CN109840951A - 针对平面地图进行增强现实的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种针对平面地图进行增强现实的方法及装置，其中，所述方法包括：实时拍摄关于所述平面地图的视频图像；从拍摄的视频图像中识别出与所述平面地图内的地图构成元素相关联的预设标签；基于识别出的预设标签，获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息；将与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息跟踪注册至拍摄的视频图像中，以在拍摄的视频图像中构建关于所述平面地图的三维虚拟空间地图。
Description
技术领域
本申请涉及地图信息显示领域，特别涉及一种针对平面地图进行增强现实的方法及装置。
背景技术
随着增强现实技术研究的快速发展，以及地图和地理信息应用的不断深入，在增强现实成为研究热点的同时，人们正尝试将增强现实技术应用于平面地图的显示增强和地理信息可视化。然而，目前针对平面地图的增强现实应用仍存在许多的问题，例如，用于增强现实的虚拟三维模型比较单一，缺少相应的语义描述，没有将虚拟三维模型有效地融合至真实场景。
因此，迫切需要一种能够解决上述问题的针对平面地图进行增强现实的方法及装置来提高平面地图中各个地图构成元素表达的有效性和辨识度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对平面地图进行增强现实的方法及装置。
据本发明的一方面，提供一种风针对平面地图进行增强现实的方法，所述方法包括：实时拍摄关于所述平面地图的视频图像；从拍摄的视频图像中识别出与所述平面地图内的地图构成元素相关联的预设标签；基于识别出的预设标签，获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息；将与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息跟踪注册至拍摄的视频图像中，以在拍摄的视频图像中构建关于所述平面地图的三维虚拟空间地图。
优选地，所述预设标签为具有与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的二维码。
优选地，所述二维码的编码区域包括第一编码区域和第二编码区域，其中，所述第一编码区域用于记录与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的编码，所述第二编码区域用于记录与所述平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息的编码。
优选地，所述从拍摄的视频图像中识别出与所述平面地图内的地图构成元素相关联的预设标签的步骤包括：对所述二维码的第一编码区域进行解码，以获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息，并且基于获取的增强现实信息，从预置的三维虚拟模型数据库中提取出与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型，所述三维虚拟模型数据库存储有各个增强现实信息以及与各个增强现实信息相对应的三维虚拟模型；对所述二维码的第二编码区域进行解码，以获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息。
据本发明的另一方面，提供一种针对平面地图进行增强现实的装置，所述装置包括：视频拍摄单元，实时拍摄关于所述平面地图的视频图像；标签识别单元，从拍摄的视频图像中识别出与所述平面地图内的地图构成元素相关联的预设标签；模型获取单元，基于识别出的预设标签，获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息；增强现实单元，将与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息跟踪注册至拍摄的视频图像中，以在拍摄的视频图像中构建关于所述平面地图的三维虚拟空间地图。
优选地，所述预设标签为具有与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的二维码。
优选地，所述二维码的编码区域包括第一编码区域和第二编码区域，其中，所述第一编码区域用于记录与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的编码，所述第二编码区域用于记录与所述平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息的编码。
优选地，所述模型获取单元包括：模型提取子单元，对所述二维码的第一编码区域进行解码，以获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息，并且基于获取的增强现实信息，从预置的三维虚拟模型数据库中提取出与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型，所述三维虚拟模型数据库存储有各个增强现实信息以及与各个增强现实信息相对应的三维虚拟模型；语义获取子单元，对所述二维码的第二编码区域进行解码，以获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息。
据本发明的另一方面，提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时，实现如前面所述的针对平面地图进行增强现实的方法。
据本发明的另一方面，提供一种计算机设备，所述计算机设备包括：处理器；存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如前面所述的针对平面地图进行增强现实的方法。
本发明所提供的针对平面地图进行增强现实的方法及装置能够有效地提高平面地图中各个地图构成元素表达的有效性和辨识度。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1是示出根据本发明的示例性实施例的针对平面地图进行增强现实的方法的流程图；
图2是示出根据本发明的示例性实施例的针对平面地图进行增强现实的装置的结构框图；
图3是示出根据本发明的示例性实施例的具有与平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实(AR)信息的二维码(QR码)的示意图。
具体实施方式
本发明的总体构思在于，利用包含有与地图构成元素相关的增强现实信息和语义描述信息的标签来针对平面地图构建三维虚拟空间地图，以此提高平面地图中各个地图构成元素表达的有效性和辨识度。
以下，将参照附图来详细说明本发明的实施例。
图1是示出根据本发明的示例性实施例的针对平面地图进行增强现实的方法的流程图。
在步骤110中，通过视频拍摄单元(例如摄像头)实时拍摄关于平面地图的视频图像。
这里，作为示例，平面地图可以是传统的平面纸质地图，除此之外，也可以是其它一些可以拍摄到的任何平面形式的地图。
接下来，在步骤120中，从拍摄的视频图像中识别出与平面地图内的地图构成元素相关联的预设标签。
通常，在平面地图内可包括各种地图构成元素，作为示例，这里的地图构成元素可以是公园、大厦、饭店、超市、学校等地标性建筑实体。
在一个可选的实施例中，可选择具有与平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的二维码作为与平面地图内的地图构成元素相关联的预设标签。通常，二维码可包括功能图形和编码区域两个部分，然而，在该实施例中，如图3所示，二维码300的编码区域可包括第一编码区域301和第二编码区域302，其中，第一编码区域301可用于记录与平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的编码，第二编码区域302可用于记录与平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息的编码。下面将结合图3来对该实施例中的二维码300作更为详细的介绍。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的具有与平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的二维码300的示意图。
在图3所示的示例中，二维码300的编码区域可包括两个区域，一个是用于记录与平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的编码的第一编码区域301，另一个是用于记录与平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息的编码的第二编码区域302。具体实施时，可将图3所示的第一编码区域301划分为7×7的网格，其中，黑色格子表示0，白色格子表示1，与平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息可以以二进制的数据形式被编码在第一编码区域301内部的网格中。同样地，可将图3所示的第二编码区域302划分为若干网格，其中，黑色格子表示0，白色格子表示1，与平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息也可以以二进制的数据形式被编码在第二编码区域302内部的网格中。
这里，与平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息可包括与平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型的标识、名称、类型、样式和空间位置坐标等。这些信息均可被用于在拍摄的视频图像中绘制三维虚拟模型。
相应地，在使用二维码300作为预设标签的实施例中，步骤120针对预设标签的识别可包括如下具体步骤：
步骤1201、将拍摄的视频图像从彩色图像转换为灰度图像，随后从灰度图像转换为黑白图像；
步骤1202、利用高斯平滑滤波和均值滤波去噪处理对转换的视频图像进行二值化处理，随后采用闭运算、腐蚀、膨胀等方法，以获得具有矩形边界的视频图像；
步骤1203、对处理的视频图像进行倾斜度校正(包括角度校正和畸变校正)，以便对视频图像进行位置跟踪和图形探测；
步骤1204、分割校正的视频图像，并将分割后的每个图像记录为矩形数据；
步骤1205、对记录的矩形数据进行轮廓匹配，以识别出具有二维码300特征的图像。
接下来，在步骤130中，基于识别出的预设标签，获取与平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息。
在使用二维码300作为预设标签的实施例中，步骤130针对预设标签的解析可包括如下具体步骤：
步骤1301、对识别出的二维码300的第一编码区域301进行解码，以获取与平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息，并且基于获取的增强现实信息，从预置的三维虚拟模型数据库中提取出与平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型，该三维虚拟模型数据库存储有各个增强现实信息以及与各个增强现实信息相对应的三维虚拟模型；
步骤1302、对识别出的二维码300的第二编码区域302进行解码，以获取与平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息。
接下来，在步骤140中，将与平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息跟踪注册至拍摄的视频图像中，以在拍摄的视频图像中构建关于平面地图的三维虚拟空间地图。
具体实施时，可将与平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型与通过视频拍摄单元实时拍摄的视频图像进行配准/对齐(也被称为三维跟踪注册)。通常，针对三维虚拟模型的三维跟踪注册主要涉及真实空间坐标系、虚拟空间坐标系、视点坐标系及图像平面坐标系四类，进行三维跟踪注册的目的是为了将这四类坐标系统一起来，以实现虚拟物体与真实场景的无缝融合。基于计算机视觉的三维跟踪注册是通过给定的一幅或者多幅视频图像来确定摄像机与真实世界中的各个目标之间的相对位置和方向。
在一个示例中，可采用仿射变换来实现三维跟踪注册。假设真实空间坐标系为[x，y，z，1]，虚拟空间坐标系为[xv，yv，zv，1]、摄像机空间坐标系为[x＇，y＇，z＇，1]，真实空间坐标系与虚拟空间坐标系之间存在如下式(1)所示的坐标转换关系：
摄像机空间坐标系与真实空间坐标系和虚拟空间坐标系之间存在如下式(2)所示的坐标转换关系：
真实空间坐标系与虚拟空间坐标系之间的坐标转换矩阵U4×4是已知的，并且摄像机空间坐标系与虚拟空间坐标系之间的坐标转换矩阵V4×4可通过下式(3)来被求解：
其中，R3×3为旋转矩阵，T3×1为平移矩阵，并且旋转矩阵R3×3和平移矩阵T3×1中的各个组成参数可由摄像机空间坐标系相对于三维虚拟模型的位置、方向与姿态计算得到。因此，式(3)可被进一步拆分为下式(4)：
进一步地，通过上式(2)、(3)、(4)可导出下式(5)，以此确定摄像机空间坐标系与真实空间坐标系之间的坐标转换：
同样地，可确定摄像机空间坐标系与虚拟空间坐标系之间的坐标转换。
因此，可借助上述仿射变换中的公式来实现步骤140中的三维跟踪注册，从而在拍摄的视频图像中构建出关于平面地图的三维虚拟空间地图，实现三维虚拟模型与真实场景的融合(即，即将三维虚拟模型与信息直接叠加显示在真实场景中)。
此外，在将三维虚拟模型融合至真实场景的过程中，还可考虑三维虚拟模型与真实场景的遮挡关系、显示合理性及光照一致性等因素，以此设定三维虚拟模型显示的位置、角度及尺寸，从而达到增强表达效果。
图2是示出根据本发明的示例性实施例的针对平面地图进行增强现实的装置的结构框图。
参照图2，图2所示的装置可包括视频拍摄单元210、标签识别单元220、模型获取单元230和增强现实单元240。具体地，视频拍摄单元210(例如摄像头)可被用于实时拍摄关于平面地图的视频图像；标签识别单元220可被用于从拍摄的视频图像中识别出与平面地图内的地图构成元素相关联的预设标签；模型获取单元230可被用于基于识别出的预设标签，获取与平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息；增强现实单元240可被用于将与平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息跟踪注册至拍摄的视频图像中，以在拍摄的视频图像中构建关于平面地图的三维虚拟空间地图。
如前所述，在图2所示的装置中，可选择具有与平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的二维码300作为与平面地图内的地图构成元素相关联的预设标签。
如前所述，在图2所示的装置中，这种二维码300的编码区域可包括第一编码区域301和第二编码区域302，其中，第一编码区域301用于记录与平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的编码，第二编码区域302用于记录与平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息的编码。
如前所述，在图2所示的装置中，模型获取单元230可包括模型提取子单元和语义获取子单元(均未被示出)。具体地，模型提取子单元可用于对上述二维码300的第一编码区域301进行解码，以获取与平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息，并且基于获取的增强现实信息，从预置的三维虚拟模型数据库中提取出与平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型，该三维虚拟模型数据库存储有各个增强现实信息以及与各个增强现实信息相对应的三维虚拟模型；语义获取子单元可用于对上述二维码300的第二编码区域302进行解码，以获取与平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息。
通过采用上述实施过程，不仅可将增强现实技术应用于城市平面地图增强表达，而且可提高平面地图各个地图构成元素表达的有效性和辨识度。此外，这种利用包含有与地图构成元素相关的增强现实信息和语义描述信息的标签针对平面地图构建三维虚拟空间地图的方式不仅计算速度快，而且还可有效地满足增强现实的实时性要求。
此外，还需要说明的是，尽管在此描述的实施例主要是以带有增强识别信息的二维码为例来描述将三维虚拟物体融合至真实场景中的平面地图的实施过程，但是应理解的是，在此描述的实施例也可采用其它形式的预设标签(例如，条形码等)来实现上述将三维虚拟物体融合至真实场景中的平面地图的实施过程。
根据本发明的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行根据本发明的确定风速的方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。
根据本发明的示例性实施例还提供一种计算机设备。该计算机设备包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。所述计算机程序被处理器执行使得处理器执行根据本发明的确定风速的方法的计算机程序。
尽管已参照优选实施例表示和描述了本申请，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本申请的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。
Claims (10)
1.一种针对平面地图进行增强现实的方法，其特征在于，所述方法包括：
实时拍摄关于所述平面地图的视频图像；
从拍摄的视频图像中识别出与所述平面地图内的地图构成元素相关联的预设标签；
基于识别出的预设标签，获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息；
将与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息跟踪注册至拍摄的视频图像中，以在拍摄的视频图像中构建关于所述平面地图的三维虚拟空间地图。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设标签为具有与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的二维码。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述二维码的编码区域包括第一编码区域和第二编码区域，其中，所述第一编码区域用于记录与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的编码，所述第二编码区域用于记录与所述平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息的编码。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述从拍摄的视频图像中识别出与所述平面地图内的地图构成元素相关联的预设标签的步骤包括：
对所述二维码的第一编码区域进行解码，以获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息，并且基于获取的增强现实信息，从预置的三维虚拟模型数据库中提取出与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型，所述三维虚拟模型数据库存储有各个增强现实信息以及与各个增强现实信息相对应的三维虚拟模型；
对所述二维码的第二编码区域进行解码，以获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息。
5.一种针对平面地图进行增强现实的装置，其特征在于，所述装置包括：
视频拍摄单元，实时拍摄关于所述平面地图的视频图像；
标签识别单元，从拍摄的视频图像中识别出与所述平面地图内的地图构成元素相关联的预设标签；
模型获取单元，基于识别出的预设标签，获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息；
增强现实单元，将与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型和语义描述信息跟踪注册至拍摄的视频图像中，以在拍摄的视频图像中构建关于所述平面地图的三维虚拟空间地图。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预设标签为具有与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的二维码。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述二维码的编码区域包括第一编码区域和第二编码区域，其中，所述第一编码区域用于记录与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息的编码，所述第二编码区域用于记录与所述平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息的编码。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述模型获取单元包括：
模型提取子单元，对所述二维码的第一编码区域进行解码，以获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的增强现实信息，并且基于获取的增强现实信息，从预置的三维虚拟模型数据库中提取出与所述平面地图内的地图构成元素相对应的三维虚拟模型，所述三维虚拟模型数据库存储有各个增强现实信息以及与各个增强现实信息相对应的三维虚拟模型；
语义获取子单元，对所述二维码的第二编码区域进行解码，以获取与所述平面地图内的地图构成元素相对应的语义描述信息。
9.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1-4中的任意一项所述的针对平面地图进行增强现实的方法。
10.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：
处理器；
存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-4中的任意一项所述的针对平面地图进行增强现实的方法。
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| 王占刚等: "移动地图增强现实系统设计与实现", 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》 * |
| 王占刚等: "移动地图增强现实系统设计与实现", 《北京信息科技大学学报(自然科学版)》, no. 05, 15 October 2016 (2016-10-15), pages 37 - 40 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110910497A (zh) * | 2019-11-15 | 2020-03-24 | 北京信息科技大学 | 实现增强现实地图的方法和系统 |
| CN110910497B (zh) * | 2019-11-15 | 2024-04-19 | 北京信息科技大学 | 实现增强现实地图的方法和系统 |
| FR3107134A1 (fr) | 2020-02-06 | 2021-08-13 | Resomedia | dispositif de carte géographique permanente au format papier connectée à une application mobile dans le but de repérer les points d’intérêts (dits aussi « POI ») |
| CN112037264A (zh) * | 2020-11-03 | 2020-12-04 | 浙江清鹤科技有限公司 | 一种视频融合系统及方法 |
| CN112037264B (zh) * | 2020-11-03 | 2021-02-05 | 浙江清鹤科技有限公司 | 一种视频融合系统及方法 |
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