中海達(dá)iView激光高清全景系統(tǒng)

余建偉，姚 立，翁國(guó)康

(1.中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東廣州511400;2.廣州中海達(dá)衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)股份有限公司，廣東廣州511400;3.武漢海達(dá)數(shù)云技術(shù)有限公司，湖北武漢430023)

一、引 言

中海達(dá)的iView激光高清全景系統(tǒng)主要是以高清全景相機(jī)為主體，同時(shí)可搭載主流的移動(dòng)三維激光測(cè)量系統(tǒng)(如中海達(dá)的 iScan、RIEGL的 VMX-450、Optech 的 Lynx、Topcon 的 IP-S2 等)，并配套中海達(dá)公司成熟的軟件產(chǎn)品，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)街景地圖、數(shù)字景區(qū)、數(shù)字城管、數(shù)字公路、數(shù)字航道等不同應(yīng)用領(lǐng)域的業(yè)務(wù)需求，以滿足實(shí)際應(yīng)用為向?qū)?，通過(guò)標(biāo)配和定制化的技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的快速實(shí)施。

iView系統(tǒng)由兩大硬件組成。

1.高清全景相機(jī)

目前，中海達(dá)iView激光高清全景系統(tǒng)提供兩種配置的高清全景相機(jī)，分別有6個(gè)單反相機(jī)組和4個(gè)單反相機(jī)組，其中選用的單反相機(jī)為市場(chǎng)主流高配的產(chǎn)品，具有分辨率高、色彩逼真、圖像清晰等特點(diǎn)(如圖1所示)。iView高清全景系統(tǒng)中全景相機(jī)的參數(shù)如下:

圖1 iView高清全景相機(jī)

1)全景相機(jī)影像分辨率:約1.5億有效像素(6相機(jī)頭)或大于5000萬(wàn)像素(4相機(jī)頭)。

2)有效視場(chǎng)角:360°。

3)攝像覆蓋范圍:80%全景范圍。

4)最大幀率:2fps。

5)作業(yè)溫度:0°～45°C。

2.一體化移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

iScan是中海達(dá)自主研制的一體化三維移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)在移動(dòng)載體高速行進(jìn)過(guò)程中，快速獲取高精度定位定姿數(shù)據(jù)、高密度三維點(diǎn)云和高清連續(xù)全景影像數(shù)據(jù)(如圖2所示)。iScan系統(tǒng)將三維激光掃描設(shè)備(LS)、衛(wèi)星定位模塊(GNSS)、慣性導(dǎo)航裝置(IMU)、里程計(jì)、360°全景相機(jī)(可選配)、總成控制模塊和高性能板卡計(jì)算機(jī)高度集成、封裝在剛性平臺(tái)中，具有堅(jiān)固穩(wěn)定、免標(biāo)定、體積小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)，方便用戶使用、維護(hù)、保管和攜帶。

圖2 iScan一體化移動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)

二、高清全景解決方案

高清激光全景系統(tǒng)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，不僅能夠采集、生產(chǎn)、管理和展示道路、河道等帶狀地形兩側(cè)的街景數(shù)據(jù)，并可借助自帶的模糊工具將車(chē)牌號(hào)及人臉等隱私信息進(jìn)行自動(dòng)模糊化處理。另外，街景數(shù)據(jù)還可以結(jié)合激光點(diǎn)云，使其具備3D深度空間導(dǎo)航、測(cè)量功能特性，可自動(dòng)探測(cè)建筑物和道路的表面，可以說(shuō)是一個(gè)綜合考慮采集、生產(chǎn)、管理、服務(wù)各個(gè)環(huán)節(jié)的一體化集成解決方案，如圖3所示。方案的關(guān)鍵技術(shù)敘述如下。

1.相機(jī)標(biāo)定

每個(gè)全景相機(jī)由于結(jié)構(gòu)件加工差異，導(dǎo)致各相機(jī)的外參數(shù)并不相同。此外，每個(gè)相機(jī)具有不同的畸變參數(shù)，因此在進(jìn)行影像拼接處理前，必須對(duì)全景相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，消除相機(jī)畸變引起的圖像變形，并計(jì)算出每個(gè)相機(jī)的外參數(shù)。本系統(tǒng)通過(guò)建立專(zhuān)門(mén)的全景相機(jī)標(biāo)定場(chǎng)，可實(shí)現(xiàn)多種型號(hào)的全景相機(jī)標(biāo)定，從而為后續(xù)全景影像拼接處理提供準(zhǔn)備。

圖3 激光高清全景系統(tǒng)解決方案結(jié)構(gòu)圖

2.全景拼接

本方案提供6組或4組相機(jī)的解決方案，為獲得大范圍的全景影像，在外業(yè)數(shù)據(jù)采集完成后，需要利用相機(jī)標(biāo)定的參數(shù)進(jìn)行全景影像拼接。本系統(tǒng)的全景拼接過(guò)程利用高效、準(zhǔn)確的圖像匹配技術(shù)，使圖像的拼接誤差達(dá)到最小，在90%以上的拼接縫處，拼接誤差小于5個(gè)像素，同時(shí)在1∶1的情況下瀏覽圖像，人眼幾乎看不出拼接誤差。

3.勻光處理

每張全景影像由多個(gè)相機(jī)在同一時(shí)刻曝光的圖片拼接而成，使得不同相機(jī)之間的圖片存在曝光差異，這就導(dǎo)致了不同影像之間存在色差。針對(duì)這一難點(diǎn)，本系統(tǒng)研發(fā)的勻光算法能很好地解決這個(gè)問(wèn)題。算法在處理影像間色差時(shí)，使拼接處的顏色均勻地在兩片之間過(guò)渡，保證了拼接而成的全景影像在拼接處不存在人眼可識(shí)別的色差。

三、示范應(yīng)用

iView激光高清全景系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)街景地圖、數(shù)字景區(qū)、數(shù)字城管、數(shù)字公路、數(shù)字航道、數(shù)字消防、數(shù)字市政、數(shù)字環(huán)保等領(lǐng)域，如圖4所示。

圖4 三維全景應(yīng)用

四、結(jié)束語(yǔ)

中海達(dá)iView激光高清全景系統(tǒng)借助全景相機(jī)獲取高清晰、色彩真的全景影像，同時(shí)搭載主流的移動(dòng)激光三維技術(shù)，克服了傳統(tǒng)測(cè)量技術(shù)效率低、信息損失大、安全性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大、專(zhuān)業(yè)性高、難以推廣應(yīng)用的局限性，能夠快速高效地由現(xiàn)實(shí)世界的環(huán)境信息最大限度地還原真實(shí)的社會(huì)環(huán)境，信息量豐富、直觀可視、便于使用、擴(kuò)展性強(qiáng)，將在互聯(lián)網(wǎng)、測(cè)繪地理信息、交通、水利、規(guī)劃等多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

(本專(zhuān)欄由中海達(dá)和本刊編輯部共同主辦)