采集点难以精确确定，甚至当能够确定采集点时，摄影者和镜头也无法到达采集点。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术中的不足之处，提供一种内向型三维场景采集虚拟复眼照相机，其采集的场景信息和制作的三维场景，具备“时空一致性、实时动态性、位姿可感性、随机融入性”等“四性”；采集的场景素材信息，含有推演和标注“天地位置、地形地貌、空间分布、几何尺寸”等“四形”的内核信息；采集信息不受场景规模的影响，无论场景规模有多大，均可通过包络球规划，实现相机规模、采集方位等的动态重构，始终保持对于“巨点”场景水平向360°+垂直向360°的包覆采集。本专利技术的目的是通过如下技术措施来实现的。内向型虚拟复眼照相机的概念是，在针对一个“巨点”(例如，山体、大型建筑物，等等)进行表面三维场景采集时，由于单一镜头难以对“巨点”实现全面覆盖，故而将原本不具备结构/机构/机械等实体关联的多个照相镜头，按照水平360°和垂直360°构建的包络球(包括其变形形式)，对“巨点”实施三维立体包络；布置于包络球结点上的照相镜头，在物联网支撑下，协同采集“巨点”场景，其照片实现对于“巨点”表面的全面冗余覆盖。设想，在包络球上的每个包络结点上，均设置一个照相镜头作为采集模块，对准“巨点”中心，实施图像采集；规划模块根据场景变化和采集需求，巡检每个照相镜头的姿态信息，规划参与采集布局的照相镜头数量和位置；按照采集布局规划，每个照相镜头均对准“巨点”表面的特定局部区域，全部镜头的照片实现对于“巨点”表面的连续性和冗余性覆盖；控制模块在统一时钟下根据采集规划，向被规划参与的照相镜头发出采集参数(采集方位、拍摄焦距、采集景深、视场角、采集作业时刻等)和采集指令(采集时刻、标记戳、回收数据库位置指针)；参与作业的相关照相镜头按照控制模块的指令，依据统一时钟，实施动态采集作业，并将采集到的照片信息通过通信模块上传到存储模块；在这其中，物联网是沟通规划模块、采集模块、控制模块、通信模块、存储模块、统一时钟的联通中心。所谓内向型三维场景采集虚拟复眼照相机，即是根据“巨点”包络球构建规则，将原本不具备结构/机构/机械等实体关联的照相镜头，布局于包络球结点位置；通过物联网，照相镜头(采集模块)与后台的规划模块、控制模块、通信模块、存储模块、统一时钟，共同组构为针对“巨点”表面全场景信息采集的虚拟复眼照相机；使其依据统一时钟提供的时刻节点，实施对于“巨点”表面全场景图片/摄影信息的一致化同步实时采集。本专利技术提供一种内向型三维场景采集虚拟复眼照相机，由以下相互独立的功能模块通过物联网协同组成。规划模块，基于包络球方案，实现相机镜头布局规划；采集模块，由采集图像的相机镜头，以及相机镜头位姿陀螺仪、GPS定位器、UWB定位器、无线传输器集成组成；相机镜头根据采集指令，进行参数调整，展开采集工作，并利用无线传输器将图像传输到存储模块；位姿陀螺仪用于感知镜头相对“巨点”的位姿；GPS定位器用于接收GPS定位信号，确定镜头的全球地理坐标；UWB定位器用于确定各相机镜头之间的精确相对定位；每个相机镜头的位置关系都能够通过通信模块传输到规划模块；控制模块，由集成了Web服务器的控制板、基于socket的并以无线方式接入到无线网的网络控制服务器构成，实现采集模块中多镜头的协同控制，通信模块，基于无线网络的无线传输器构成，用于采集指令、相机的坐标位置、拍摄参数、图像采集时间、图像信息的传输；存储模块，由图像采集卡、数据存储卡构成的用于图像存储、相机镜头位置、拍摄参数的数据存储卡；存储模块将为存储数据加制镜头戳、时刻戳、位姿戳、位置戳一系列标记，确保数据不被混淆；通过物联网，将上述功能模块，组成一个有布局协同、信息协同、动作协同、功能协同和任务协同的动态场景采集体系。在上述技术方案中，所述规划模块基于包络球方案，实现相机镜头布局规划，包括预规划和动态规划两个过程；（1）预规划，通过截取地图上确定“巨点”的采集范围、以及地图比例尺、收集采集区域内“巨点”高度信息，确定“巨点”采集场景范围信息包括长度、宽度、高度数据；从3个数据范围中选取最大值，构建正方体，规划的“巨点”信息被全部覆盖在该正方体内；沿该正方体中心出发，向外引一条与拍摄距离和场景大小有关的线段，并以此为半径，绘制水平圆平面与竖直圆平面，通过旋转法、移动法与混合法3种方案，来确定包络球结点位置；当包络球结点位置确定后，根据表面连续性覆盖和冗余性覆盖原则确定各照相镜头的覆盖范围和拍摄参数；当拍摄高度不适合时，提供不断的调整优化，直到确定一个最佳拍摄高度，并确定最终的结点规模、相对位置，以及拍摄参数；通过坐标系转化关系，将包络球结点坐标对应到实际场景，直接输出到控制模块；（2）动态规划，根据预规划结果，进行图像采集，在采集的过程中根据通信模块传输的场景变化信息、拍摄的相机镜头参数信息进行动态的实时规划。本专利技术内向型三维场景采集虚拟复眼照相机以拍摄场景正方体化以及拍摄高度为基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内向型三维场景采集虚拟复眼照相机，其特征是：由以下相互独立的功能模块通过物联网协同组成；/n规划模块，基于包络球方案，实现相机镜头布局规划；/n采集模块，由采集图像的相机镜头，以及相机镜头位姿陀螺仪、GPS定位器、UWB定位器、无线传输器集成组成；相机镜头根据采集指令，进行参数调整，展开采集工作，并利用无线传输器将图像传输到存储模块；位姿陀螺仪用于感知镜头相对“巨点”的位姿；GPS定位器用于接收GPS定位信号，确定镜头的全球地理坐标；UWB定位器用于确定各相机镜头之间的精确相对定位；每个相机镜头的位置关系都能够通过通信模块传输到规划模块；/n控制模块，由集成了Web服务器的控制板、基于socket的并以无线方式接入到无线网的网络控制服务器构成，实现采集模块中多镜头的协同控制，/n通信模块，基于无线网络的无线传输器构成，用于采集指令、相机的坐标位置、拍摄参数、图像采集时间、图像信息的传输；/n存储模块，由图像采集卡、数据存储卡构成的用于图像存储、相机镜头位置、拍摄参数的数据存储卡；存储模块将为存储数据加制镜头戳、时刻戳、位姿戳、位置戳一系列标记，确保数据不被混淆；/n通过物联网，将上述功能模块，组成一个有布局协同、信息协同、动作协同、功能协同和任务协同的动态场景采集体系。/n...

【技术特征摘要】
1.一种内向型三维场景采集虚拟复眼照相机，其特征是：由以下相互独立的功能模块通过物联网协同组成；
规划模块，基于包络球方案，实现相机镜头布局规划；
采集模块，由采集图像的相机镜头，以及相机镜头位姿陀螺仪、GPS定位器、UWB定位器、无线传输器集成组成；相机镜头根据采集指令，进行参数调整，展开采集工作，并利用无线传输器将图像传输到存储模块；位姿陀螺仪用于感知镜头相对“巨点”的位姿；GPS定位器用于接收GPS定位信号，确定镜头的全球地理坐标；UWB定位器用于确定各相机镜头之间的精确相对定位；每个相机镜头的位置关系都能够通过通信模块传输到规划模块；
控制模块，由集成了Web服务器的控制板、基于socket的并以无线方式接入到无线网的网络控制服务器构成，实现采集模块中多镜头的协同控制，
通信模块，基于无线网络的无线传输器构成，用于采集指令、相机的坐标位置、拍摄参数、图像采集时间、图像信息的传输；
存储模块，由图像采集卡、数据存储卡构成的用于图像存储、相机镜头位置、拍摄参数的数据存储卡；存储模块将为存储数据加制镜头戳、时刻戳、位姿戳、位置戳一系列标记，确保数据不被混淆；
通过物联网，将上述功能模块，组成一个有布局协同、信息协同、动作协同、功能协同和任务协同的动态场景采集体系。


2.根据权利要求1所述的内向型三维场景采集虚拟复眼照相机，其特征是：所述规划模块基于包络球方案，实现相机镜头布局规划，包括预规划和动态规划两个过程；
（1）预规划，通过截取地图上确定“巨点”的采集范围、以及地图比例尺、收集采集区域内“巨点”高度信息，确定“巨点”采集场景范围信息包括长度、宽度、高度数据；从3个数据范围中选取最大值，构建正方体，规划的“巨点”信息被全部覆盖在该正方体内；沿该正方体中心出发，向外引一条与拍摄距离和场景大小有关的线段，并以此为半径，绘制水平圆平面与竖直圆平面，通过旋转法、移动法与混合法3种方案，来确定包络球结点位置；当包络球结点位置确定后，根据表面连续性覆盖和冗余性覆盖原则确定各照相镜头的覆盖范围和拍摄参数；当拍摄高度不适合时，提供不断的调整优化，直到确定一个最佳拍摄高度，并确定最终的结点规模、相对位置，以及拍摄参数；通过坐标系转化关系，将包络球结点坐标对应到实际场景，直接输出到控制模块；
（2）动态规划，根据预规划结果，进行图像采集，在采集的过程中根据通信模块传输的场景变化信息、拍摄的相机镜头参数信息进行动态的实时规划。


3.根据权利要求2所述的内向型三维场景采集虚拟复眼照相机，其特征是利用旋转法来确定包络球的结点位置：
（1）若当水平圆与垂直圆的半径确定后，绘制水平圆和竖直圆，将水平圆绕水平轴顺时针不断旋转45°，垂直圆绕垂直轴顺时针不断旋转45°，所有的圆平面形成的交点即为包络球的结点位置，该结点位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汉熙，耿杰，易茂祥，黄鑫，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42