一种基于三维点云数据的光学图像地理编码方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及影像处理领域，具体涉及一种基于三维点云数据的光学图像地理编码方法及系统。该方法包括标定处理、数据采集、光学图像角度编码、光学图像拼接、坐标系匹配、光学图像采集设备旋转平面倾斜校正以及光学图像地理编码。本发明专利技术对光学图像进行插值方式的地理编码，可以使得密集度更大，通过光学图像中的细节对场景实现更为细致的观测。针对旋转拍摄的光学图像进行编码拼接的方式，可以获得较好的拼接效果，并且拼接匹配过程中仅需两幅图像进行匹配，其余数据可以直接进行保存，减小了数据占用量，提高了运算速率。通过光学图像角度编码方式结合地形三维点云数据进行地理坐标编码的方式，可以使得其具有较高的精度。可以使得其具有较高的精度。可以使得其具有较高的精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三维点云数据的光学图像地理编码方法及系统


[0001]本专利技术实施例涉及影像处理领域，尤其涉及一种基于三维点云数据的光学图像地理编码方法及系统。

技术介绍

[0002]地形数据获取方式较多通过无人机获取彩色地形图，然而无人机成本高且存在禁飞区等实际情况，所以很多地方会使用GNSS精准打点的方式获取地形数据。采用GNSS精准打点的方式获取的三维点云数据，并无彩色信息附着在地形中，无法直观的看出观测目标点准确区域，仅能够通过坐标及其大体轮廓进行判断。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本专利技术实施例的目的在于提供一种基于三维点云数据的光学图像地理编码方法及系统，通过GNSS采集三维点云数据与光学图像结合的方式，对光学图像进行插值方式的地理编码，可以使得密集度更大，通过光学图像中的细节对场景实现更为细致的观测。
[0004]为实现上述目的，本专利技术实施例提供了如下的技术方案。
[0005]第一方面，在本专利技术提供的一个实施例中，提供了一种基于三维点云数据的光学图像地理编码方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、标定处理：对光学图像采集设备进行内参标定；
[0007]步骤二、数据采集：光学图像采集设备按设定旋转角度，以旋转中心为圆心进行水平旋转和俯仰旋转对场景进行光学图像采集，使用三维点云采集方法进行场景三维点云采集及光学图像采集设备旋转中心坐标采集；
[0008]步骤三、光学图像角度编码：根据标定获取内参，通过小孔成像的原理对多张光学图像进行水平角度和俯仰角度编码；
[0009]步骤四、光学图像拼接：以首张拍摄光学图像为基准，根据旋转拍摄过程中的角度信息对其余图像水平角度及俯仰角度进行加减，并对相邻拍摄光学图像进行特征点匹配，进行旋转误差校正；
[0010]步骤五、坐标系匹配：对拼接后的光学图像中选择一已知坐标对应像素点，将其水平角度和俯仰角度定为初始角度，将场景三维点云数据坐标进行以光学采集设备旋转中心为原点的球坐标系转换，并将选择目标点水平角度和俯仰角度与光学图像对应像素点初始角度旋转对齐；
[0011]步骤六、光学图像采集设备旋转平面倾斜校正：光学图像多个已知坐标目标点以初始选择单目标点为初始角度进行多目标点真实水平向角度和俯仰向角度获取。光学图像对应像素俯仰向角度与真实俯仰向角度相减，获取倾斜误差对旋转平面倾斜误差进行校正；
[0012]步骤七、光学图像地理编码：光学图像与场景三维点云数据的水平角度和俯仰角
度对齐，根据场景三维点云数据球坐标系下的距离R对光学图像进行距离插值，再将其通过旋转平移的方式将光学图像水平角度和俯仰角度以及距离转化为大地坐标系下的笛卡尔坐标系。
[0013]第二方面，在本专利技术提供的另一个实施例中，提供了一种基于三维点云数据的光学图像地理编码系统，所述系统包括：
[0014]标定处理模块，用于对光学图像采集设备进行内参标定；
[0015]数据采集模块，用于光学图像采集设备按设定旋转角度，以旋转中心为圆心进行水平旋转和俯仰旋转对场景进行光学图像采集，使用三维点云采集方法进行场景三维点云采集及光学图像采集设备旋转中心坐标采集；
[0016]光学图像角度编码模块，用于根据标定获取内参，通过小孔成像的原理对多张光学图像进行水平角度和俯仰角度编码；
[0017]光学图像拼接模块，用于以首张拍摄光学图像为基准，根据旋转拍摄过程中的角度信息对其余图像水平角度及俯仰角度进行加减，并对相邻拍摄光学图像进行特征点匹配，进行旋转误差校正；
[0018]坐标系匹配模块，用于对拼接后的光学图像中选择一已知坐标对应像素点，将所述已知坐标对应像素点的水平角度和俯仰角度定为初始角度，将场景三维点云数据坐标进行以光学采集设备旋转中心为原点的球坐标系转换，并将选择目标点水平角度和俯仰角度与光学图像对应像素点初始角度旋转对齐；
[0019]倾斜校正模块，用于光学图像多个已知坐标目标点以初始选择单目标点为初始角度进行多目标点真实水平向角度和俯仰向角度获取，光学图像对应像素俯仰向角度与真实俯仰向角度相减，获取倾斜误差对旋转平面倾斜误差进行校正；
[0020]光学图像地理编码模块，用于光学图像与场景三维点云数据的水平角度和俯仰角度对齐，根据场景三维点云数据球坐标系下的距离R对光学图像进行距离插值，通过旋转平移的方式将光学图像水平角度和俯仰角度以及距离转化为大地坐标系下的笛卡尔坐标系。
[0021]第三方面，在本专利技术提供的又一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括：处理器、存储器、通信接口和通信总线，所述处理器、所述存储器和所述通信接口通过所述通信总线完成相互间的通信；所述存储器用于存放至少一可执行指令，所述可执行指令使所述处理器执行如上述第一方面所述的基于三维点云数据的光学图像地理编码方法对应的操作。
[0022]第四方面，在本专利技术提供的再一个实施例中，提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一可执行指令，所述可执行指令使处理器执行如上述第一方面所述的基于三维点云数据的光学图像地理编码方法对应的操作。
[0023]与现有技术相比，本专利技术实施例提供的基于三维点云数据的光学图像地理编码方法及系统，针对旋转拍摄的光学图像进行编码拼接的方式，可以获得较好的拼接效果，并且拼接匹配过程中仅需两幅图像进行匹配，其余数据可以直接进行保存，减小了数据占用量，提高了运算速率。
[0024]通过光学图像角度编码方式结合地形三维点云数据进行地理坐标编码的方式，可以使得其具有较高的精度。
[0025]本专利技术的这些方面或其他方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。应当理解
的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。
附图说明
[0026]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0027]图1为本专利技术实施例的一种基于三维点云数据的光学图像地理编码方法的流程图；
[0028]图2为本专利技术实施例中一种基于三维点云数据的光学图像地理编码系统的系统框图。
具体实施方式
[0029]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0030]由于采用GNSS精准打点的方式获取的三维点云数据，并无彩色信息附着在地形中，无法直观的看出观测目标点准确区域，仅能够通过坐标及其大体轮廓进行判断。
[0031]为解决上述问题，本专利技术提供的一种基于三维点云数据的光学图像地理编码方法及系统，通过GNSS采集三维点云数据与光学图像结合的方式，对光学图像进行插值方式的地理编码，可以使得密集度更大，通过光学图像中的细节对场景实现更为细致的观测。
[0032]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维点云数据的光学图像地理编码方法，其特征在于，包括：步骤一、标定处理：对光学图像采集设备进行内参标定；步骤二、数据采集：光学图像采集设备按设定旋转角度，以旋转中心为圆心进行水平旋转和俯仰旋转对场景进行光学图像采集，使用三维点云采集方法进行场景三维点云采集及光学图像采集设备旋转中心坐标采集；步骤三、光学图像角度编码：根据标定获取内参，通过小孔成像的原理对多张光学图像进行水平角度和俯仰角度编码；步骤四、光学图像拼接：以首张拍摄光学图像为基准，根据旋转拍摄过程中的角度信息对其余图像水平角度及俯仰角度进行加减，并对相邻拍摄光学图像进行特征点匹配，进行旋转误差校正；步骤五、坐标系匹配：对拼接后的光学图像中选择一已知坐标对应像素点，将所述已知坐标对应像素点的水平角度和俯仰角度定为初始角度，将场景三维点云数据坐标进行以光学采集设备旋转中心为原点的球坐标系转换，并将选择目标点水平角度和俯仰角度与光学图像对应像素点初始角度旋转对齐；步骤六、光学图像采集设备旋转平面倾斜校正：光学图像多个已知坐标目标点以初始选择单目标点为初始角度进行多目标点真实水平向角度和俯仰向角度获取，光学图像对应像素俯仰向角度与真实俯仰向角度相减，获取倾斜误差对旋转平面倾斜误差进行校正；步骤七、光学图像地理编码：光学图像与场景三维点云数据的水平角度和俯仰角度对齐，根据场景三维点云数据球坐标系下的距离R对光学图像进行距离插值，通过旋转平移的方式将光学图像水平角度和俯仰角度以及距离转化为大地坐标系下的笛卡尔坐标系。2.根据权利要求1所述的基于三维点云数据的光学图像地理编码方法，其特征在于，步骤一中，标定处理时，包括：光学图像采集设备需对标准光学标定板进行拍摄多张光学图像，根据拍摄光学图像进而获得其内部参数。3.根据权利要求2所述的基于三维点云数据的光学图像地理编码方法，其特征在于，在步骤二中，光学图像采集，包括：光学图像按行进行水平旋转，根据单张光学图像水平向视宽设定固定旋转采集水平角度θ
′
，其中，相邻光学图像具有三分之一以上重叠率；按行拍摄结束，若俯仰向视宽无法覆盖全部场景信息，则光学图像采集设备复位至上一行拍摄轨迹初始拍摄位置，根据单张光学图像俯仰向视宽设定俯仰角度与上一行首张采集光学图像具有三分之一以上重叠率。4.根据权利要求1所述的基于三维点云数据的光学图像地理编码方法，其特征在于，光学图像角度编码，包括：对采集的首张光学图像选取一像素点行列号为(m0，n0)；其余光学图像选择像素点行列号均应当为(m0，n0)，将水平角度和俯仰角度均设为固定角度值；根据标定参数中的图像分辨率及像素焦距进行角度编码。5.根据权利要求4所述的基于三维点云数据的光学图像地理编码方法，其特征在于，光学图像拼接；包括：按行旋转采集光学图像过程中，设定首张采集光学图像为基准，其余图像均以上一张
采集光学图像对应像素行列进行角度θ
′
加操作，并根据特征点匹配方式进行误差校正；俯仰拍摄换...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海昆，杜黎明，邹云飞，赵志浩，刘佳文，
申请(专利权)人：青岛市光电工程技术研究院，
类型：发明
国别省市：