一种带尺度测量的VR图生成方法及数据采集装置

1.一种数据采集装置，其特征在于，其包括：全景VR相机、三维激光雷达、三角支架、转台、步进电机，所述全景VR相机设置在三角支架顶部，所述转台上搭载三维激光雷达设置在三角支架上，该转台由步进电机驱动。
2.一种带尺度测量的VR图生成方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、使用权利要求1所述的数据采集装置采集VR全景图、三维激光点集合，使得VR全景图的每个角度的像素都能找到对应的三维激光点；
S2、生成局部点云地图；
S3、根据VR全景图、局部点云地图，生成可进行尺度测量的深度图。
3.根据权利要求2所述的带尺度测量的VR图生成方法，其特征在于，所述步骤S1中，使得VR全景图的每个角度的像素都能找到对应的三维激光点的方法如下：
选定步进电机的速度和确定步进电机旋转时间，其中：
步进电机速度计算公式如下：
vM＝360÷W÷fl  (1)
式中W为VR全景图的水平方向像素，f1为三维雷达的更新频率；通过此公式可有效保证三维激光雷达转过的角度对应的全景图像素都能找到对应的三维激光点；
步进电机旋转角度计算公式如下：
tM＞360/vm  (2)
式中tM为电机旋转持续时间，该时间可有效保证三维雷达旋转超过360度，从而保证VR全景图的每个角度的像素都能找到对应的三维激光点。
4.根据权利要求3所述的带尺度测量的VR图生成方法，其特征在于，所述步骤S2生成局部点云地图的方法如下：
S21、将第一帧转角θ0作为参考角度，将此时转台的位姿设置为固定坐标系，位姿设置为固定坐标系，也即局部点云地图的坐标系原点，后续所有点云都是基于这个参考坐标系拼接到局部点云地图中；
S22、进行当前帧点云与转角帧时间戳的对齐，以保证转角和当前帧点云同时获取；
S23、根据当前转角与参考转角之间的关系确定当前雷达帧与固定坐标系之间的转换关系，如下公式所示：
式中θt为当前转角帧转角，Tt为当前雷达帧与固定坐标系之间的旋转矩阵；
在获取到旋转矩阵之后，将当前点云帧转换到固定坐标系下，转换方法如下：
(pfx pfy pfz)T＝Tt*(px py pz)T  (4)
式中(pfx,pfy,pfz)为转换后在固定坐标系下的点的坐标，(px,py,pz)为当前雷达坐标系下点的坐标；
S24、根据步骤S23中公式(4)的转换关系可将所有当前雷达帧点云转换到固定坐标系下，然后再将转换后的当前帧点云直接按位置关系拼接到已有的局部点云地图中，最后再循环上述过程，直到电机停止旋转，至此完成完整的局部点云地图。
5.根据权利要求4所述的带尺度测量的VR图生成方法，其特征在于，所述步骤S22中，进行当前帧点云与转角帧时间戳的对齐的具体方法如下：
首先将转角容器内的转角帧时间戳与当前雷达帧时间戳进行比较，找出第一个大于当前雷达帧的的转角帧作为当前转角帧，然后再将当前转角帧和当前转角帧上一帧的时间戳与当前雷达帧的时间戳进行比较，选择靠近当前雷达帧的转角帧作为最后使用的当前转角帧。
6.根据权利要求5所述的带尺度测量的VR图生成方法，其特征在于，所述步骤S3中根据VR全景图、局部点云地图，生成可进行尺度测量的深度图像的方法如下：
S31、获取局部点云地图坐标与球形VR全景图坐标的映射；
S32、获取球形VR全景图坐标与深度图坐标的映射；
S33、依据S31、S32间接获取局部点云地图坐标与深度图像坐标之间的映射关系，进行深度图像中深度的附着。
7.根据权利要求6所述的带尺度测量的VR图生成方法，其特征在于，所述步骤S31中获取局部点云地图坐标与球形VR全景图坐标的映射的方法如下：
S311、将点云从步骤S22中固定坐标系转换到相机坐标系下，转换公式如下：
c T
(pcx pcy pcz)＝Tf*(pfx pfy pfz)   (5)
式中(pcx,pcy,pcz)为在相机坐标系下的点，cTf为固定坐标系到相机坐标系的旋转矩阵，该矩阵可直接通过尺子量取固定坐标系和相机坐标系之间的位置关系获得；
S312、计算点云中的点在经纬度坐标系下的经纬度，计算公式如下：
θlongitude＝a tan2(py，px)               (6)
θlongitude,θlatitude分别为点云在球形经纬度坐标系的经度和纬度。
8.根据权利要求7所述的带尺度测量的VR图生成方法，其特征在于，所述步骤S32中，获取球形VR全景图坐标与深度图坐标的映射的方法如下：
S321、球形VR全景图是以经纬度等间隔的划分像素，因此可以将球形全景图展开成二维平面图像，水平方向以等经度间隔划分，竖直方向以等纬度划分，映射关系如下：
(cx cy)T＝(θlongitute÷dlong θlatitude÷dlati)T  (8)
式中(cx,cy)为二维平面图像的像素坐标，(θlong,θlati)分别为经度方向和纬度方向像素经度。
9.根据权利要求8所述的带尺度测量的VR图生成方法，其特征在于，所述步骤S33中，进行深度图像中深度的附着的方法如下：
计算局部点云地图中每个点的深度，计算公式如下：
式中r即为所求的深度，将每个点通过上式计算深度并附着到深度图像的每个像素上，实现深度图像点云的附着。
10.根据权利要求9所述的带尺度测量的VR图生成方法，其特征在于，步骤S3中，生成可进行尺度测量的深度图后，对其进行尺度测量的方法如下：
S341、像素坐标和深度的获取：
点击VR全景图中的两个点，通过公式(8)映射到深度图像中的两个像素坐标，再根据这两个像素坐标读取附着在深度图中这两个像素的深度值；
S342、点云的还原：
首先根据像素坐标映射到经纬度坐标，如下：
(θ′longitute θ′latitude)T＝(c′x*dlong c′y*dlati)T  (10)
式中(θ’longitude,θ’latitude)为映射的经纬度，(c’x,c’y)为步骤S341获取的像素坐标；
然后再根据经纬度和深度值还原空间点：
式中(p’x,p’y,p’z)为还原的三维空间点，r’为步骤S341过程中获得的深度值；
S343、距离测量：
根据式公式(10)和(11)，可以将用户点击的点转换为实际空间中的三维点，再根据下式：
即可求出两点空间中两点的欧拉距离，实现的尺度的测量；式中：(p’x1,p’y1,p’z1)，(p’x2,p’y2,p’z2)分别为点击的VR全景图中的两个点。

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