空地一体的街景全景图精确位姿恢复方法

摘要

随着科技的发展，人们对现实世界的空间信息描述不再局限于二维地图产品，具有真实感强、3D体验好等特点的虚拟现实、增强现实成为人们关注的热点，对现实世界的数据表达方式也由传统的二维视角走向表达信息更为丰富、可视化效果好、沉浸感体验强的三维视角。街景全景图作为真实感强的沉浸式地图产品，以其具有的不受视角限制、采集方便、纹理丰富、真实性高等优势，在全景导航、虚拟旅游、智慧校园、数字城市等多个领域展开了应用。但是街景全景图定位定姿主要是通过外置位姿数据采集平台进行获取，采集到位置信息往往不准确，进而导致全景影像数据不能很好的发挥其在地理信息服务中的作用和价值。　　考虑到航空倾斜摄影测量技术获取的实景三维模型具有较高精度的三维坐标和较为丰富的道路场景信息，因此本文提出了一种空地一体的街景全景图精确位姿恢复方法：采用较高精度的航空摄影三维模型模拟真实三维场景，通过环境映射的方式离屏渲染生成与街景全景图初始位姿、视角以及分辨率一致的虚拟全景图，并同时渲染生成对应的深度图；根据SIFT算法进行虚拟全景图与街景全景图的影像匹配，利用深度信息滤除远处匹配点，采用RANSAC算法进行粗差剔除，输出匹配的像点对；根据匹配结果像点的坐标和深度信息计算其对应的物点坐标，并将平面全景像点转换为球面像空间点，输出街景全景图的像空间点坐标及其物点坐标；根据基于球面投影模型的后方交会算法解算街景全景图的精确位置和姿态。　　本文利用倾斜摄影测量无人机采集了西南交通大学犀浦校区的实景三维模型，采用全景相机采集了同样区域的街景全景图作为实验数据，将文中的整体算法通过编程实现，并对多组实验结果进行了对比分析，有效证明了本文方法的实用性、稳定性和精确性。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 相关研究进展

1.2.1全景图的数据采集

1.2.2全景图的影像匹配

1.2.3全景图的位姿估计

1.3 研究目标、内容及技术路线

1.3.1研究目标

1.3.2研究内容

1.3.3技术路线

1.4 论文组织结构

第2章 街景全景图的成像几何和位姿描述

2.1 街景全景图的成像原理

2.2 球面全景图的投影方式

2.3.1等距柱状投影

2.3.2立方体投影

2.3 街景全景图的位姿描述

2.4 本章小结

第3章 基于环境映射的实景三维模型与街景全景图匹配

3.1 实景三维模型渲染生成全景图

3.1.1离屏渲染到二维影像

3.1.2虚拟球形相机全景渲染

3.2 虚拟全景图与街景全景图的匹配

3.3 本章小结

第4章 街景全景图的精确位姿估计

4.1 根据深度图计算物点坐标

4.2 基于球面投影模型的后方交会算法

4.3 本章小结

第5章 原型系统与实验分析

5.1 原型系统设计

5.1.1实验运行环境

5.1.2实验数据采集

5.1.3系统设计实现

5.2 实验结果分析

5.3 本章小结

第6章 总结和展望

6.1 论文总结

6.2 展望

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

参考文献