专利名称：道路数字正射影像地图的制作系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种测绘技术领域的系统，具体是一种道路数字正射影像地图的 制作系统。
背景技术：
影像地图是一种带有地面遥感影像的地图，大多利用航空像片或卫星遥感影像， 通过几何纠正、投影变换和比例尺归化，运用一定的地图符号、注记，直接反映制图对象地 理特征及空间分布的地图。在数字化信息化的今天，数字化的地理信息已成为城市乃至整 个国家在宏观决策和规划管理中必不可少的支撑条件。数字正射影像技术利用了计算机图像处理、模式识别等技术，通过逼真的影响、丰 富的色彩客观反映地表现状，与传统影像地图和线划地图相比有着信息丰富、地物直观、工 作效率高、成图周期短等特点，在洪水检测、河流变迁、旱情检测、农业估产、土地覆盖与土 地利用资源监测、荒漠化监测、森林监测、海岸线保护以及生物变化监测上有许多应用。从现有技术文献的检索发现目前随着智能交通概念的兴起和下一代GPS导航系 统的发展，GPS地图数据厂家与其终端用户需要更为全面的道路交通信息。如今公知的数字 正射影像地图主要是采用航空相片或者采用高分辨率卫星遥感图像数据来获得地图信息。 它们虽然能够为人们展现了城市道路的情况。但是存在如下问题1.鲜度低由于航空与卫星的离地距离过远，使得传统的影像地图无法分辨道路 中诸如人行道、转弯标记、护栏等标记。2.成本高卫星与航天设备成本过高，不易于数字影像地图的发展和推广。3.不易获取由于卫星与航天拍摄涉及公共安全、国防等诸多限制，使得数字影 像地图的获取非常困难，难以民用化。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种道路数字正射影像地 图的制作系统。本发明通过将车作为地图数据采集的载体，解决了原有技术高成本、低鲜 度、不易获取的问题，从而使得道路影像地图有了更广阔的应用范围。本发明是通过以下技术方案实现的本发明包括车载传感模块、数据融合模块和图像处理模块，其中车载传感模块 与数据融合模块相连传输车体定位信息，图像处理模块与车载传感模块相连传输道路信 息，数据融合模块与图像处理模块相连传输车体的实时定位信息，图像处理模块输出道路 数字正射影像地图。所述的车载传感模块采集道路信息和车体定位信息，包括载车、摄像器件、转角 速度采集器、载波相位全球定位系统和激光雷达，其中摄像器件设置在载车外的前车灯周 围，转角速度采集器设置在载车的底部，载波相位全球定位系统设置在载车外的顶部，激光 雷达设置在载体外的最前端，摄像器件与图像处理模块相连传输道路图像信息，激光雷达
3与图像处理模块相连传输道路平整信息，载波相位全球定位系统与数据融合模块相连传输 载车的车体定位信息，转角速度采集器与数据融合模块相连传输载车实时的舵机转角和速 度{曰息。所述的转角速度采集器是两个旋转编码器或者是惯性导航系统。所述的数据融合模块处理车辆定位信息，包括航位推算子模块、卡尔曼滤波子模 块和插值子模块，其中航位推算子模块与车载传感器模块相连传输载车实时的舵机转角 和速度信息，卡尔曼滤波子模块与车载传感器模块相连传输载车的车体定位信息，航位推 算子模块与卡尔曼滤波子模块相连传输车体实时的位姿信息，卡尔曼滤波子模块与插值子 模块相连传输车体的实时位姿信息，插值子模块与图像处理模块相连传输车体的实时定位 fn息ο所述的图像处理模块包括逆透视变换子模块、全局坐标变换子模块和地图拼接 子模块，其中逆透视变换子模块与车载传感器模块相连传输道路图像信息和道路平整信 息，全局坐标变换子模块与数据融合模块相连传输车体的实时定位信息，全局坐标变换子 模块与逆透视变换子模块相连传输去除道路中凸起物后的实时路面俯视图，地图拼接子模 块与全局坐标变换子模块相连传输含位姿信息的实时路面俯视图，地图拼接子模块输出道 路数字正射影像地图。所述的地图拼接子模块包括稳健回归估计单元、提取标志信息单元和逐点加权 平均单元，其中稳健回归单元与全局坐标变换子模块相连传输含位姿信息的实时路面俯 视图，提取标志信息单元与稳健回归估计单元相连传输整理后的实时路面俯视图，逐点加 权单元与提取标志信息单元相连传输含区分路面标志信息的实时路面俯视图，逐点加权平 均单元输出道路数字正射影像地图。与现有技术相比，本发明的有益效果是大幅提高了道路数字影像地图的鲜度，降 低了数字影像地图采集的成本，解除了道路数字影像地图制作的安全限制，将数字影像地 图制作民用化，使得更多的企业可以有选择的制作符合自己要求的数字影像地图。


图1是本发明系统结构示意图。图2是车载传感器模块的俯视结构示意图；其中1-左摄像头，2-右摄像头，3-激光雷达，4-前轮旋转编码器，5-后轮旋转编 码器，6-载波相位全球定位系统。图3是车载传感器模块的侧视结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的系统进一步描述本实施例在以本发明技术方案为前提 下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述 的实施例。实施例如图1所示，本实施例包括车载传感模块、数据融合模块和图像处理模块，其中 车载传感模块与数据融合模块相连传输车体定位信息，图像处理模块与车载传感模块相连传输道路信息，数据融合模块与图像处理模块相连传输车体的实时定位信息，图像处理模 块输出道路数字正射影像地图。如图2和图3所示，所述的车载传感模块采集道路信息和车体定位信息，包括载 车、摄像器件、转角速度采集器、载波相位全球定位系统6和激光雷达3，其中摄像器件设 置在载车外的前车灯周围，转角速度采集器设置在载车的底部，载波相位全球定位系统6 设置在载车外的顶部，激光雷达3设置在载体外的最前端，摄像器件与图像处理模块相连 传输道路图像信息，激光雷达3与图像处理模块相连传输道路平整信息，载波相位全球定 位系统6与数据融合模块相连传输载车的车体定位信息，转角速度采集器与数据融合模块 相连传输载车实时的舵机转角和速度信息。所述的载车为市场上购买的普通面包车，车速控制在每小时100公里内。所述的摄像器件包括左摄像头1和右摄像头2，其中左摄像头1设置在载车的 左前车灯周围，右摄像头2设置在载车的右前车灯周围，左摄像头1和右摄像头2分别与图 像处理模块相连传输道路图像信息。本实施例中左摄像头1和右摄像头2的分辨率都为320*240，有效视野覆盖距离8 米，有效覆盖范围为载车所在车道左右各1根车道(共3根车道)，图像帧率为每秒15幅。所述的转角速度采集器包括前轮旋转编码器4和后轮旋转编码器5，其中前轮 旋转编码器4设置在载车的前轮轴上且与车内转向部分和动力部分相连，后轮旋转编码器 5设置在载车的后轮轮轴上且与车内转向部分和动力部分相连，前轮旋转编码器4和后轮 旋转编码器5分别与数据融合模块相连传输载车实时的舵机转角和速度信息。本实施例中前轮旋转编码器4和后轮旋转编码器5的精度都是2500线。本实施例中的激光雷达3为单线激光雷达3。所述的载波相位全球定位系统6的数据频率为5赫兹，定位精度为2厘米。所述的数据融合模块处理车辆定位信息，包括航位推算子模块、卡尔曼滤波子模 块和插值子模块，其中航位推算子模块分别与前轮旋转编码器4和后轮旋转编码器5相连 传输载车实时的舵机转角和速度信息，卡尔曼滤波子模块与载波相位全球定位系统6相连 传输载车的车体定位信息，航位推算子模块与卡尔曼滤波子模块相连传输车体实时的位姿 信息，卡尔曼滤波子模块与插值子模块相连传输车体的实时位姿信息，插值子模块与图像 处理模块相连传输车体的实时定位信息。所述的航位推算子模块利用前轮旋转编码器4和后轮旋转编码器5获得车体的舵 机转角和速度信息，从而推算车体的位姿，其特点是数据平滑但有无法消除的累积误差。所述的卡尔曼滤波子模块在载波相位全球定位系统6高精度的定位信息下融合 了航位推算信息，从而获得了高精度的车辆朝向信息。所述的插值子模块将卡尔曼滤波子模块与航位推算子模块之间的误差进行分摊， 同时利用航位推算数据变化连续、数据密集和卡尔曼滤波子模块定位精确的特点，获得更 加密集、平滑、准确的定位信息。所述的图像处理模块包括逆透视变换子模块、全局坐标变换子模块和地图拼接 子模块，其中逆透视变换子模块分别与左摄像头1和右摄像头2相连传输道路图像信息， 逆透视变换子模块与激光雷达3相连传输道路平整信息，全局坐标变换子模块与插值子模 块相连传输车体的实时定位信息，全局坐标变换子模块与逆透视变换子模块相连传输去除
5道路中凸起物后的实时路面俯视图，地图拼接子模块与全局坐标变换子模块相连传输含位 姿信息的实时路面俯视图，地图拼接子模块输出道路数字正射影像地图。所述的逆透视变换子模块利用事先采集的摄像头标定数据将实时路面斜视图转 变为俯视图，并利用激光雷达3测得的道路平整信息去除道路中明显的凸起物(例如围栏) 所产生的图像，具体工作过程为在地平面利用皮尺等工具建立精确坐标系，然后通过地面 上若干点的位置和它们在图像中，即摄像机平面中的位置建立方程组，最后求解出八个参 数，利用这八个参数所组成的方程组可以将地平面中任意点的坐标与摄像机平面中任意点 的坐标进行转换；在转换之后利用激光雷达3探测道路上方是否有明显的突起物，在图像 中去除凸起物与其后方的所有图像。所述的全局坐标变换子模块数据融合模块输出的最终定位信息，以及激光雷达3、 左摄像头1和右摄像头2在载车上的安装位置，对每一幅俯视图做缩放、平移和旋转的操 作，逐点粘贴于全局地图上，粘贴尺寸可以任意选择，从而为每一幅逆透视变化完毕的道路 俯视图像确定在全局地图中的位姿。所述的地图拼接子模块包括稳健回归估计单元、提取标志信息单元和逐点加权 平均单元，其中稳健回归单元与全局坐标变换子模块相连传输含位姿信息的实时路面俯 视图，提取标志信息单元与稳健回归估计单元相连传输整理后的实时路面俯视图，逐点加 权单元与提取标志信息单元相连传输含区分路面标志信息的实时路面俯视图，逐点加权平 均单元输出道路数字正射影像地图。本实施例中地图拼接子模块的工作过程为首先采用稳健回归估计对每一幅俯视 图去噪声，然后利用HSV(—种色彩空间)色彩识别提取道路中的黄白两色(即常见道路标 志的颜色)的点，并根据每一点离对应摄像头的距离和近大远小的原则逐点赋权，最后综 合色彩提取结果和权重进行地图拼接。本实施例在全局地图制作的同时即将它分块，块分 辨率为1000*1000，分块后利用二维数组查询。本实施例的工作过程摄像头采集道路图像信息，激光雷达3采集道路平整信息， 利用逆透视变换获得实时道路正射俯视图像并去除明显凸起物带来的干扰。旋转编码器与 载波相位全球定位系统6采集车辆定位信息。利用航位推算、卡尔曼滤波和插值处理将编 码器信息和载波相位全球定位系统6信息进行融合获得最终定位信息。利用每一时刻的最 终定位信息将对应的道路正射俯视图像转化到全局地图中，利用地图拼接处理重叠部分的 信息。最后将全局地图分块存储、调用。本实施例将汽车作为数字影像地图采集的载体。利用车辆成本低、离地面较近、不 受安全限制的优点弥补了原有技术的不足，使得包括GPS数据厂商在内的许多企业可以自 由获得高鲜度、低成本的道路数字影像地图，从而利于数字影像地图的民用化，大大拓展了 其使用前景。
权利要求
一种道路数字正射影像地图的制作系统，包括车载传感模块、数据融合模块和图像处理模块，其特征在于，车载传感模块与数据融合模块相连传输车体定位信息，图像处理模块与车载传感模块相连传输道路信息，数据融合模块与图像处理模块相连传输车体的实时定位信息，图像处理模块输出道路数字正射影像地图；所述的车载传感模块采集道路信息和车体定位信息，包括载车、摄像器件、转角速度采集器、载波相位全球定位系统和激光雷达，其中摄像器件设置在载车外的前车灯周围，转角速度采集器设置在载车的底部，载波相位全球定位系统设置在载车外的顶部，激光雷达设置在载体外的最前端，摄像器件与图像处理模块相连传输道路图像信息，激光雷达与图像处理模块相连传输道路平整信息，载波相位全球定位系统与数据融合模块相连传输载车的车体定位信息，转角速度采集器与数据融合模块相连传输载车实时的舵机转角和速度信息；所述的数据融合模块处理车辆定位信息，包括航位推算子模块、卡尔曼滤波子模块和插值子模块，其中航位推算子模块与车载传感器模块相连传输载车实时的舵机转角和速度信息，卡尔曼滤波子模块与车载传感器模块相连传输载车的车体定位信息，航位推算子模块与卡尔曼滤波子模块相连传输车体实时的位姿信息，卡尔曼滤波子模块与插值子模块相连传输车体的实时位姿信息，插值子模块与图像处理模块相连传输车体的实时定位信息。
2.根据权利要求1所述的道路数字正射影像地图的制作系统，其特征是，所述的转角 速度采集器是两个旋转编码器或者是惯性导航系统。
3.根据权利要求1所述的道路数字正射影像地图的制作系统，其特征是，所述的图像 处理模块包括逆透视变换子模块、全局坐标变换子模块和地图拼接子模块，其中逆透视 变换子模块与车载传感器模块相连传输道路图像信息和道路平整信息，全局坐标变换子模 块与数据融合模块相连传输车体的实时定位信息，全局坐标变换子模块与逆透视变换子模 块相连传输去除道路中凸起物后的实时路面俯视图，地图拼接子模块与全局坐标变换子模 块相连传输含位姿信息的实时路面俯视图，地图拼接子模块输出道路数字正射影像地图。
4.根据权利要求3所述的道路数字正射影像地图的制作系统，其特征是，所述的地图 拼接子模块包括稳健回归估计单元、提取标志信息单元和逐点加权平均单元，其中稳健 回归单元与全局坐标变换子模块相连传输含位姿信息的实时路面俯视图，提取标志信息单 元与稳健回归估计单元相连传输整理后的实时路面俯视图，逐点加权单元与提取标志信息 单元相连传输含区分路面标志信息的实时路面俯视图，逐点加权平均单元输出道路数字正 射影像地图。
全文摘要
一种测绘技术领域的道路数字正射影像地图的制作系统，包括车载传感模块、数据融合模块，图像处理模块，其中车载传感模块与数据融合模块相连传输车体定位信息，图像处理模块与车载传感模块相连传输道路信息，数据融合模块与图像处理模块相连传输车体的实时定位信息。本发明大幅提高了道路数字影像地图的鲜度，降低了数字影像地图采集的成本，解除了道路数字影像地图制作的安全限制，将数字影像地图制作民用化，使得更多的企业可以有选择的制作符合自己要求的数字影像地图。
文档编号G01C21/32GK101893443SQ201010221770
公开日2010年11月24日 申请日期2010年7月8日 优先权日2010年7月8日
发明者杨明, 王冰, 王春香, 陈放 申请人:上海交通大学