CN113094457A - 一种数字正射影像地图的增量式生成方法及相关组件 - Google Patents
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Abstract
本申请公开的数字正射影像地图的增量式生成方法中，一方面对数据源进行图像处理，写入至数据集中，并读取至地图视口缓冲区，另一方面异步从缓冲区中读取数据进行渲染，将地图的渲染过程与数据处理过程解耦，从而可以支持数据处理过程的多次重启，同时采用可动态读写的瓦片式栅格数据集存储增量式生成的地图数据，保证了增量式生成的地图数据可以无限制地拼接写入，实现数字正射影像地图无限制的增量式生成；另外，由于增量式生成的地图数据持续写入一个数据集中，可以避免系统重启导致的地图分布的不连续的问题，保证增量式生成过程的实时性和结果的连续性。本申请还提供了数字正射影像地图的增量式生成装置、设备及存储介质，具有上述有益效果。
Description
技术领域
本申请涉及数字正射影像地图技术领域，特别涉及一种数字正射影像地图的增量式生成方法、装置、设备及可读存储介质。
背景技术
随着无人航空器相关技术的不断发展，越来越来多的卫星遥感设备小型化后，作为任务载荷搭载到无人航空器上执行测绘或泛测绘行业的数据采集任务。比如，搭载数码相机+光电吊舱的遥感设备组合的无人航空器组成的遥感系统，已经深入应用到应急测绘和抢险救灾等领域，发挥着巨大的作用。
这类应用场景在采集图像数据的同时，需要具备实时的地理环境态势感知能力和要素信息获取能力，视频数据处理装置主要用于获取实时图像序列并增量式地生成数字正射影像地图(DOM，Digital Orthophoto Map)。目前，增量式生成数字正射影像地图基本都是利用即时定位与建图(SLAM，Simultaneous Localization and Mapping)系统或增量式结构运动重建(SfM，Incremental Structure from Motion)系统，基于多视几何的理论和方法，优化多视图像的内参数和外参数，进行图像序列的三维重建，并将三维重建得到的稀疏点云，用于测绘或泛测绘成果输出。
目前，获取实时图像序列并增量式地生成数字正射影像地图的技术，受限于创建数据集时就预设了地理范围和栅格范围，无法实现无限制的影像拼接，无法有效应用在具有超长带状测区(例如数百公里的河道巡检)或者大范围多边形测区(例如数百平方公里的森防巡检)的场景中。并且，每次增量式生成的数字正射影像地图的过程，会单独形成一个数据集文件，遇到视频流因传输问题导致传输中断或需要切换数据源(比如切换地面基站)之类的应用场景时，就需要重启整个系统并新建地图图层去加载并渲染新的数据集文件，而重启前后生成的数字正射影像地图数据不在同一个数据集文件中，导致地图分布的不连续；另外，因为创建数据集的时间一般远大于实时拼接一帧图像写到数据集里的时间，因此目前的地图创建过程遇到系统重启效率会急剧降低，影响整体业务进度；而且，重新创建数据集一般会导致地面分辨率与之前的拼接结果不一致，从而导致地图缩放显示的不连续；还因为加载的图层越多，对于计算机的CPU和GPU资源就消耗越多，影响系统实时性。
因此，如何实现不受数据集地理范围和栅格范围限制的数字正射影像地图的增量式生成，并保证增量式生成过程的实时性和结果的连续性，是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供数字正射影像地图的增量式生成方法，该方法可以实现不受数据集地理范围和栅格范围限制的数字正射影像地图的增量式生成，并保证增量式生成过程的实时性和结果的连续性；本申请的另一目的是提供数字正射影像地图的增量式生成装置、设备及一种可读存储介质。
为解决上述技术问题，本申请提供一种数字正射影像地图的增量式生成方法，包括：
接收到数字正射影像地图构建指令后，添加数字正射影像图层；
确定待构建的数据源以及目标数据集；其中，所述目标数据集为可动态读写的瓦片式栅格数据集；
对所述数据源中图像帧进行位姿优化调整，得到优化图像帧；
将所述优化图像帧根据对应的地理位置写入所述目标数据集；
将所述目标数据集中的图像按地图视口参数读取至地图视口缓冲区；
若预设渲染条件触发，调用通用封装的读写接口获取所述地图视口缓冲区的图像数据；
将所述图像数据异步渲染至所述数字正射影像图层。
可选地，对所述数据源中图像帧进行位姿优化调整，得到优化图像帧，包括：
确定所述图像帧中的关键帧以及非关键帧；
对所述关键帧根据当前拼接区域在所述目标数据集中的栅格范围进行缩放，得到缩放关键帧，作为所述优化图像帧。
可选地，对所述关键帧根据当前拼接区域在所述目标数据集中的栅格范围进行缩放，得到缩放关键帧，包括：
根据所述数据源计算当前拼接区域的地理范围；
根据所述目标数据集的仿射变换参数以及所述地理范围，计算所述当前拼接区域在所述目标数据集中的栅格范围，作为数据集栅格范围；
根据所述当前拼接区域内各所述关键帧对应的栅格范围，合并计算所述当前拼接区域的栅格范围，作为拼接区域栅格范围；
计算所述拼接区域栅格范围以及所述数据集栅格范围间的比例，作为所述当前拼接区域的平均缩放比；
根据所述平均缩放比对所述关键帧进行缩放处理，得到缩放关键帧。
可选地，将所述优化图像帧根据对应的地理位置写入所述目标数据集，包括：
计算所述当前拼接区域中首个关键帧在所述目标数据集中的地理范围，作为参考位置；
根据所述参考位置计算所述当前拼接区域中其它关键帧在所述目标数据集中的地理范围，作为区域范围；
确定所述区域范围对应的栅格范围，作为第一栅格范围；
从所述目标数据集中将所述第一栅格范围对应的图像数据读取至所述地图视口缓冲区；
将所述缩放关键帧与所述图像数据进行数据融合，得到融合数据；其中，所述融合数据包括融合地理范围数据以及融合图像数据；
获取所述融合地理范围数据对应的栅格范围，作为第二栅格范围；
将融合图像数据写入至所述目标数据集中的所述第二栅格范围。
可选地，所述的数字正射影像地图的增量式生成方法，还包括：
若处理的所述图像帧的数量达到阈值，新建可动态读写的瓦片式栅格数据集；
根据缓冲区图像的地面分辨率对当前帧图像进行分辨率调整，得到缩放图像；
将所述缩放图像与所述缓冲区图像进行图像融合处理，得到融合图像；
将所述融合图像写入至新建的瓦片式栅格数据集；
将新建的瓦片式栅格数据集作为所述目标数据集。
可选地，所述新建可动态读写的瓦片式栅格数据集，包括：
根据当前关键帧的地面分辨率计算当前地面分辨率匹配的金字塔层级；
根据所述地面分辨率以及所述金字塔层级创建可动态读写的瓦片式栅格数据集。
可选地，所述数字正射影像地图的增量式生成方法还包括：若检测到所述重建器系统重启，提取所述重建器系统的工作状态数据以及系统参数，作为中断数据；
根据中断数据对所述数据源中当前图像帧进行位姿优化调整，得到优化图像帧；
执行将所述优化图像帧根据对应的地理位置写入所述目标数据集的步骤。
一种数字正射影像地图的增量式生成装置，该装置包括：
功能触发模块，用于接收到数字正射影像地图构建指令后，启动重建器系统，添加数字正射影像图层至地图模块；
所述重建器系统，用于确定待构建的数据源以及目标数据集；其中，所述目标数据集为可动态读写的瓦片式栅格数据集；对所述数据源中图像帧进行位姿优化调整，得到优化图像帧；将所述优化图像帧根据对应的地理位置写入所述目标数据集；将所述目标数据集中的图像按地图视口参数读取至地图视口缓冲区；
所述地图模块，用于若预设渲染条件触发，调用通用封装的读写接口获取所述地图视口缓冲区的图像数据；将所述图像数据异步渲染至所述数字正射影像图层。
一种数字正射影像地图的增量式生成设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现所述的数字正射影像地图的增量式生成方法的步骤。
一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现所述的数字正射影像地图的增量式生成方法的步骤。
本申请所提供的数字正射影像地图的增量式生成方法中，一方面对数据源进行图像处理，写入至数据集中，并读取至地图视口缓冲区，另一方面异步从缓冲区中读取数据进行渲染，将地图的渲染过程与数据处理过程解耦，从而可以支持数据处理过程的多次重启，同时采用可动态读写的瓦片式栅格数据集存储增量式生成的地图数据，解决现有正射影像地图实时增量式生成技术受限于创建数据集时就预设的地理范围和栅格范围的技术限制，保证了增量式生成的地图数据可以无限制地拼接写入至一个数据集中，支持数字正射影像地图无限制的增量式生成；另外，由于增量式生成的地图数据持续写入一个数据集中，也避免了由于系统重启导致的地图分布的不连续的问题，可以保证增量式生成过程的实时性和结果的连续性。
本申请还提供了一种数字正射影像地图的增量式生成装置、设备及一种可读存储介质，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为一种传统方式下的数字正射影像地图的增量式生成流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种增量式生成的长航带正射影像地图的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种整体的数字正射影像地图的增量式生成方法实施流程图；
图4为本申请实施例提供的一种数字正射影像地图的增量式生成装置的结构框图；
图5为本申请实施例提供的一种数字正射影像地图的增量式生成设备的结构示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供数字正射影像地图的增量式生成方法，该方法可以提升在控制实现成本的同时保证数字正射影像地图的数据连续性，提升地图创建效率；本申请的另一核心是提供数字正射影像地图的增量式生成装置、设备及一种可读存储介质。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参考图1，图1为本实施例提供的一种数字正射影像地图的增量式生成方法的流程图，该方法主要包括以下步骤：
步骤s101、接收到数字正射影像地图构建指令后，添加数字正射影像图层；
本实施例中执行主体可以为配置有增量式生成数字正射影像地图应用程序(以下简称为应用程序)的终端。
应用程序中包含图形用户界面，图形用户界面是用户与程序交互的接口，可以用于接收用户的指令或请求，本步骤中的数字正射影像地图构建指令也可以由图形用户界面接收用户指令生成。应用程序中还包括(二维或三维)地图模块，地图模块主要负责渲染正射影像地图数据集，用于可视化地图数据。
当接收到数字正射影像地图构建指令后，触发并新建数字正射影像图层，并将图层添加到应用程序的地图模块中(图层初始状态为纯透明并覆盖在地图最顶层)。
步骤s102、确定待构建的数据源以及目标数据集；
获取数据源，数据源为待进行数字正射影像地图构建的原始数据，数据源包括不限于视频流、视频文件或图像序列的文件目录，本实施例中对于数据源的存在形式不做限定，可以根据实际地图构建的需要确定待构建地图的数据作为数据源。
本实施例中为了实现数字正射影像地图的增量式生成，需要选用一种支持动态读写的瓦片式栅格数据集(Tiled Raster Dataset)，以满足增量式数据生成的数据存储需要。本实施例中对于选用的瓦片式栅格数据集的数据格式不做限定，包括但不限于MBTiles、RasterLite2、GeoPackage Raster等数据格式，瓦片式栅格数据集只要能够具备支持动态读写这一技术特征，皆可应用本发明技术方法，实现数字正射影像地图的增量式生成技术。
步骤s103、对数据源中图像帧进行位姿优化调整，得到优化图像帧；
获取数据源的每一帧数据，并解析每一帧数据的图像和位姿信息；根据每一帧数据的图像和位姿信息进行位姿优化调整，需要说明的是，本步骤中可以针对所有图像帧进行位姿优化调整，也可以仅提取其中的部分图像帧进行位姿优化调整，对此不做限定。
其中，具体的位姿优化调整的实现过程本实施例中不做限定，可以根据实际图像帧的分辨率、清晰度等图像特征以及用户查看的需要进行相应的图像帧调整，在此不再赘述。
步骤s104、将优化图像帧根据对应的地理位置写入目标数据集；
得到优化图像帧后，为保证各图像帧间的增量式存储，需要基于数据集对优化图像帧实时动态拼接，而动态拼接的过程具体为根据对应的地理位置写入目标数据集，其中，根据对应的地理位置写入指根据各图像间在实际地理位置间的关系以及在数据集中缩放关系写入至数据集中与各图像帧呈现的实际地理位置对应的区域，从而实现视频实时动态拼接，增量式生成数字正射影像地图。
而其中，具体地对各优化图像帧在目标数据集中进行动态拼接的实现过程本实施例中不做限定，具体的缩放关系以及地理关系的确认可以根据图像呈现的需要进行相应设定。
步骤s105、将所述目标数据集中的图像按地图视口参数读取至地图视口缓冲区；
将目标数据集中拼接好的图像按照地图视口参数的数据存储关系读取至地图视口缓冲区，以便于数据的读取以及可视化呈现。
步骤s106、若预设渲染条件触发，调用通用封装的读写接口获取地图视口缓冲区的图像数据；
预设渲染条件在本实施例中指由应用程序端控制的用于指示数据渲染的条件，可以为定时触发，也可以为接收到指令或检测到预设条件后触发，本实施例中对于预设渲染条件的设定不做限定，比如预设渲染条件可以设置为一种定时机制，在新建图层时启动定时，时间达到预设时间间隔后触发渲染；又比如可以设置为在新建图层时启动地图模块以一定频率定时刷新地图，检测到应用程序的地图模块刷新地图后触发渲染等。
渲染的过程具体实现为调用通用封装的重建器系统读写接口根据当前地图视口从可动态读写的瓦片式栅格数据集中获取图像数据，异步渲染到数字正射影像图层上，从而实现地图的呈现。
其中，需要说明的是，为保证设备对栅格数据集文件的随时读写以及多模块间的数据共享，需要对栅格数据集文件的读写接口进行通用封装，生成具有通用封装的读写接口，从而调用通用封装的读写接口获取地图视口缓冲区的图像数据。本实施例中对于通用封装的具体实现不做限定，可以参照相关技术下的接口封装方式。可选地，一种接口的封装方式如下：统一加以读写锁用以实现多线程之间的数据共享机制，还包括建立一个键值对映射表用以快速索引到已经打开的数据集。利用该技术既可以将已提取的关键帧保存为文件，在不占用内存的同时并以持有数据集指针的方式保持文件的打开状态，以便后续生成正射地图时进行高效的纹理采样；利用该技术还可以在重启重建器系统时，继续持有数字正射影像地图的数据集指针，待重建器系统重启后继续使用。
步骤s107、将图像数据异步渲染至数字正射影像图层。
其中，将图像数据渲染至数字正射影像图层的具体实现方式可以参照相关技术的介绍，在此不再赘述。
异步渲染指与数据集中数据的生成过程异步，即将应用程序对于图层的渲染过程与核心系统对于数据的处理过程间解耦，以便于在不关闭应用程序的前提下，可以支持核心系统的多次重启，重新完成系统状态的初始化。当遇到切换数据源等应用场景，重新开始执行数字正射影像地图的生成流程时，仍利用可动态读写的瓦片式栅格数据集和数字正射影像图层，进行实时动态拼接。
如图2所示为一种应用本实施例提供的方法增量式生成的长航带正射影像地图的示意图，可见本实施例提供的方法适用于长大型静态地理要素的巡检场景(例如某数百公里河道巡检作业)，可以进行视频实时动态拼接，从而增量式生成连续完整的数字正射影像地图。
基于上述介绍，本实施例提供的数字正射影像地图的增量式生成方法中，一方面对数据源进行图像处理，写入至数据集中，并读取至地图视口缓冲区，另一方面异步从缓冲区中读取数据进行渲染，将地图的渲染过程与数据处理过程解耦，从而可以支持数据处理过程的多次重启，同时采用可动态读写的瓦片式栅格数据集存储增量式生成的地图数据，解决现有正射影像地图实时增量式生成技术受限于创建数据集时就预设的地理范围和栅格范围的技术限制，保证了增量式生成的地图数据可以无限制地拼接写入至一个数据集中，支持数字正射影像地图无限制的增量式生成；另外，由于增量式生成的地图数据持续写入一个数据集中，也避免了由于系统重启导致的地图分布的不连续的问题，可以保证增量式生成过程的实时性和结果的连续性。
上述实施例中对于对数据源中图像帧进行位姿优化调整的具体实现过程不做限定，为加深对上述实施例中实施方式的理解，在此提出一种高效易行的位姿优化调整方式，具体包括如下步骤：
(1)确定图像帧中的关键帧以及非关键帧；
其中，关键帧指所有图像帧中被选中进行后续缩放处理的帧数据，非关键帧为图像帧中未被选中的帧数据，本实施例中为了提升实现效率的同时保证渲染效果，选取其中的部分帧进行缩放处理，而具体的确定关键帧的方式本实施例中不做限定，可以每隔若干帧取一帧作为关键帧等，可以根据实际处理速度以及效率进行关键帧的确定方式的设定。
(2)对关键帧根据当前拼接区域在目标数据集中的栅格范围进行缩放，得到缩放关键帧，作为优化图像帧。
根据当前拼接区域在数据集中的栅格范围进行缩放指根据当前拼接区域在数据集中的栅格范围与对应的实际地理范围间的缩放比例对关键帧进行相应的缩放变换，其中，具体的缩放参数的计算方式本实施例中不做限定，一种实现方式如下：
(2.1)根据数据源计算当前拼接区域的地理范围；
首先，计算当前拼接区域的地理范围，主要可以包括以下两个小步骤：(a)根据当前拼接区域内每一关键帧的位姿信息，以直接地理定位的方式计算其投影到地面的地理范围；(b)再根据每个关键帧的地理范围，合并计算出当前拼接区域的地理范围。
(2.2)根据所述目标数据集的仿射变换参数以及所述地理范围，计算所述当前拼接区域在所述目标数据集中的栅格范围，作为数据集栅格范围；其次，计算当前拼接区域在目标数据集中的栅格范围，在此以目标数据集为MBTiles数据集为例，即：根据MBTiles数据集的仿射变换参数，以及当前拼接区域的地理范围，计算当前拼接区域在MBTiles数据集中的栅格范围。
(2.3)根据所述当前拼接区域内各所述关键帧对应的栅格范围，合并计算所述当前拼接区域的栅格范围，作为拼接区域栅格范围；
通过单应关系计算当前拼接区域的栅格范围，包括：(a)根据当前拼接区域内每一关键帧对应的单应矩阵H，计算其在当前拼接区域内的栅格范围；(b)再根据每个关键帧的栅格范围，合并计算出当前拼接区域的栅格范围。
(2.4)计算所述拼接区域栅格范围以及所述数据集栅格范围间的比例，作为所述当前拼接区域的平均缩放比的；
然后，计算当前拼接区域的平均缩放比，包括根据当前拼接区域的栅格范围和当前拼接区域在目标数据集中的地理范围，计算当前拼接区域的平均缩放比。
(2.5)根据所述平均缩放比对所述关键帧进行缩放处理，得到缩放关键帧。
利用平均缩放比，对单应变换后的每一关键帧进行缩放。
本实施例中提出的上述位姿优化调整方法既可以保证处理效率，同时可以保证数据集中图像帧的位置还原效果，提升地图观感以及准确度。
目前增量式生成的数字正射影像地图，地面分辨率受限于数据集文件预设分辨率，无法适用于变地面分辨率的应用场景，为避免上述缺点，本实施例中基于上述位姿优化调整方式，提出一种数据集的创建流程，具体包括以下步骤：
(3)若处理的图像帧的数量达到阈值，新建可动态读写的瓦片式栅格数据集；
处理的图像帧的数量达到阈值比如可以以对关键帧的处理数量进行判断，比如对关键帧的处理计数累计到第n帧时(其中，n是重建器系统默认配置参数之一，可以在启动重建器时输入)触发后续流程，也可以对所有写入至目标数据集的图像帧的数量进行判断，比如写入至目标数据集的图像帧的数量累计到第n帧时触发后续流程。
新建可动态读写的瓦片式栅格数据集的过程可以参照相关的实现过程，其中，数据集中各参数的设置本实施例中不做限定，可以根据实际使用需要进行相应设定。
(4)根据缓冲区图像的地面分辨率对当前帧图像进行分辨率调整，得到缩放图像；
(5)将缩放图像与缓冲区图像进行图像融合处理，得到融合图像；
创建瓦片式栅格数据集后，根据对当前帧的位姿优化结果，进行实时动态拼接，将缩放图像与缓冲区图像进行图像融合处理作为融合图像。
(6)将融合图像写入至新建的瓦片式栅格数据集；
(7)将新建的瓦片式栅格数据集作为目标数据集。
上述创建流程中提出的图像拼接方案中将当前帧图像数据进行投影变换重采样，然后缩放变换匹配到与缓冲区图像数据相同的地面分辨率后，对两者进行图像融合，可以保证图像拼接的连续性，从而提升地图生成质量。
上述实现方式中对于新建可动态读写的瓦片式栅格数据集的实现方式不做限定，为加深理解，在此介绍一种以多级金字塔层级组织起来的支持多种地面分辨率的瓦片数据集——MBTiles数据集的建立实现方式，如下：
(3.1)根据当前关键帧的地面分辨率计算当前地面分辨率匹配的金字塔层级；
首先，计算当前关键帧的地面分辨率，包括：(a)根据单应矩阵H，计算当前关键帧或当前区域拼接后图像的栅格范围；(b)根据当前拼接区域中每个关键帧的位姿信息，以直接地理定位的方式计算当前拼接区域的地理范围；(c)根据步骤(a)计算的栅格范围和步骤(b)计算的地理范围，计算当前拼接区域的地面分辨率。
其次，计算当前地面分辨率匹配的最佳金字塔层级，包括：(a)MBTiles数据集金字塔可分为25层级(0-24级)，根据当前拼接区域的地面分辨率计算金字塔层级(大概率得到一个非整数的层级)；(b)根据可选策略(包括但不限于向上取整、向下取整)，获得最佳的金字塔层级。
(3.2)根据地面分辨率以及金字塔层级创建可动态读写的瓦片式栅格数据集。
最后，创建MBTiles数据集文件，包括：(a)设定MBTiles数据集表示的地理范围，一般为全球范围；(b)根据前面得到的当前拼接区域地面分辨率和对应的最佳金字塔层级，计算MBTiles数据集的仿射变换和栅格范围等参数；(c)调用GDAL库的MBTiles驱动，输入仿射变换和栅格范围等参数，创建MBTiles数据集文件。
本实施例中介绍的上述数据集创建方法中，根据当前关键帧地面分辨率初始化计算仿射变换(Affine Transform)、金字塔缩放层级(Zoom Level)等参数，并以此创建MBTiles数据集，作为新建数字正射影像图层对应的数据集，地面分辨率不再受限于数据集文件预设分辨率，而是通过各个金字塔层级近似匹配数十级的地面分辨率，通过重启应用程序内部的重建器系统，可以适用于变地面分辨率的应用场景，增加应用范围。
另外，基于上述位姿优化调整方式，为保证优化图像帧的快速精准拼接，在此介绍一种基于上述位姿优化调整方式的优化图像帧写入目标数据集的实现方式，具体包括如下步骤：
(1)计算当前拼接区域中首个关键帧在目标数据集中的地理范围，作为参考位置；
计算当前拼接区域第1个关键帧在目标数据集(比如MBTiles数据集)中的地理范围，作为参考位置。
(2)根据参考位置计算当前拼接区域中其它关键帧在目标数据集中的地理范围，作为区域范围；
以第1个关键帧的地理位置为参考，依次计算经单应变换及缩放变换后的第i(i取2、3、4、5...)个关键帧在目标数据集(比如MBTiles数据集)中的地理范围，作为区域范围。
(3)确定区域范围对应的栅格范围，作为第一栅格范围；
根据此区域范围经仿射变换得到对应栅格范围，作为第一栅格范围。
(4)从目标数据集中将第一栅格范围对应的图像数据读取至地图视口缓冲区；
据上述步骤得到的第一栅格范围从目标数据集(比如MBTiles数据集)读取图像数据到缓冲区中。
(5)将缩放关键帧与图像数据进行数据融合，得到融合数据；其中，融合数据包括融合地理范围数据以及融合图像数据；
将缓冲区数据与变换单应变换和缩放变换后的关键帧数据进行融合。
(6)获取融合地理范围数据对应的栅格范围，作为第二栅格范围；
(7)将融合图像数据写入至目标数据集中的第二栅格范围。
根据融合后的地理范围经仿射变换获取对应栅格范围，根据该栅格范围将融合后的缓冲区数据写入目标数据集(比如MBTiles数据集)中。
本实施例主要介绍了一种位姿优化调整以及对应的数据集动态拼接的实现方式，其它实现方式均可参照上述介绍，在此不再赘述。
另外，上述实施例中提出了一种多次数字正射影像地图的增量式生成都可以写到同一个数据集文件的实现方式，为避免对于数据写入以及拼接的影响，在上述实施例的基础上，可以进一步执行以下步骤：
若检测到重建器系统重启，提取重建器系统的工作状态数据以及系统参数，作为中断数据；
根据中断数据对数据源中当前图像帧进行位姿优化调整，得到优化图像帧；
执行将优化图像帧根据对应的地理位置写入目标数据集的步骤。
遇到数据源因传输问题中断或需要切换数据源之类的应用场景，可按需自动或手动重启应用程序内部的重建器系统，并接续上一次的工作结果继续增量式生成数字正射影像地图，实现稳定持续的地图生成。
请参考图3，图3为本实施例提供的数字正射影像地图的增量式生成装置的结构框图；该装置主要包括：功能触发模块110、重建器系统120以及地图模块130。本实施例提供的数字正射影像地图的增量式生成装置可与上述数字正射影像地图的增量式生成方法相互对照。
其中，功能触发模块110主要用于接收到数字正射影像地图构建指令后，启动重建器系统，添加数字正射影像图层至地图模块；
重建器系统120主要用于确定待构建的数据源以及目标数据集；其中，目标数据集为可动态读写的瓦片式栅格数据集；对数据源中图像帧进行位姿优化调整，得到优化图像帧；将优化图像帧根据对应的地理位置写入目标数据集；将目标数据集中图像读取至地图视口缓冲区；
地图模块130主要用于若预设渲染条件触发，调用通用封装的读写接口获取地图视口缓冲区的图像数据；将图像数据异步渲染至数字正射影像图层。
为加深对本实施例提供的装置的工作过程的理解，在此以目标数据集为MBTiles数据集为例介绍装置的整体工作，如图4所示为一种整体的数字正射影像地图的增量式生成方法实施流程图，具体如下：
(1)功能触发模块110启动，打开数据源，启动重建器系统(即视频源或图像序列的文件目录)，并新建数字正射影像图层(以重建器系统作为数据源)；
(2)重建器系统将图层添加到应用程序的地图模块中后，触发地图模块启动定时刷新机制；
(3)读取每一帧图像并解析位姿和图像数据，输入重建器系统；
(4)重建器系统调用内部集成的SLAM或增量式SfM系统，对输入的图像帧进行筛选并提取关键帧，同时在SLAM或增量式SfM系统内部对关键帧进行位姿优化；
(5)重建器系统对关键帧计数累计到第n帧时(n是重建器系统默认配置参数之一，由启动重建器时输入)，则初始化计算仿射变换(Affine Transform)、金字塔缩放层级(Zoom Level)等参数，并以此创建瓦片式栅格数据集，作为新建数字正射影像图层对应的数据集；
(6)重建器系统创建瓦片式栅格数据集后，根据对当前帧的位姿优化结果，进行实时动态拼接，即计算当前帧投影到地表后与数字正射影像地图的重叠区域，根据该区域从数据集中读取图像数据到缓冲区，将当前帧图像数据进行投影变换重采样，然后缩放变换匹配到与缓冲区图像数据相同的地面分辨率后，对两者进行图像融合；
(7)应用程序的地图模块以一定频率刷新地图，以此作为触发信号，调用重建器系统接口，获取地图视口缓冲区的图像数据，异步地渲染到数字正射影像图层上；
(8)自动或手动触发重启重建器系统；
(9)重建器系统重启后从应用程序中获取上一次的工作状态和系统参数，接续上一次工作结果继续增量式生成数字正射影像地图。
本实施例中仅以上述实现方式为例进行介绍，其它基于本实施例的装置工作流程均可参照上述介绍，在此不再赘述。
本实施例提供一种数字正射影像地图的增量式生成设备，主要包括：存储器以及处理器。
其中，存储器用于存储程序；
处理器用于执行程序时实现如上述实施例介绍的数字正射影像地图的增量式生成方法的步骤，具体可参照上述数字正射影像地图的增量式生成方法的介绍。
请参考图5，为本实施例提供的数字正射影像地图的增量式生成设备的结构示意图，该数字正射影像地图的增量式生成设备可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或一个以上处理器(central processing units，CPU)322(例如，一个或一个以上处理器)和存储器332，存储器332存储有一个或一个以上的计算机应用程序342或数据344。其中，存储器332可以是短暂存储或持久存储。存储在存储器332的程序可以包括一个或一个以上模块(图示没标出)，每个模块可以包括对数据处理设备中的一系列指令操作。更进一步地，中央处理器322可以设置为与存储器332通信，在数字正射影像地图的增量式生成设备301上执行存储介质330中的一系列指令操作。
数字正射影像地图的增量式生成设备301还可以包括一个或一个以上电源326，一个或一个以上有线或无线网络接口350，一个或一个以上输入输出接口358，和/或，一个或一个以上操作系统341，例如Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM等等。
上面图1所描述的数字正射影像地图的增量式生成方法中的步骤可以由本实施例介绍的数字正射影像地图的增量式生成设备的结构实现。
本实施例公开一种可读存储介质，其上存储有程序，程序被处理器执行时实现如上述实施例介绍的数字正射影像地图的增量式生成方法的步骤，具体可参照上述实施例中对数字正射影像地图的增量式生成方法的介绍。
该可读存储介质具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的可读存储介质。
说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上对本申请所提供的数字正射影像地图的增量式生成方法、装置、设备及可读存储介质进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种数字正射影像地图的增量式生成方法，其特征在于，该方法包括：
接收到数字正射影像地图构建指令后，添加数字正射影像图层；
确定待构建的数据源以及目标数据集；其中，所述目标数据集为可动态读写的瓦片式栅格数据集；
对所述数据源中图像帧进行位姿优化调整，得到优化图像帧；
将所述优化图像帧根据对应的地理位置写入所述目标数据集；
将所述目标数据集中的图像按地图视口参数读取至地图视口缓冲区；
若预设渲染条件触发，调用通用封装的读写接口获取所述地图视口缓冲区的图像数据；
将所述图像数据异步渲染至所述数字正射影像图层。
2.如权利要求1所述的数字正射影像地图的增量式生成方法，其特征在于，对所述数据源中图像帧进行位姿优化调整，得到优化图像帧，包括：
确定所述图像帧中的关键帧以及非关键帧；
对所述关键帧根据当前拼接区域在所述目标数据集中的栅格范围进行缩放，得到缩放关键帧，作为所述优化图像帧。
3.如权利要求2所述的数字正射影像地图的增量式生成方法，其特征在于，对所述关键帧根据当前拼接区域在所述目标数据集中的栅格范围进行缩放，得到缩放关键帧，包括：
根据所述数据源计算当前拼接区域的地理范围；
根据所述目标数据集的仿射变换参数以及所述地理范围，计算所述当前拼接区域在所述目标数据集中的栅格范围，作为数据集栅格范围；
根据所述当前拼接区域内各所述关键帧对应的栅格范围，合并计算所述当前拼接区域的栅格范围，作为拼接区域栅格范围；
计算所述拼接区域栅格范围以及所述数据集栅格范围间的比例，作为所述当前拼接区域的平均缩放比；
根据所述平均缩放比对所述关键帧进行缩放处理，得到缩放关键帧。
4.如权利要求3所述的数字正射影像地图的增量式生成方法，其特征在于，将所述优化图像帧根据对应的地理位置写入所述目标数据集，包括：
计算所述当前拼接区域中首个关键帧在所述目标数据集中的地理范围，作为参考位置；
根据所述参考位置计算所述当前拼接区域中其它关键帧在所述目标数据集中的地理范围，作为区域范围；
确定所述区域范围对应的栅格范围，作为第一栅格范围；
从所述目标数据集中将所述第一栅格范围对应的图像数据读取至所述地图视口缓冲区；
将所述缩放关键帧与所述图像数据进行数据融合，得到融合数据；其中，所述融合数据包括融合地理范围数据以及融合图像数据；
获取所述融合地理范围数据对应的栅格范围，作为第二栅格范围；
将融合图像数据写入至所述目标数据集中的所述第二栅格范围。
5.如权利要求2所述的数字正射影像地图的增量式生成方法，其特征在于，还包括：
若处理的所述图像帧的数量达到阈值，新建可动态读写的瓦片式栅格数据集；
根据缓冲区图像的地面分辨率对当前帧图像进行分辨率调整，得到缩放图像；
将所述缩放图像与所述缓冲区图像进行图像融合处理，得到融合图像；
将所述融合图像写入至新建的瓦片式栅格数据集；
将所述新建的瓦片式栅格数据集作为所述目标数据集。
6.如权利要求5所述的数字正射影像地图的增量式生成方法，其特征在于，所述新建可动态读写的瓦片式栅格数据集，包括：
根据当前关键帧的地面分辨率计算当前地面分辨率匹配的金字塔层级；
根据所述地面分辨率以及所述金字塔层级创建可动态读写的瓦片式栅格数据集。
7.如权利要求1所述的数字正射影像地图的增量式生成方法，其特征在于，还包括：
若检测到重建器系统重启，提取所述重建器系统的工作状态数据以及系统参数，作为中断数据；
根据中断数据对所述数据源中当前图像帧进行位姿优化调整，得到优化图像帧；
执行将所述优化图像帧根据对应的地理位置写入所述目标数据集的步骤。
8.一种数字正射影像地图的增量式生成装置，其特征在于，该装置包括：
功能触发模块，用于接收到数字正射影像地图构建指令后，启动重建器系统，添加数字正射影像图层至地图模块；
所述重建器系统，用于确定待构建的数据源以及目标数据集；其中，所述目标数据集为可动态读写的瓦片式栅格数据集；对所述数据源中图像帧进行位姿优化调整，得到优化图像帧；将所述优化图像帧根据对应的地理位置写入所述目标数据集；将所述目标数据集中的图像按地图视口参数读取至地图视口缓冲区；
所述地图模块，用于若预设渲染条件触发，调用通用封装的读写接口获取所述地图视口缓冲区的图像数据；将所述图像数据异步渲染至所述数字正射影像图层。
9.一种数字正射影像地图的增量式生成设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的数字正射影像地图的增量式生成方法的步骤。
10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质上存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的数字正射影像地图的增量式生成方法的步骤。
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