專利名稱：基于gps信息對(duì)大量建筑物側(cè)立面圖像快速分類的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像自動(dòng)分類的方法，尤其涉及一種基于GPS信息對(duì)大量建筑物側(cè)立面圖像快速分類的方法。
背景技術(shù)：
在城市三維建模的實(shí)際應(yīng)用中，使用數(shù)字?jǐn)z像機(jī)高速采集圖像的方式得到越來(lái)越廣泛的使用。這種采集方式會(huì)產(chǎn)生大量城市街區(qū)圖像，因此如何將這些圖像與圖像中所包含的建筑物進(jìn)行快速而準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)已經(jīng)成為了 一個(gè)很重要的問(wèn)題。需要一個(gè)行之有效的方法對(duì)圖像進(jìn)行快速分析，從而建立圖像與建筑物之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
當(dāng)前將GPS與圖像采集系統(tǒng)整合的方法主要如下
張琪在0忖200410084213.3發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書中提出了一種使用0 8對(duì)數(shù)碼相片進(jìn)行拍攝位置定位的方法。這種方法在拍攝數(shù)碼相片的同時(shí)使用GPS接收機(jī)記錄拍攝者的軌跡日志，將記錄在GPS接收機(jī)中的帶有時(shí)間和地理位置信息的軌跡日志與帶有時(shí)間信息的數(shù)碼相片進(jìn)行互相匹配，這種匹配是通過(guò)GPS軌跡日志中的時(shí)間信息和數(shù)碼相片中的時(shí)間信息間的相似度比較來(lái)完成的。這種方法簡(jiǎn)單可行，但是由于缺乏拍攝方向，因此無(wú)法進(jìn)行進(jìn)一步的篩選，同時(shí)使用最近匹配方法可能會(huì)導(dǎo)致精度不足。
林輝全在CN200610023767.1發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書中提及了一種儲(chǔ)存與共享GPS照片的方法與系統(tǒng)。該系統(tǒng)當(dāng)使用者上傳數(shù)字照片的中繼數(shù)據(jù)內(nèi)含定位坐標(biāo)時(shí)，由解析模塊擷取數(shù)字照片中的名稱及坐標(biāo)信息存入對(duì)應(yīng)表后，再將該上傳的照片存入影像數(shù)據(jù)庫(kù)中；在下次接收到使用者輸入一定位坐標(biāo)時(shí)，即可根據(jù)該定位坐標(biāo)尋找對(duì)應(yīng)表中相關(guān)的數(shù)字照片檔案。這種方法使用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)儲(chǔ)存照片的信息，可以提高尋找速度，這個(gè)方法也缺乏拍攝方向。
在城市建模技術(shù)中，存在一個(gè)重要的技術(shù)需求即對(duì)路面采集得到的大量建筑物側(cè)立面圖像基于圖像中所包含的建筑物側(cè)面進(jìn)行分類。
利用雷達(dá)以及激光掃描儀獲取三維信息的方法可以將建筑物基于圖像中所包含的建筑物側(cè)面進(jìn)行良好的分類，然而這些系統(tǒng)成本均很高，不便于大規(guī)模使用。因此一種成本低但能顯著的增進(jìn)建模質(zhì)量的方法對(duì)于當(dāng)前的城市建模應(yīng)用將起到較大的幫助。而在當(dāng)前的圖像采集應(yīng)用中，已經(jīng)出現(xiàn)了許多將GPS與圖像采集系統(tǒng)整合, 以提供圖像采集時(shí)的位置信息的方法。因此我們考慮使用GPS這一成本低廉效 果良好的工具完成如上所述的分類工作。為了達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，我們需要每張采 集得到的圖像的位置以及鏡頭主光軸方向，以及相機(jī)的內(nèi)部參數(shù)，便可以還原 相機(jī)的視野。
然而背景技術(shù)1.及2.中所述的利用GPS作為位置來(lái)源信息的方法不能直接 在城市建模應(yīng)用中被使用。首先由于此類方法僅記錄了圖像的位置信息，但是 由于缺乏圖像的朝向信息，因此不能還原該圖像的視野，從而無(wú)法對(duì)圖像進(jìn)行 進(jìn)一步篩選；其次由于前述方法直接使用從GPS輸出的位置信息作為圖像的位 置信息，這種做法在圖像采集速度較低的系統(tǒng)中是簡(jiǎn)單可行的，但是在圖像采 集速度超過(guò)GPS的采樣率(一般為1HZ)的系統(tǒng)中，如果依然直接使用從GPS 輸出的位置信息作為圖像的位置信息，必然導(dǎo)致多張圖像的位置信息重合，從 而使得結(jié)果不準(zhǔn)確。本專利可以得到每張圖像獲取的時(shí)刻較為準(zhǔn)確的攝像機(jī)位 置及朝向信息，填補(bǔ)了此類技術(shù)的空缺。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)背景技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于GPS信息對(duì) 大量建筑物側(cè)立面圖像快速分類的方法，使用GPS提供位置以及朝向信息的源 數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)變換后得到每張圖像的拍攝位置及鏡頭主光軸朝向，將其作為圖像 的附加信息用以輔助大量圖像自動(dòng)快速歸類的方法。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案包括以下步驟
a) 在數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的移動(dòng)平臺(tái)上固定GPS接收器，用于獲得移動(dòng)平 臺(tái)的實(shí)時(shí)位置與方向；保持圖像采集設(shè)備鏡頭的主光軸水平且與移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn) 方向保持相同的夾角，同時(shí)確保GPS接收器、圖像采集設(shè)備和移動(dòng)運(yùn)載裝置三 者之間的位置保持相對(duì)固定，并記錄下GPS接收器與數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的相 對(duì)位移以及數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)鏡頭主光軸方向與移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向的夾角；
b) 當(dāng)移動(dòng)平臺(tái)在道路上前進(jìn)時(shí)，移動(dòng)平臺(tái)上的數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)將拍攝道 路一側(cè)建筑物側(cè)立面圖像；記錄每張圖像拍攝時(shí)刻的GPS接收器的位置及移動(dòng) 方向，使用所記錄的GPS接收器與數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的相對(duì)位移變換GPS接 收器的位置得到側(cè)立面圖像數(shù)據(jù)采集時(shí)的攝像機(jī)位置信息，使用GPS的移動(dòng)方 向與數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)鏡頭主光軸方向與移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向的夾角得到側(cè)立 面圖像采集時(shí)的攝像機(jī)方向；
c) 從衛(wèi)星遙感圖像、航拍圖像及城市規(guī)劃圖的俯視圖上抽取建筑物的水平輪
5廓線，并記錄組成建筑物的水平輪廓線的線段上每個(gè)頂點(diǎn)的經(jīng)度與緯度；
d) 對(duì)于每個(gè)建筑物的水平輪廓線，均通過(guò)水平輪廓線上每個(gè)頂點(diǎn)的經(jīng)度與緯 度，選擇所有與水平輪廓線的距離小于50 150m值的建筑物側(cè)立面圖像數(shù)據(jù)；
e) 對(duì)于與水平輪廓線的距離小于50 150m值的建筑物側(cè)立面圖像中的每張 圖像，使用側(cè)立面圖像數(shù)據(jù)采集時(shí)刻的攝像機(jī)位置、鏡頭朝向以及數(shù)字照相機(jī) 或攝像機(jī)的水平視角和垂直視角信息還原出拍攝該建筑物側(cè)立面圖像時(shí)的視 野，并檢測(cè)水平輪廓線是否位于該視野內(nèi)；
f) 如果水平輪廓線位于上述視野內(nèi)，則能得出該張建筑物側(cè)立面圖像與該建 筑物水平輪廓線之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系；在計(jì)算出該圖像與所有的水平輪廓線的對(duì) 應(yīng)關(guān)系后，使用基于掃描線Z緩沖算法的篩選算法對(duì)被遮擋的水平輪廓線進(jìn)行 剔除，當(dāng)剔除了所有被遮擋的水平輪廓線后，如果水平輪廓線沒(méi)有被剔除，則 該張建筑物側(cè)立面圖像被分類于該水平輪廓線所對(duì)應(yīng)的集合中。
所述檢測(cè)水平輪廓線是否位于該視野內(nèi)，是根據(jù)每張建筑物側(cè)立面圖像拍 攝時(shí)刻的攝像機(jī)位置、鏡頭朝向信息及己知的攝像機(jī)內(nèi)參還原攝像機(jī)的視野， 使用等腰三角形模擬攝像機(jī)視野，該等腰三角形以攝像機(jī)位置為頂點(diǎn)，數(shù)字照 相機(jī)或攝像機(jī)的水平視角為頂角，高的取值與d)步驟中使用的距離值相同，頂 點(diǎn)到底邊的中垂線方向與鏡頭主光軸的方向一致；如果等腰三角形包含建筑物 水平輪廓線或者與建筑物水平輪廓線相交，那么建筑物水平輪廓線的全部或部 分包含于該建筑物側(cè)立面圖像的視野中，否則建筑物水平輪廓線便不包含于該 建筑物的側(cè)立面圖像的視野中。
所述基于掃描線Z緩沖算法的篩選算法對(duì)水平輪廓線進(jìn)行遮擋剔除，是對(duì)
于指定的建筑物側(cè)立面圖像，首先找出在f)步驟中確定的所有與這張圖像所對(duì)應(yīng) 的建筑物水平輪廓線，并構(gòu)造一條與數(shù)字照相機(jī)/攝像機(jī)的鏡頭主光軸垂直，同
時(shí)平行于地平面的線段，線段中心位于鏡頭主光軸上，線段長(zhǎng)度為2&an(^)，其
中^為數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的水平視角，d為該線段與數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)位置 的距離，d的取值可為任意正值，并對(duì)線段建立n等分；將所有與這張圖像所對(duì) 應(yīng)的建筑物水平輪廓線以數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的位置為視點(diǎn)透視投影到該線段
6上，并在每個(gè)線段等分間隔上記錄下投影至該等分間隔的水平輪廓線中距鏡頭
距離最短的水平輪廓線的編號(hào)；在投影完成后，便可得到每條輪廓線的等分間 隔數(shù)，再乘以等分間隔的單位長(zhǎng)度，得到每條水平輪廓線在投影線段上的可見(jiàn) 長(zhǎng)度的近似值，可見(jiàn)長(zhǎng)度即--條水平輪廓線在投影至投影線段時(shí)不受到其他水 平輪廓線遮擋的長(zhǎng)度，同時(shí)使用同樣的方法單獨(dú)投影該條水平輪廓線至線段上， 得到該條水平輪廓線在線段上的透視投影長(zhǎng)度，用該條水平輪廓線的近似可見(jiàn) 長(zhǎng)度除以透視投影長(zhǎng)度，便得到該條水平輪廓線的可見(jiàn)比例的近似值；如果近 似值小于用戶給定閾值，則該水平輪廓線被遮擋，在選擇結(jié)果中去除，否則該
水平輪廓線可見(jiàn)，在選擇結(jié)果中保留。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是
本發(fā)明針對(duì)使用GPS定位攝像機(jī)位置的傳統(tǒng)技術(shù)中信息不完備(不具備朝 向信息)及在高速采集應(yīng)用下精度不足的缺點(diǎn)，提出了一種對(duì)于城市建模中以 一定方式所獲取的圖像序列進(jìn)行優(yōu)化的，取得序列中每張圖像拍攝坐標(biāo)及朝向， 并利用這些信息對(duì)圖像自動(dòng)進(jìn)行歸類的方法。本發(fā)明不需要雷達(dá)、激光掃描儀 之類特殊昂貴的硬件設(shè)備，數(shù)據(jù)采集方式也相當(dāng)方便，經(jīng)實(shí)踐證明具有良好的 對(duì)應(yīng)效果。該方法成本低，交互便捷，對(duì)于大部分目標(biāo)建筑都能對(duì)具備附加信 息的圖像進(jìn)行自動(dòng)歸類。
圖l是本發(fā)明的流程圖。.
圖2是用以模擬攝像機(jī)視野及攝像機(jī)主光軸的示意圖。 圖3是基于掃描線Z緩沖算法的篩選算法示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
本發(fā)明提出了一種基于GPS信息對(duì)大量建筑物側(cè)立面圖像快速分類的方 法，包括如下步驟在圖像采集設(shè)備的移動(dòng)平臺(tái)上放置GPS接收器，用于獲取 移動(dòng)平臺(tái)的位置與方向。在采集建筑物側(cè)立面圖像數(shù)據(jù)同時(shí)通過(guò)GPS接收器獲 取攝像機(jī)信息。另外從頂視圖抽取建筑物的水平輪廓線。對(duì)于每個(gè)建筑物，選 擇所有與其水平輪廓線的距離小于定值的側(cè)立面圖像。而后還原每張圖像的視
7野，并檢測(cè)水平輪廓線是否位于視野內(nèi)，從而判斷此圖像是否包含該建筑物。 在獲取了 一張圖像包含的所有建筑物水平輪廓線后，通過(guò)篩選算法對(duì)這些建筑 物的水平輪廓線進(jìn)行遮擋剔除，以去除被遮擋的建筑物水平輪廓線。 具體流程如圖l所示，現(xiàn)具體介紹每一步的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。
1、 在數(shù)字照相機(jī)/攝像機(jī)的移動(dòng)平臺(tái)上固定GPS接收器，用于獲得移動(dòng)平 臺(tái)的實(shí)時(shí)位置與方向。保持圖像采集設(shè)備鏡頭的主光軸水平且與移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn) 方向保持固定夾角，同時(shí)確保GPS接收器、圖像采集設(shè)備和移動(dòng)運(yùn)載裝置三者 之間的相對(duì)位置保持相對(duì)固定，并記錄下GPS接收器與數(shù)字照相機(jī)/攝像機(jī)的相 對(duì)位移以及數(shù)字照相機(jī)/攝像機(jī)鏡頭主光軸方向與移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向的夾角e ， 當(dāng)主光軸方向位于移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向左側(cè)時(shí)e為正值，位于移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向 右側(cè)時(shí)e為負(fù)值。
2、 建筑物側(cè)立面圖像數(shù)據(jù)的采集和每張圖像攝像機(jī)位置、鏡頭朝向的記錄
利用移動(dòng)平臺(tái)上的攝像機(jī)對(duì)建筑物側(cè)立面進(jìn)行連續(xù)拍攝，并記錄下拍攝每張照
片的時(shí)間，同時(shí)使用GPS連續(xù)獲取并記錄在拍攝過(guò)程中的GPS位置信息與瞬時(shí) 運(yùn)動(dòng)方向信息，同樣為每個(gè)GPS信息加上時(shí)間戳。在一段圖像序列采集完成后， 使用如下算法獲取這段圖像序列中的每張圖像拍攝時(shí)的位置和朝向。
對(duì)于每張圖像，根據(jù)該圖像的拍攝時(shí)間"在記錄下的GPS位置信息與瞬時(shí) 運(yùn)動(dòng)方向信息中，尋找出GPS位置信息化A與朝向信息《，"2，使得對(duì)應(yīng)的時(shí)間 滿足^""作^"" 且P"^是連續(xù)的兩條位置信息，《，毛是連續(xù)的兩條朝 向信息。
該圖像的位置P與朝向d可以由如下公式計(jì)算得到
<formula>formula see original document page 8</formula>
由于拍攝平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)一般較為平穩(wěn)，因此使用如上公式進(jìn)行一階線性插值 足以得到較為精確的圖像拍攝時(shí)刻的位置與朝向。
3、 使用Canny邊緣檢測(cè)對(duì)衛(wèi)星遙感圖像、航拍圖像及城市規(guī)劃圖的俯視圖
進(jìn)行預(yù)處理，得到衛(wèi)星遙感圖像、航拍圖像及城市規(guī)劃圖的俯視圖的邊緣；隨 后使用Hough變換對(duì)衛(wèi)星遙感圖像、航拍圖像及城市規(guī)劃圖的俯視圖的邊緣進(jìn)行預(yù)處理，得到初始的建筑物輪廓，然后對(duì)結(jié)果不理想的部分進(jìn)行人工交互修 正，得到建筑物的水平輪廓線。這條水平輪廓線上每個(gè)頂點(diǎn)的經(jīng)緯度將被記錄， 以確定三維建筑模型的位置以及水平結(jié)構(gòu)。并獲取這條水平輪廓線上所有頂點(diǎn)
經(jīng)緯度的最大值與最小值丄。"max , ￡訓(xùn)mm , _ , m,n ，并使用這些值構(gòu)造一個(gè)
矩形，它的頂點(diǎn)為A 她，丄"鵬)A 咖x ，丄"隨)，該矩形能將這條水平
尸3 (Zo" min , Za/ min )戶4 (Zo" max ，丄",min )
輪廓線包含在其中，將該矩形作為該輪廓線的包圍盒B。
4、 當(dāng)需要對(duì)一條水平輪廓線進(jìn)行圖像自動(dòng)對(duì)應(yīng)的時(shí)候，首先獲取該條水平 輪廓線所對(duì)應(yīng)的包圍盒B，然后對(duì)長(zhǎng)寬都加上一個(gè)取值由建筑物到街道的最大距 離所確定的數(shù)值A(chǔ)d，實(shí)際應(yīng)用中，200米對(duì)于Ad是一個(gè)較為合適的取值。這 樣，擴(kuò)展過(guò)的包圍盒B'
n… AJ i" , △"、 n,/r ^ , , A^、
尸,(丄。"脆—丁，丄^ max + Y)2 ( 鵬+ Y， 鵬+ 丁)
尸3 (丄0" min 一 丁， L" min — 丁) P4 (丄。"鵬+ 丁 ，丄"'min — 丁) 便可用于在所有圖像構(gòu)成的集合中選擇所有在此條水平輪廓線附近拍攝的圖像 所構(gòu)成的子集。
5、 對(duì)于4、處理后得到的圖像子集，首先對(duì)于每張圖像，使用側(cè)立面圖像
數(shù)據(jù)采集時(shí)刻的攝像機(jī)位置、鏡頭朝向以及數(shù)字照相機(jī)/攝像機(jī)的水平視角和垂 直視角信息還原出拍攝該建筑物側(cè)立面圖像時(shí)的視野，在本應(yīng)用中由于相交檢 測(cè)對(duì)象為水平輪廓線，因此可以將視錐投影至地平面上以簡(jiǎn)化模型。這樣便可
以使用等腰三角形構(gòu)造出一個(gè)基本的視錐模型(如圖2所示)。該等腰三角形以 攝像機(jī)位置為頂點(diǎn)，數(shù)字照相機(jī)/攝像機(jī)的水平視角為頂角，高的取值為50 150m的經(jīng)驗(yàn)值且與使用的50 150m的經(jīng)驗(yàn)值相同，頂點(diǎn)到底邊的中垂線方向 與鏡頭主光軸的方向一致。如果等腰三角形包含建筑物水平輪廓線或者與建筑 物水平輪廓線相交，那么建筑物水平輪廓線的全部或部分包含于該建筑物側(cè)立 面圖像的視野中，否則建筑物水平輪廓線便不包含于該建筑物的側(cè)立面圖像的 視野中。在剔除了不包含于建筑物的側(cè)立面圖像的視野中的圖像后，再剔除與 該等腰三角形中垂線不相交的建筑物水平輪廓線，因?yàn)橐话愣?，如果建筑?與等腰三角形中垂線(即攝像機(jī)主光軸)不相交，那么該張圖片上建筑物的比例必然較小，在接下來(lái)的應(yīng)用中所起的效果不大，因此可以剔除。
6、在計(jì)算出某張圖像與所有的水平輪廓線的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，使用基于掃描線 Z緩沖算法的篩選算法對(duì)所有的水平輪廓線進(jìn)行遮擋剔除，當(dāng)剔除了被其他水平 輪廓線所遮擋的水平輪廓線后，如果某條水平輪廓線沒(méi)有被剔除，則這條水平 輪廓線與該張建筑物側(cè)立面圖像是對(duì)應(yīng)的。圖3是使用基于掃描線Z緩沖算法 的篩選算法對(duì)所有的水平輪廓線進(jìn)行遮擋剔除的示意圖，其中，a是一張?jiān)谀硞€(gè) 時(shí)刻，移動(dòng)平臺(tái)上的數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)所拍攝到的某張圖像中所包含的建筑 物所對(duì)應(yīng)的水平輪廓線與鏡頭的位置的俯視圖。首先找出在之前步驟中確定的 所有與這張圖像所對(duì)應(yīng)的建筑物水平輪廓線，并構(gòu)造一條與數(shù)字照相機(jī)/攝像機(jī) 的鏡頭主光軸垂直，同時(shí)平行于地平面的線段，如圖3中b所示，線段中心位
于鏡頭主光軸上，長(zhǎng)度為2c/tanf^，其中e為數(shù)字照相機(jī)/攝像機(jī)的水平視角，d
為該線段與數(shù)字照相機(jī)/攝像機(jī)位置的距離，d的取值可為任意正值，并n等分 這條線段。將所有水平輪廓線以數(shù)字照相機(jī)/攝像機(jī)的位置為視點(diǎn)透視投影到該 線段上，并在每個(gè)線段等分間隔上記錄下投影至該等分間隔的水平輪廓線中距 鏡頭距離最短的水平輪廓線的編號(hào)。在所有水平輪廓線的投影完成后，遍歷所 有線段等分間隔并統(tǒng)計(jì)所有水平輪廓線編號(hào)在線段等分間隔上出現(xiàn)的次數(shù)，便
可得到每條輪廓線的等分間隔數(shù)。，再乘以等分間隔的單位長(zhǎng)度^tanf^1，得到
每條水平輪廓線在投影線段上的可見(jiàn)長(zhǎng)度的近似值^tanf要)(可見(jiàn)長(zhǎng)度即一條
水平輪廓線在投影至投影線段時(shí)不受到其他水平輪廓線遮擋的長(zhǎng)度)，如圖3中 C所示；同樣可以使用同樣的方法單獨(dú)投影該條水平輪廓線至線段上，得到該條 水平輪廓線在線段上的透視投影長(zhǎng)度，如圖3中d,e，f所示。用該條水平輪廓線
1的近似可見(jiàn)長(zhǎng)度除以透視投影長(zhǎng)度，便得到該條水平輪廓線的可見(jiàn)比例的近似 值。如果可見(jiàn)比例的近似值小于用戶給定閾值，則可認(rèn)為該水平輪廓線被遮擋， 在選擇結(jié)果中去除，否則該水平輪廓線可見(jiàn)，在選擇結(jié)果中保留。
權(quán)利要求
1、一種基于GPS信息對(duì)大量建筑物側(cè)立面圖像快速分類的方法，其特征在于包括以下步驟a)在數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的移動(dòng)平臺(tái)上固定GPS接收器，用于獲得移動(dòng)平臺(tái)的實(shí)時(shí)位置與方向；保持圖像采集設(shè)備鏡頭的主光軸水平且與移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向保持相同的夾角，同時(shí)確保GPS接收器、圖像采集設(shè)備和移動(dòng)運(yùn)載裝置三者之間的位置保持相對(duì)固定，并記錄下GPS接收器與數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的相對(duì)位移以及數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)鏡頭主光軸方向與移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向的夾角；b)當(dāng)移動(dòng)平臺(tái)在道路上前進(jìn)時(shí)，移動(dòng)平臺(tái)上的數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)將拍攝道路一側(cè)建筑物側(cè)立面圖像；記錄每張圖像拍攝時(shí)刻的GPS接收器的位置及移動(dòng)方向，使用所記錄的GPS接收器與數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的相對(duì)位移變換GPS接收器的位置得到側(cè)立面圖像數(shù)據(jù)采集時(shí)的攝像機(jī)位置信息，使用GPS的移動(dòng)方向與數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)鏡頭主光軸方向與移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向的夾角得到側(cè)立面圖像采集時(shí)的攝像機(jī)方向；c)從衛(wèi)星遙感圖像、航拍圖像及城市規(guī)劃圖的俯視圖上抽取建筑物的水平輪廓線，并記錄組成建筑物的水平輪廓線的線段上每個(gè)頂點(diǎn)的經(jīng)度與緯度；d)對(duì)于每個(gè)建筑物的水平輪廓線，均通過(guò)水平輪廓線上每個(gè)頂點(diǎn)的經(jīng)度與緯度，選擇所有與水平輪廓線的距離小于50～150m值的建筑物側(cè)立面圖像數(shù)據(jù)；e)對(duì)于與水平輪廓線的距離小于50～150m值的建筑物側(cè)立面圖像中的每張圖像，使用側(cè)立面圖像數(shù)據(jù)采集時(shí)刻的攝像機(jī)位置、鏡頭朝向以及數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的水平視角和垂直視角信息還原出拍攝該建筑物側(cè)立面圖像時(shí)的視野，并檢測(cè)水平輪廓線是否位于該視野內(nèi)；f)如果水平輪廓線位于上述視野內(nèi)，則能得出該張建筑物側(cè)立面圖像與該建筑物水平輪廓線之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系；在計(jì)算出該圖像與所有的水平輪廓線的對(duì)應(yīng)關(guān)系后，使用基于掃描線Z緩沖算法的篩選算法對(duì)被遮擋的水平輪廓線進(jìn)行剔除，當(dāng)剔除了所有被遮擋的水平輪廓線后，如果水平輪廓線沒(méi)有被剔除，則該張建筑物側(cè)立面圖像被分類于該水平輪廓線所對(duì)應(yīng)的集合中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPS信息對(duì)大量建筑物側(cè)立面圖像快速 分類的方法，其特征在于所述檢測(cè)水平輪廓線是否位于該視野內(nèi)，是根據(jù)每 張建筑物側(cè)立面圖像拍攝時(shí)刻的攝像機(jī)位置、鏡頭朝向信息及已知的攝像機(jī)內(nèi) 參還原攝像機(jī)的視野，使用等腰三角形模擬攝像機(jī)視野，該等腰三角形以攝像機(jī)位置為頂點(diǎn)，數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的水平視角為頂角，高的取值與d)步驟中 使用的距離值相同，頂點(diǎn)到底邊的中垂線方向與鏡頭主光軸的方向一致；如果 等腰三角形包含建筑物水平輪廓線或者與建筑物水平輪廓線相交，那么建筑物 水平輪廓線的全部或部分包含于該建筑物側(cè)立面圖像的視野中，否則建筑物水 平輪廓線便不包含于該建筑物的側(cè)立面圖像的視野中。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPS信息對(duì)大量建筑物側(cè)立面圖像快速分類的方法，其特征在于所述基于掃描線Z緩沖算法的篩選算法對(duì)水平輪廓線進(jìn)行遮擋剔除，是對(duì)于指定的建筑物側(cè)立面圖像，首先找出在f)步驟中確定的所有與這張圖像所對(duì)應(yīng)的建筑物水平輪廓線，并構(gòu)造一條與數(shù)字照相機(jī)/攝像機(jī)的鏡頭主光軸垂直，同時(shí)平行于地平面的線段，線段中心位于鏡頭主光軸上，線段長(zhǎng)度為2rftanf^),其中6為數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的水平視角，d為該線段與 數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)位置的距離，d的取值可為任意正值，并對(duì)線段建立n等分；將所有與這張圖像所對(duì)應(yīng)的建筑物水平輪廓線以數(shù)字照相機(jī)或攝像機(jī)的位置為 視點(diǎn)透視投影到該線段上，并在每個(gè)線段等分間隔上記錄下投影至該等分間隔的水平輪廓線中距鏡頭距離最短的水平輪廓線的編號(hào)；在投影完成后，便可得 到每條輪廓線的等分間隔數(shù)，再乘以等分間隔的單位長(zhǎng)度，得到每條水平輪廓 線在投影線段上的可見(jiàn)長(zhǎng)度的近似值，可見(jiàn)長(zhǎng)度即一條水平輪廓線在投影至投 影線段時(shí)不受到其他水平輪廓線遮擋的長(zhǎng)度，同時(shí)使用同樣的方法單獨(dú)投影該 條水平輪廓線至線段上，得到該條水平輪廓線在線段上的透視投影長(zhǎng)度，用該 條水平輪廓線的近似可見(jiàn)長(zhǎng)度除以透視投影長(zhǎng)度，便得到該條水平輪廓線的可 見(jiàn)比例的近似值；如果近似值小于用戶給定閾值，則該水平輪廓線被遮擋，在 選擇結(jié)果中去除，否則該水平輪廓線可見(jiàn)，在選擇結(jié)果中保留。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于GPS信息對(duì)大量建筑物側(cè)立面圖像快速分類的方法。在圖像采集設(shè)備的移動(dòng)平臺(tái)上固定GPS接收器，用于獲取移動(dòng)平臺(tái)的位置與方向。在采集建筑物側(cè)立面圖像數(shù)據(jù)同時(shí)通過(guò)GPS接收器獲取攝像機(jī)信息。另外從頂視圖抽取建筑物的水平輪廓線。對(duì)于每個(gè)建筑物，選擇所有與其水平輪廓線的距離小于定值的側(cè)立面圖像。隨后還原每張圖像的視野，并檢測(cè)水平輪廓線是否位于視野內(nèi)，從而判斷此圖像是否包含該建筑物。本發(fā)明不需要雷達(dá)、激光掃描儀之類特殊昂貴的硬件設(shè)備，數(shù)據(jù)采集方式也相當(dāng)方便，經(jīng)實(shí)踐證明具有良好的對(duì)應(yīng)效果。該方法成本低，交互便捷，對(duì)于大部分目標(biāo)建筑都能對(duì)具備附加信息的圖像進(jìn)行自動(dòng)歸類。
文檔編號(hào)G06K9/62GK101510311SQ20091009650
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2009年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者治 何, 煒 華, 吳智寧, 鮑虎軍 申請(qǐng)人:浙江大學(xué);杭州鐳星科技有限公司