專利名稱：用于處理與建筑立面有關(guān)的激光掃描樣本和數(shù)字?jǐn)z影圖像的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于處理包括與建筑立面有關(guān)的激光掃描樣本的激光掃描樣本的 系統(tǒng)和方法， 一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域是從包含來(lái)自相機(jī)的圖像和來(lái)自激光掃描儀的輸出數(shù)據(jù)的移 動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)數(shù)據(jù)檢測(cè)建筑立面紋理元素。
背景技術(shù)：
用于從由移動(dòng)測(cè)繪系統(tǒng)(MMS)獲得的數(shù)據(jù)檢測(cè)紋理元素的系統(tǒng)已被知曉好幾年了。 此MMS具備一個(gè)或一個(gè)以上相機(jī)，所述相機(jī)由裝載在MMS上的處理器控制而拍攝環(huán) 境的圖片。MMS可采取被沿所關(guān)注道路駕駛的汽車的形式，而處理器控制所述相機(jī)以 拍攝建筑立面的圖片?，F(xiàn)今，在離線過(guò)程中，識(shí)別立面圖片中的紋理元素(如窗戶和門(mén)) 的位置。存在于這些立面圖片中的紋理元素接著被存儲(chǔ)于可由所述處理器存取的庫(kù)中的 標(biāo)準(zhǔn)紋理元素代替。由于這些標(biāo)準(zhǔn)紋理元素用于構(gòu)造立面，所以存儲(chǔ)立面與其紋理元素 所需的存儲(chǔ)器空間比用于存儲(chǔ)所有原始圖片與其原始紋理所必需的存儲(chǔ)器空間小得多。 進(jìn)一步參考未公開(kāi)的PCT/EP2005/055317。
為了構(gòu)建經(jīng)紋理化的3D立面模型，需要一種用于識(shí)別立面的原始圖片中的此些紋 理元素的良好方法。在現(xiàn)有技術(shù)中，存在用以從圖片分析并分解紋理的方法。然而，將 不正確的對(duì)象(例如，在立面前方的樹(shù)木、汽車、人和其它障礙物)識(shí)別為紋理元素的 機(jī)率相當(dāng)高。又如所有高度先進(jìn)的基于圖像的技術(shù)，所述方法需要巨大的計(jì)算能力。此 外，現(xiàn)有技術(shù)過(guò)程需要大量的人類互動(dòng)來(lái)獲得立面的紋理表示的良好質(zhì)量。手動(dòng)提取的 速度可平均僅為lkm/h，其對(duì)于中等大小的城市總共將產(chǎn)生成千上萬(wàn)個(gè)工時(shí)的成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)是提供一種用以檢測(cè)立面中的紋理元素以及其位置的系統(tǒng)和方法，其 與在現(xiàn)有技術(shù)中相比，需要的人力要少得多。
為此目的，本發(fā)明提供一種如在技術(shù)方案1中所界定的系統(tǒng)。
與現(xiàn)有技術(shù)中可能的情況相比，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)向用戶提供對(duì)立面中的紋理元素 的更自動(dòng)化檢測(cè)。因此，在人力以及金錢(qián)意義上，可節(jié)省大量勞力。而且，可從這些紋理元素構(gòu)造出逼真的建筑立面，例如在沿街道的建筑的3D模型中。
在一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種如在獨(dú)立方法技術(shù)方案中所界定的方法。 在另一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括經(jīng)布置以指令處理器執(zhí)
行此方法的指令和數(shù)據(jù)。
此外，本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)載體，其包括此計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。


將參看一些圖式來(lái)詳細(xì)闡釋本發(fā)明，所述圖式意在說(shuō)明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明的 范圍，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書(shū)及其等效實(shí)施例界定。 在圖式中
圖1展示具有相機(jī)和激光掃描儀的MMS系統(tǒng)；
圖2展示位置和定向參數(shù)的圖3展示可用以執(zhí)行本發(fā)明的計(jì)算機(jī)布置的圖4展示根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖5展示基于激光掃描樣本的直方圖6展示建筑立面的激光掃描的若干實(shí)例；
圖7a、圖7b和圖7c分別展示圖6的最后一個(gè)實(shí)例的立面、此立面上的差異以及建 筑的立面上的垂直直方圖8展示對(duì)圖7c中所示的數(shù)據(jù)所執(zhí)行的FFT的輸出；
圖9a和圖9b分別展示所掃描的立面的中間樓層和圖9a的平均圖像；
圖10a到圖10d展示可如何從圖9a和圖9b的圖像導(dǎo)出掩模；
圖lla和圖llb展示如何在掩模的幫助下導(dǎo)出立面墻壁數(shù)據(jù)；
圖12展示在圖10d中所示的掩模的幫助下導(dǎo)出的立面的紋理元素；
圖13展示具有上部樓層和下部樓層的立面的圖片；
圖14展示僅具有平均紋理元素的立面圖案；
圖15a、圖15b和圖15c分別展示立面的原始圖片、由本發(fā)明產(chǎn)生的立面圖片以及 一些所存儲(chǔ)的紋理元素。
具體實(shí)施例方式
圖1展示采取汽車1形式的MMS系統(tǒng)。汽車1具備一個(gè)或一個(gè)以上相機(jī)9(i)， i = 1， 2, 3， ... I,以及一個(gè)或一個(gè)以上激光掃描儀3(j)， j = 1， 2， 3， ... J。汽車1可由駕駛員沿所 關(guān)注道路駕駛。
6汽車1具備多個(gè)車輪2。此外，汽車1具備高準(zhǔn)確度的位置確定裝置。如圖1中所 示，位置確定裝置包括以下組件
GPS (全球定位系統(tǒng))單元，其連接到天線8，且經(jīng)布置以與多個(gè)衛(wèi)星SLi (i = 1， 2， 3,...)通信，且從自衛(wèi)星SLi接收的信號(hào)計(jì)算位置信號(hào)。GPS單元連接到微處理器^P。 基于從GPS單元接收的信號(hào)，微處理器^P可確定將顯示在汽車1中的監(jiān)視器4上的合 適的顯示信號(hào)，從而告知駕駛員汽車所在的位置以及可能汽車正行進(jìn)所在的方向。
DMI (距離測(cè)量?jī)x器)。此儀器是通過(guò)感測(cè)所述車輪2中的一者或一者以上的旋 轉(zhuǎn)數(shù)目來(lái)測(cè)量汽車1所行進(jìn)的距離的里程表。DMI也連接到微處理器^P,以允許微處 理器^P在從來(lái)自GPS單元的輸出信號(hào)計(jì)算顯示信號(hào)時(shí)考慮由DMI測(cè)量的距離。
IMU (慣性測(cè)量單元)。此IMU可實(shí)施為經(jīng)布置以沿3個(gè)正交方向測(cè)量旋轉(zhuǎn)加速 度和平移加速度的3個(gè)陀螺儀單元。所述IMU也連接到微處理器pP，以允許微處理器
在從來(lái)自GPS單元的輸出信號(hào)計(jì)算顯示信號(hào)時(shí)考慮DMI的測(cè)量結(jié)果。
如圖1中所示的系統(tǒng)是所謂的"移動(dòng)測(cè)圖系統(tǒng)"，其(例如)通過(guò)用安裝在汽車1 上的一個(gè)或一個(gè)以上相機(jī)9(i)拍攝圖片來(lái)收集地理數(shù)據(jù)。所述相機(jī)連接到微處理器pP。 此外，當(dāng)汽車1被沿所關(guān)注的建筑塊駕駛時(shí)，激光掃描儀3(j)獲取激光樣本。所述激光 掃描儀也連接到pP，并將這些激光樣本發(fā)送給^P。
一般需要從以下3個(gè)測(cè)量單元提供盡可能準(zhǔn)確的位置和定向測(cè)量結(jié)果GPS、 IMU 和DMI。當(dāng)相機(jī)9(i)拍攝圖片且激光掃描儀3(j)獲取激光樣本時(shí)，測(cè)量這些位置和定向 數(shù)據(jù)。與在取得這些圖片和激光樣本時(shí)汽車1的對(duì)應(yīng)位置和定向數(shù)據(jù)結(jié)合，將所述圖片 和所述激光樣本兩者存儲(chǔ)在的合適存儲(chǔ)器中以供稍后使用。
所述圖片和激光樣本包含關(guān)于建筑塊立面的信息。在一實(shí)施例中，激光掃描儀3(j) 經(jīng)布置以產(chǎn)生具有最小50Hz和l度分辨率的輸出，以便為所述方法產(chǎn)生密度足夠的輸 出。例如由施克(SICK)生產(chǎn)的模型LMS291-S05等激光掃描儀能夠產(chǎn)生此輸出。
圖2展示可從圖1中所示的三個(gè)測(cè)量單元GPS、 DMI和IMU獲得哪些位置信號(hào)。 圖2展示微處理器經(jīng)布置以計(jì)算6個(gè)不同參數(shù)，即預(yù)定坐標(biāo)系中相對(duì)于原點(diǎn)的3個(gè) 距離參數(shù)x、 y、 z以及分別表示分別圍繞x軸、y軸和z軸的旋轉(zhuǎn)的3個(gè)角度參數(shù)c^、 Oy和o)z。 z方向與重力向量的方向重合。
汽車i中的微處理器和存儲(chǔ)器9可實(shí)施為計(jì)算機(jī)布置。圖3中展示此計(jì)算機(jī)布置的 實(shí)例。
在圖3中，給出計(jì)算機(jī)布置IO的概觀，所述計(jì)算機(jī)布置IO包括用于實(shí)行算術(shù)運(yùn)算 的處理器ll。在圖2所示的實(shí)施例中，處理器11將為微處理器7。處理器11連接到多個(gè)存儲(chǔ)器組件，其中包含硬盤(pán)12、只讀存儲(chǔ)器(ROM) 13、電 可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) 14以及隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 15。未必需要 提供所有這些存儲(chǔ)器類型。此外，這些存儲(chǔ)器組件無(wú)需定位于在物理上靠近處理器11 處，而是可定位于遠(yuǎn)離處理器11處。
處理器11還連接到用于由用戶輸入指令、數(shù)據(jù)等的構(gòu)件，如鍵盤(pán)16和鼠標(biāo)17。還 可提供所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員己知的其它輸入構(gòu)件，例如觸摸屏、跟蹤球和/或語(yǔ)音轉(zhuǎn)換器。
提供連接到處理器11的讀取單元19。讀取單元19經(jīng)布置以從如軟盤(pán)20或CDROM 21等數(shù)據(jù)載體讀取數(shù)據(jù)且可能將數(shù)據(jù)寫(xiě)入所述數(shù)據(jù)載體上。其它數(shù)據(jù)載體可為磁帶、 DVD、 CD-R、 DVD-R、存儲(chǔ)棒等，如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所已知的。
處理器11還連接到打印機(jī)23用于將輸出數(shù)據(jù)打印在紙上，以及連接到顯示器18， 例如監(jiān)視器或LCD (液晶顯示器)屏幕，或所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員已知的任何其它類型的 顯示器。
處理器11可連接到揚(yáng)聲器29。
處理器11可借助于I/O構(gòu)件25而連接到通信網(wǎng)絡(luò)27，例如公共交換電話網(wǎng)(PSTN)、 局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)、因特網(wǎng)等。處理器11可經(jīng)布置以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)27而與其 它通信布置通信。
數(shù)據(jù)載體20、 21可包括呈數(shù)據(jù)和指令形式的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，所述數(shù)據(jù)和指令經(jīng) 布置以向處理器提供執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的能力。然而，此計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品可替代地 經(jīng)由電信網(wǎng)絡(luò)27下載。
處理器11可實(shí)施為獨(dú)立系統(tǒng)，或?qū)嵤槎鄠€(gè)并行操作的處理器，每一處理器經(jīng)布 置以實(shí)行較大計(jì)算機(jī)程序的子任務(wù)，或?qū)嵤榫哂腥舾勺犹幚砥鞯囊粋€(gè)或一個(gè)以上主處 理器。本發(fā)明的功能性的數(shù)個(gè)部分甚至可由通過(guò)網(wǎng)絡(luò)27而與處理器ll通信的遠(yuǎn)程處理 器實(shí)行。
觀測(cè)到當(dāng)應(yīng)用于汽車1中時(shí)，所述計(jì)算機(jī)布置無(wú)需具有圖3中所示的所有組件。舉 例來(lái)說(shuō)，那時(shí)所述計(jì)算機(jī)布置無(wú)需具有揚(yáng)聲器和打印機(jī)。就汽車1中的實(shí)施方案而論， 計(jì)算機(jī)布置至少需要處理器11、用以存儲(chǔ)合適的程序的某一存儲(chǔ)器以及某一種類的接 口，所述接口用以從操作者接收指令和數(shù)據(jù)且向操作者展示輸出數(shù)據(jù)。
為了對(duì)由相機(jī)9(i)拍攝的圖片和由激光掃描儀3(j)獲取的掃描進(jìn)行后處理，將使用 與圖3中所示的布置類似的布置，假使所述布置將不位于汽車1中，但可便利地定位于 建筑中以供離線后處理。由相機(jī)9(i)拍攝的圖片和由掃描儀3(j)獲取的掃描存儲(chǔ)在存儲(chǔ) 器12至15中的一者中。這可經(jīng)由將它們首先存儲(chǔ)在DVD、存儲(chǔ)棒或類似物上或者將它
8們(可能以無(wú)線方式)從存儲(chǔ)器9傳輸來(lái)完成。
在本發(fā)明中，通過(guò)使用由相機(jī)9(i)拍攝的圖片和由激光掃描儀3(j)獲取的激光掃描兩者來(lái)分解立面紋理。所述方法使用來(lái)自圖像處理和激光掃描技術(shù)領(lǐng)域兩者的獨(dú)特的技
術(shù)組合
圖4展示根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖。圖4展示以下動(dòng)作A.動(dòng)作42:提取激光掃描(其為激光掃描儀的輸出)中的立面點(diǎn)B.動(dòng)作44:基于對(duì)激光掃描中的所提取點(diǎn)的傅立葉分析而確定樓層高度C.動(dòng)作46:求樓層高度的平均值D.動(dòng)作48:從激光掃描提取基于中值的庫(kù)元素E.動(dòng)作50:創(chuàng)建多樓層掩模F.動(dòng)作52:從立面圖片移除細(xì)節(jié)
G動(dòng)作54:創(chuàng)建立面圖案瓦片H.動(dòng)作56:找出立面圖片上的復(fù)制細(xì)節(jié)I.動(dòng)作58:處理最高和最低樓層元素J.動(dòng)作60:存儲(chǔ)由動(dòng)作54、 56和58產(chǎn)生的細(xì)節(jié)K.動(dòng)作62:使庫(kù)的大小減到最小。
現(xiàn)將在下文中詳細(xì)闡釋這些動(dòng)作。
A.動(dòng)作42:提取激光掃描中的立面點(diǎn)
在一實(shí)施例中，激光掃描儀3(j)是2D激光掃描儀。2D激光掃描儀3(j)提供包括測(cè)量時(shí)間、測(cè)量角度和距以此角度從所述激光掃描儀3(j)可見(jiàn)的最近固體對(duì)象的距離的數(shù)據(jù)三元組。 一種用于找出激光掃描中的立面點(diǎn)的良好方法是使用直方圖分析。圖5展示此直方圖。所述直方圖包括由激光掃描儀3(j)以在垂直于MMS系統(tǒng)所行進(jìn)的軌跡的方向上所見(jiàn)的某一距離獲取且沿汽車l所行進(jìn)的某一距離求和的許多激光掃描樣本。所述激光掃描儀在大致垂直于地球表面的表面(實(shí)際上，由于汽車1沿立面移動(dòng)的緣故，存在與垂直平面的較小偏離)中在(例如)180°的角方向上進(jìn)行掃描。舉例來(lái)說(shuō)，激光掃描儀可獲取180個(gè)樣本，每一樣本偏離其鄰近樣本1° 。多數(shù)時(shí)候，MMS系統(tǒng)將遵循沿一沿某一道路引導(dǎo)的線的路線(僅當(dāng)出于某一原因改變路線時(shí)，所行進(jìn)的路徑才將展示與此偏離)。因此，在多數(shù)情況下，激光掃描在垂直于道路方向的方向上。
在圖5中，展示兩個(gè)直方圖
1.距離直方圖61—此直方圖61展示在某一行進(jìn)距離上相加的隨距汽車1的距離而
9變的激光掃描樣本的數(shù)目，所述樣本包含靠近汽車1的樣本。在靠近汽車l處展示有峰值，其指示靠近汽車1處的激光"回波"。此峰值與靠近汽車1處由于激光掃描所做出的角度掃掠而存在的許多回波有關(guān)。此外，在較大距離處存在第二峰值，其與在距汽車1所述較大距離處識(shí)別到的對(duì)象有關(guān)。
2.距離直方圖63，其僅展示距汽車1某一距離處的第二峰值，僅指示一個(gè)對(duì)象。通過(guò)消除由于激光掃描的角度分布而導(dǎo)致的直接鄰近汽車1的較高密度的激光掃描樣本來(lái)實(shí)現(xiàn)此直方圖。此消除的作用是將更好地看到遠(yuǎn)離汽車l某一距離處的對(duì)象，即建筑的立面65。
直方圖63上的峰值指示存在平行于汽車航向的平坦固體表面?？赏ㄟ^(guò)任何可用方法來(lái)確定汽車1與立面65之間的近似距離。舉例來(lái)說(shuō)，如共同待決專利申請(qǐng)案(代理人文件P6011543)中所闡釋的方法可用于所述目的?；蛘撸蓪?duì)指示汽車l所行進(jìn)的軌跡的GPS (或其它)數(shù)據(jù)以及展示建筑的占地面積的位置的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，且因此再現(xiàn)汽車1與立面65之間的此近似距離數(shù)據(jù)。通過(guò)分析圍繞此近似距離的某一區(qū)域內(nèi)的直方圖數(shù)據(jù)，將此區(qū)域內(nèi)的局部最大峰值識(shí)別為立面65的基礎(chǔ)。在距此局部最大峰值(例如)0.5m的垂直距離內(nèi)的所有激光掃描樣本都被視為立面65的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，且被標(biāo)記為"立面點(diǎn)"。所有其它點(diǎn)都被視為"重影"并如此標(biāo)記。觀測(cè)到，0.5 m的距離僅作為實(shí)例給出。如果需要的話，可使用其它距離。
從標(biāo)記為"立面"的點(diǎn)，創(chuàng)建垂直于運(yùn)載工具方向的深度圖并將其存儲(chǔ)為圖像。此深度圖含有在距局部最大峰值(例如)0.5 m內(nèi)的所有激光掃描樣本。圖6展示此些圖像的八個(gè)實(shí)例，其與八個(gè)不同建筑立面相關(guān)聯(lián)。圖6的圖像以不同的灰度級(jí)呈現(xiàn)，其中特定灰度強(qiáng)度對(duì)應(yīng)于按照道路上的激光掃描儀軌跡而測(cè)量的距汽車1的特定投影水平距離。
圖6中的所檢測(cè)到的立面紋理的實(shí)例為-
1. 較亮的灰色指示比立面平面本身近的對(duì)象，例如陽(yáng)臺(tái)。
2. 灰色指示比立面平面本身遠(yuǎn)的對(duì)象，通常為門(mén)或透明度較小的窗戶。
3. 白色指示深度未知的地方，因?yàn)樵谒治龅木嚯x處沒(méi)有激光樣本。下文詳細(xì)分析圖6的最后一個(gè)立面。
B.動(dòng)作44:基于對(duì)激光掃描的所提取點(diǎn)的傅立葉分析而確定樓層髙度大小
所述過(guò)程中的下一個(gè)動(dòng)作是計(jì)算建筑中的樓層數(shù)目以及單個(gè)樓層的高度。在步驟42中所產(chǎn)生的圖像上，以3X3的窗大小來(lái)應(yīng)用差異過(guò)濾。對(duì)圖像的整個(gè)區(qū)域中的多條水平線應(yīng)用差異過(guò)濾，每一條水平線位于地面上方的一不同高度。對(duì)于每條水平線，計(jì)算整條線上的此差異的平均值。將此平均數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的表格中。因此，所述表格包括對(duì)每一條水平線(高度)求平均的距離差異數(shù)據(jù)，其中"距離"指代距汽車1的垂直距離。將快速傅立葉變換(FFT)應(yīng)用于此平均差異(所述表格中的高度相關(guān)數(shù)據(jù))，以找出圖像的高度分量的頻率特征。此變換允許找出建筑高度上的平均變化中的可重復(fù)圖案。存在表示建筑的背景距汽車的距離恒定的非常低、零頻率。FFT輸出數(shù)據(jù)中的下一個(gè)最低頻率峰值將由窗戶或在立面本身的平面外的其它結(jié)構(gòu)元素的圖案造成，且因此將表示建筑的基本樓層圖案。FFT輸出數(shù)據(jù)中的最高峰值將對(duì)應(yīng)于窗戶和立面中其它樓層相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)元素的出現(xiàn)頻率。從FFT輸出數(shù)據(jù)，可計(jì)算出樓層的大小(高度)，如現(xiàn)在將參看圖7a、圖7b、圖7c和圖8更詳細(xì)地闡釋。
圖7a、圖7b和圖7c分別展示圖6的最后一個(gè)實(shí)例的立面、應(yīng)用于此圖像上的差異過(guò)濾器的結(jié)果以及建筑立面上的差異對(duì)高度曲線圖。即，圖7c展示圖7b的圖片中的每一水平線的總差異和。圖7b中的像素的亮度對(duì)應(yīng)于在環(huán)繞所述像素的3X3區(qū)域上計(jì)算出的深度的差異值。換句話說(shuō)，在圖7c中，在地球上方的高度z處，看到灰度級(jí)強(qiáng)度中的平均失真的測(cè)量值。將FFT應(yīng)用于圖7c中所示的此差異數(shù)據(jù)，從而將垂直建筑高度視為時(shí)間軸，且將差異視為信號(hào)的值。圖8中展示FFT的結(jié)果。
因此，圖8(傅立葉變換的輸出)展示建筑的垂直諧波頻率振幅譜i?？v軸展示振幅，而橫軸展示空間頻率。對(duì)于此實(shí)例，空間頻率6處存在峰值。所述峰值表示建筑的被假定為樓層間距(且因此窗戶間距等)的占支配地位的空間頻率。樓層的實(shí)際高度與由FFT的參數(shù)確定的空間頻率的倒數(shù)成比例。
C.動(dòng)作46:求樓層大小的平均值
動(dòng)作44已再現(xiàn)了樓層大小(高度)。在動(dòng)作46中，對(duì)樓層求平均值。為了使整個(gè)過(guò)程容易且使其更準(zhǔn)確，僅考慮"中間樓層"。將"中間樓層"定義為在建筑的立面中出現(xiàn)一次以上的具有最小和最大高度的樓層。也可以說(shuō)，"中間樓層"可在立面中垂直重復(fù)。舉例來(lái)說(shuō)，大多數(shù)建筑的下部樓層不是"中間樓層"其高度在大多數(shù)情況下不在某一最小和最大高度內(nèi)，如對(duì)于較高樓層的情況(在大多數(shù)建筑中，下部樓層比其它樓層高。類似地，上部樓層在大多數(shù)情況下不是"中間樓層"，這是由于不能用以上方法來(lái)非常好地建立其高度，因?yàn)樗錾喜繕菍由戏讲淮嬖诰哂锌杀蛔R(shí)別和使用的窗戶的樓層。
圖9a和圖9b進(jìn)一步闡明此情況。圖9a展示來(lái)自圖7a的在移除了表示最低和最高樓層的像素(這使用從立面高度以及樓層數(shù)目導(dǎo)出的樓層大小來(lái)完成)之后的立面。圖9b展示求平均值過(guò)程之后的同一立面。
11通過(guò)求所有中間樓層的平均值，將由激光掃描儀3(j)捕獲的立面數(shù)據(jù)的分辨率可高出3倍，例如在給定實(shí)例中，可從10cm分辨率增加到3cm分辨率。以其原始分辨率，激光輸出上的一個(gè)像素對(duì)應(yīng)于由相機(jī)產(chǎn)生的圖像上的20個(gè)像素。這就是增加分辨率的過(guò)程在激光掃描儀具有比相機(jī)低的分辨率(這在當(dāng)前可用的裝備上是典型的)時(shí)的情況下非常重要的原因。以此方式，可獲得較高分辨率掩模，其稍后將被應(yīng)用于圖像。
在對(duì)歐洲城市中的大量建筑的測(cè)試中，已觀測(cè)到，這些建筑中超過(guò)百分之九十的建筑具有至少兩個(gè)此類相似中間樓層。因此，可使用建筑中兩個(gè)或兩個(gè)以上樓層之間的高度相似性的特性來(lái)實(shí)際上增加激光分辨率。這對(duì)于較高建筑來(lái)說(shuō)尤其重要，因?yàn)橛捎诩す鉁y(cè)量的角度性質(zhì)，激光分辨率隨著建筑高度而降低。此外，求平均值允許重構(gòu)樹(shù)木位于立面的一部分前方的地方。這是因?yàn)闃?shù)木和其它障礙物在動(dòng)作42中被濾出，且由此這些點(diǎn)不進(jìn)入平均值中。動(dòng)作46傳遞"樓層圖案"。
D. 動(dòng)作48:從激光掃描中提取基于中值的庫(kù)元素
圖10a展示與圖9b相同的激光掃描，但經(jīng)復(fù)制以再生三個(gè)樓層。圖10b是展示從激光掃描儀到汽車的水平投影距離的激光掃描儀樣本的數(shù)目的直方圖。其清楚地展示一個(gè)峰值，所述峰值是最常見(jiàn)距離值(也稱為模式值)。具有所述模式值的那些樣本進(jìn)一步被視為與建筑的墻壁相關(guān)聯(lián)，且其它樣本被視為與紋理元素相關(guān)聯(lián)。此些其它樣本主要與窗戶相關(guān)聯(lián)。
E. 動(dòng)作50:創(chuàng)建多樓層掩模
接著，將所述圖像分成兩個(gè)部分或掩模。第一部分含有與所述模式值相關(guān)聯(lián)的所有樣本，且用作指示立面的墻壁的掩模。第二部分含有與非模式值相關(guān)聯(lián)的所有樣本，且
用作用于從相機(jī)9(i)所拍攝的圖片中導(dǎo)出庫(kù)元素的掩模。請(qǐng)注意，所述兩種掩模都含有多個(gè)樣本，其中每一樣本含有位置信息。
對(duì)于所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員，此相機(jī)(或多個(gè)相機(jī))和此激光掃描儀(或多個(gè)激光掃描儀)可替代地定位于空中運(yùn)載工具上。激光掃描儀可為L(zhǎng)IDAR (光檢測(cè)與測(cè)距或激光成像檢測(cè)與測(cè)距)系統(tǒng)的一部分。
觀測(cè)到，如上文所闡釋的方法可由處理器11執(zhí)行，處理器11由存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器12到15中的一者中或存儲(chǔ)在其它地方的合適的軟件程序指令。本發(fā)明涉及所述方法且涉及具有此處理器的計(jì)算機(jī)布置，但還涉及包括用于所描述的方法的合適的指令和數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，以及包括此計(jì)算機(jī)程序的數(shù)據(jù)載體，如CD、 DVD等。
1權(quán)利要求
1.一種計(jì)算機(jī)布置，其包括處理器(11)，所述處理器(11)經(jīng)布置以與存儲(chǔ)器(12；13；14；15)通信，所述存儲(chǔ)器(12；13；14；15)存儲(chǔ)包括可由所述處理器(11)運(yùn)行的指令和數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)程序，且存儲(chǔ)包含與建筑的立面有關(guān)的激光掃描樣本子集的激光掃描樣本集，且存儲(chǔ)關(guān)于每一激光掃描樣本的位置數(shù)據(jù)，所述存儲(chǔ)器還存儲(chǔ)所述同一立面的圖片，所述圖片包含關(guān)于所述圖片的像素的位置數(shù)據(jù)，所述圖片包含關(guān)于所述立面的墻壁的數(shù)據(jù)以及關(guān)于所述墻壁中的紋理元素的數(shù)據(jù)，所述處理器(11)經(jīng)布置以在使用所述激光掃描樣本的同時(shí)自動(dòng)識(shí)別所述圖片中的所述墻壁和所述紋理元素。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的計(jì)算機(jī)布置，其中所述處理器(11)經(jīng)布置以從所述激光掃 描樣本集中自動(dòng)檢測(cè)與所述立面有關(guān)的所述激光掃描樣本子集。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的計(jì)算機(jī)布置，其中所述處理器(11)經(jīng)布置以收集多個(gè)系 列的連續(xù)激光樣本，每一系列的激光樣本位于大致垂直于地球的單獨(dú)平面內(nèi)；產(chǎn)生每一單獨(dú)平面內(nèi)的激光掃描樣本的直方圖；且大約在預(yù)期所述立面所位于的位置處識(shí)別所述直方圖中的每一者中的峰值；且將所述激光掃描樣本子集選擇為所述峰值 上的激光掃描樣本。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的計(jì)算機(jī)布置，其中所述處理器(11)經(jīng)布置以基于 對(duì)所述激光掃描樣本子集的傅立葉分析而識(shí)別所述立面中的樓層高度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)布置，其中所述處理器(11)經(jīng)布置以識(shí)別所述立面 中的中間樓層且產(chǎn)生經(jīng)求平均的中間樓層。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的計(jì)算機(jī)布置，其中所述處理器(11)經(jīng)布 置以識(shí)別所述激光掃描樣本子集中的與所述紋理元素中的至少一些紋理元素有關(guān) 的紋理元素激光掃描樣本。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的計(jì)算機(jī)布置，其中所述處理器(11)經(jīng)布置以產(chǎn)生與所述紋 理元素激光掃描樣本有關(guān)的掩模，且使用所述掩模從所述立面的所述圖片中移除關(guān) 于所述紋理元素的所述數(shù)據(jù)，且存儲(chǔ)所述被移除的紋理元素。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的計(jì)算機(jī)布置，其中所述處理器還經(jīng)布置以創(chuàng)建平均紋理元 素，每一平均紋理元素與一種類型的紋理元素相關(guān)聯(lián)；且存儲(chǔ)所述平均紋理元素。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的計(jì)算機(jī)布置，其中所述處理器經(jīng)布置以從關(guān)于從所述圖片移 除的紋理元素的所述數(shù)據(jù)中創(chuàng)建平均紋理元素。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的計(jì)算機(jī)布置，其中所述處理器經(jīng)布置以選 擇與所述立面有關(guān)的墻壁紋理數(shù)據(jù)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的計(jì)算機(jī)布置，其中所述激光掃描樣本集包含與所述立面前方 的對(duì)象有關(guān)的另外激光掃描樣本，所述另外激光掃描樣本與比所述立面更靠近激光 掃描儀(3(j))的對(duì)象有關(guān)，所述激光掃描儀用于在沿所述立面移動(dòng)的同時(shí)獲取所 述激光掃描樣本集，所述處理器(11)經(jīng)布置以補(bǔ)償所述直方圖中的與所述另外激 光掃描樣本有關(guān)的峰值。
12. —種處理存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的激光掃描樣本和圖片的方法，其包括存儲(chǔ)包含與建筑 的立面有關(guān)的激光掃描樣本子集的激光掃描樣本集；存儲(chǔ)關(guān)于每一激光掃描樣本的 位置數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)所述同一立面的圖片，所述圖片包含關(guān)于所述圖片的像素的位置數(shù) 據(jù)，所述圖片包含關(guān)于所述立面的墻壁的數(shù)據(jù)和關(guān)于所述墻壁中的紋理元素的數(shù) 據(jù)；以及在使用所述激光掃描樣本的同時(shí)自動(dòng)識(shí)別所述圖片中的所述墻壁和所述紋 理元素。
13. —種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括可由計(jì)算機(jī)布置加載以允許所述計(jì)算機(jī)布置執(zhí)行根據(jù) 權(quán)利要求12所述的方法的指令和數(shù)據(jù)。
14. 一種數(shù)據(jù)載體，其包括根據(jù)權(quán)利要求13所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
15. —種計(jì)算機(jī)布置，其包括處理器(11)，所述處理器(11)經(jīng)布置以與存儲(chǔ)器(12;13; 14; 15)通信，所述存儲(chǔ)器(12; 13; 14; 15)存儲(chǔ)包括可由所述處理器(11) 運(yùn)行的指令和數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)程序，且存儲(chǔ)激光掃描樣本集，所述激光掃描樣本集包括與位于距激光掃描儀(3(j))第一距離處的第一對(duì)象有關(guān)的第一樣本集和與位于距所述激光掃描儀第二距離處的第二對(duì)象有關(guān)的第二激光樣本集，所述激光掃描儀 用于在沿所述立面移動(dòng)的同時(shí)獲取所述激光掃描樣本集，所述第二距離比所述第一距離短；產(chǎn)生與所述激光掃描樣本集有關(guān)的第一直方圖；補(bǔ)償所述第一直方圖中的與所述第二激光掃描樣本集有關(guān)的峰值，以便產(chǎn)生不具有所述峰值的第二直方圖。
16. —種處理激光掃描樣本的方法，其包括a) 存儲(chǔ)激光掃描樣本集，所述激光掃描樣本集包括與位于距激光掃描儀(3(j)) 第一距離處的第一對(duì)象有關(guān)的第一樣本集和與位于距所述激光掃描儀第二距離處 的第二對(duì)象有關(guān)的第二激光樣本集，所述激光掃描儀用于在沿所述立面移動(dòng)的同時(shí) 獲取所述激光掃描樣本集，所述第二距離比所述第一距離短，b) 產(chǎn)生與所述激光掃描樣本集有關(guān)的第一直方圖，c) 補(bǔ)償所述第一直方圖中的與所述第二激光掃描樣本集有關(guān)的峰值，以便產(chǎn)生不具有所述峰值的第二直方圖。
17. —種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括可由計(jì)算機(jī)布置加載以允許所述計(jì)算機(jī)布置執(zhí)行根據(jù) 權(quán)利要求16所述的方法的指令和數(shù)據(jù)。
18. —種數(shù)據(jù)載體，其包括根據(jù)權(quán)利要求17所述的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明提供計(jì)算機(jī)布置，其具有可與存儲(chǔ)器(12；13；14；15)通信的處理器(11)。所述存儲(chǔ)器(12、13、14、15)存儲(chǔ)可由所述處理器(11)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，且存儲(chǔ)包含與建筑的立面有關(guān)的激光掃描樣本子集的激光掃描樣本集，且存儲(chǔ)關(guān)于每一激光掃描樣本的位置數(shù)據(jù)。所述存儲(chǔ)器還存儲(chǔ)所述同一立面的圖片，其包含關(guān)于所述圖片的像素的位置數(shù)據(jù)。所述圖片包含關(guān)于所述立面的墻壁的數(shù)據(jù)和關(guān)于所述墻壁中的紋理元素的數(shù)據(jù)。所述處理器(11)在使用所述激光掃描樣本的同時(shí)自動(dòng)識(shí)別所述圖片中的所述墻壁和所述紋理元素。
文檔編號(hào)G01C11/02GK101529202SQ200680056051
公開(kāi)日2009年9月9日 申請(qǐng)日期2006年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月13日
發(fā)明者拉法爾·揚(yáng)·格利什琴斯基, 馬爾欽·米夏爾·克米奇克 申請(qǐng)人:電子地圖有限公司