技术领域
[0001] 本
发明涉及三维数字场景构建领域，具体涉及一种动态花海场景系统及其工作方法。
背景技术
[0002] 三维场景是基于全景图像的场景虚拟技术，是一种实现全方位互动式游览的
可视化场景展示方式；全景图像是由相机采集不同
角度的场景图像，经过计算机
算法拼接得到。
[0003] 用于三维场景采集的相机镜头主要有鱼眼镜头、普通镜头、多镜头组合等；其中，鱼眼镜头是一种视角接近或等于180°的镜头；多镜头主要是通过多个镜头组合成一个新的相机系统，镜头之间的空间角度固定不变，镜头视角能够
覆盖整个三维空间；鱼眼镜头以及单镜头均是由两轴或三轴
云台携带并不断调整镜头方向与角度，对准拍照目标；多镜头由单轴云台携带，固定角度拍摄场景。
[0004] 鱼眼镜头和单镜头暂时不能实现360°(
水平向)+360°(垂直向)全景采集，也不能实现
时空一致性的场景采集。时空一致性拍摄是指原始数据是在统一时钟下的同一时刻拍摄，影像获取的时间与影像中各个物体在那一时刻的空间
位置和
姿态是一致的。
[0005] 花海场景的特征是动态，花海在
风的作用下不停摇摆，而且受多种因素影响下，花卉摇摆没有规律可循；花海场景十分广阔，针对花海场景的三维场景采集的数据十分庞大；花海场景具有时间性、季节性，不同的时间
节点、不同的
气候温度等都使得花海场景有着不同的景观；花海场景的角度、方向、远近、光度的不同，都将带来不同的效果；同时，不同的花海本身携带传承的蕴意、文化精神等都有着不一样的体现。
[0006] 目前针对花海的三维场景构建主要是采用空地结合的方案，空中使用无人机搭载相机进行连续性巡航移动，在巡航移动过程中相机连续拍摄；地面拍摄者手持单镜头
照相机环绕目标体移动，在移动中连续拍摄；然后通过计算机算法进行拼接，漫游。其中不同的花海从采集到展示需要经过数天到数周不等的周期。
[0007] 通过调研花海场景的特征，可以归纳得到针对动态花海实时快播的需求：
[0008] 1.总体；动态花海直播需要将花海的整体特征、布局、效果进行展示；
[0009] 2.局部；在花海直播过程中能够自由的切换整体场景与局部场景，局部到局部，并且能够由观看直播者自由进行切换，既大的动态三维场景之中能够嵌入小的动态三维场景，并且场景之间能够任意转换；并且，局部场景还应包括花朵各部位的高清特写；
[0010] 3.声音；动态花海直播不仅仅需要将花海场景进行展示，还需要将花海所处的声音一并展示出来；并且，动态花海直播具备添加背景音乐或解说的功能，并且在直播画面时候这个功能可以选择性开启；
[0011] 4.花海场景直播需具备时空一致性，即当前展示的所有场景都是在同一时空下采集构建得到的；
[0012] 5.实时刷新；花海三维场景直播能够按照一定
帧率进行刷新，从而完成花海三维场景动态直播；
[0013] 6.低照度直播；有的花卉具有昼夜性，所以花海场景的直播需要将花海每一个时间段都展示出来，甚至24小时全天直播；
[0014] 7.花海场景的直播过程之中会存在环境恶劣情况，所以对于直播设备具有恶劣环境正常工作的功能。
[0015] 通过实践发现，现对花海三维场景的采集技术之中存在以下问题：
[0016] 1.采集作业中采集者的主观性较强，难以建立科学化、规范化、标准化和定量化采集方案，难以保持采集品质的稳定，导致采集数据规模庞大，难以提高后期制作效率；
[0017] 2.单个相机连续拍摄时，不同空间位置的影像是在不同时间节点拍摄的，两次拍摄的影像之间存在时间间隔，根据场景的大小整个拍摄过程需要几十分钟至几个月不等，由于时空不一致，最后得到的是不同时间断面影像拼接的三维场景，很多动态事物不会被拍摄到或多次被拍摄到，从而得到与实际场景不符的三维虚拟场景。
发明内容
[0018] 本发明的目的就是为了克服上述
现有技术之中的不足之处，以及针对目前花卉直播的需求，提供一种动态花海场景系统及其工作方法，该发明基于GeoSOT地球剖分网格，实现花海场景的低空采集，实现时空一致的实时拍摄、实时制作，得到精确的动态花海三维虚拟场景。
[0019] 本发明的目的是通过如下技术措施来实现的。
[0020] 一种动态花海场景系统，包括虚拟复眼采集网格系统、计算机制作平台、网络展示平台；
[0021] 所述虚拟复眼采集网格系统包含多个复眼相机及其载体，其中，复眼相机用于采集特
定位置和特定角度的图片，复眼相机之间通过组网协同运行，接受统一调配，同时成像；载体用于携带复眼相机到达
指定的地表网格单元，完成拍摄；
[0022] 地表网格是采用GeoSOT网格剖分系统根据花海场景分层构建的；
[0023] 基于虚拟复眼采集网格系统，能够对花海场景进行全方位的场景采集；
[0024] 所述复眼相机包含红外感应模
块、GPS/北斗定位模块、无线模块、MCU和多个镜头，复眼相机中的一个单独的镜头称为子眼，每一个镜头都能够
辐射一定的角度进行成像，子眼接受MCU的统一调配；
[0025] 所述红外感应模块，用于复眼相机监控动物的行为，当有动物进入感应范围，该模块可以控制复眼相机启动，拍摄动物的行为；
[0026] 所述无线模块，用于将复眼相机的采集数据、相机参数、相机工作状况传输给上位机，并且上位机通过无线模块下达指令控制给复眼相机；
[0027] 所述GPS/北斗定位模块，用于确定复眼相机位于地表网格之中的位置，从而确定复眼相机是否到达指定位置，从而判断准备工作是否就绪、拍摄是否与预期一致；
[0028] 所述计算机制作平台，包括上位机，采用三维场景拼接算法实现对采集数据的自动拼接，实现场景的自动重构，同时对三维场景进行嵌套，既大场景嵌套小场景，场景与场景之间添加通过
鼠标或
键盘控制的切换方式；同时计算机制作平台开设添加背景声乐功能，用于添加背景音乐、解说、花海故事。
[0029] 所述网络展示平台用于对花海场景进行整体展示、局部区域展示、花卉特写展示等，并且通过鼠标或者键盘进行场景的变换，切换效果与现实进行花海场景的游览一致；网络展示平台基于目前的全景播放系统进行开发，其包含现有播放系统的所有
基础功能；还可以开设包租功能，即网上包租特定区域、特定位置、特定功能的复眼，或在特定位置、指定位置安置专属复眼，进行个性化观赏；开设打赏功能，对满意的场景、满意的复眼实施打赏；开设花卉网红投票和追捧功能，通过投票、追捧提高花卉场景及花卉的宣传度以及浏览的热度。
[0030] 在上述技术方案中，所述复眼相机采用防水技术封装，能够在雨中工作，复眼相机镜头系统采用星光级低照技术，与传统的红外补光技术不同，星光级低照技术不会使图像失去色彩，其能在低光（星光级）情况下完成场景的采集。
[0031] 本发明还提供了一种上述的动态花海场景系统的工作方法，包括以下步骤：
[0032] （1）
选定地理场景，采集面积可以由100m×100m到100km×100km，甚至区域更为广大，首先根据选定的地理场景的地理坐标，在GeoSOT(Geographical coordinate grid Subdivision by One dimension integer and Two to nth power，GeoSOT)网格剖分系统下构建地表网格，确定区域内网格对应的编码；然后将该地理场景按照花海的山形、地势、水系、建筑等特征分割成多个层次，每个层次预布置相应的复眼相机，
[0033] A高层，利用微型无人
飞艇携带单一复眼相机空中
悬停，实时
鸟瞰采集花海画面，使观众能够一览花海全景；
[0034] B次高层，利用多架微型无人飞艇携带多个复眼相机多点位空中悬停，按照花海的沿山坡、沿河流、沿水线等不同地势，从不同方位和高度，实时鸟瞰采集花海画面，使观众各个方位、角度、高度，按照天空(日月星辰)-地势(山川湖泊)-花海的结构，实现全天候不同时段的花海全景观赏；
[0035] C中层，在花海四周的景观建筑结构上悬挂复眼相机，实时采集花海不同区域内的全景场景，实现全天候不同时段的花区特色观赏；
[0036] D低层，利用内聚式复眼相机或单镜头相机对花株进行实时采集，实现全天候不同时段的花株近距离细节观赏；
[0037] E底层，在地面上散布复眼相机，当有小动物(小虫、小鸟、小蛇、小老鼠等)经过复眼相机附近时，红外感应模块控制复眼相机开启，观赏小动物的行为；
[0038] F特写，在选定的观赏对象旁架设复眼相机，观看花卉的长高、花瓣的开合、花蕊的绽放等等；
[0039] 上述GeoSOT网格以经纬度坐标体系为基础，采用2000国家大地
坐标系，为使网格大小保持整度、整分和整秒，将地球经纬度坐标空间做了3次扩展：将 360° × 180°空间扩展到512° × 512°，将每度的60'空间扩展到64'，将每分的60″空间扩展到64″，通过三次地球扩展，实现整度、整分的四叉树剖分，形成一个上至地球（0级）、下至厘米级面元(32级)的多尺度四叉树剖分网格；
[0040] （2）对目标区域进一步划分高频度数据更新区、中频度数据更新区和低频度数据更新区，高频度数据更新区对
分辨率要求高，场景刷新时间间隔短，适合重点监测区域；低频度数据更新区对分辨率要求低，场景刷新时间间隔长，适合一般地形
地貌场景；
[0041] （3）高频度数据更新区的单位网格选择级别较高的地理网格，中频度数据更新区的单位网格选择级别低一些的地理网格，低频度数据更新区的单位网格选择级别更低的地理网格，网格级别越低，网格越大，景物细节表现越不明显，分辨率越低，反之，网格级别越高，网格越小，景物细节表现显著，分辨率越高；
[0042] （4）一个复眼相机子眼对应一个网格，网格级别不同，则网格大小也不同，根据网格大小和复眼相机成像范围，反求出复眼相机的高程和位置信息；
[0043] （5）由上位机控制搭载复眼相机的载体至指定位置和高度，组成虚拟复眼采集网格系统，参与采集的复眼相机的所有子眼必须处于统一时钟、GPS/北斗定位、
数据库及通讯网络下，进行空间
位姿标定、地理位置标定、统一时钟标定；
[0044] （6）实施拍摄，各个复眼相机在统一时钟下的时序
节拍实施拍摄和数据存储，此时数据满足时空一致性，所有采集数据附有位置和姿态信息，并加打时间戳，通过网络实现数据高速回传，由上位机自动重构同一时刻下的三维数字场景，然后导入展示平台解析成可观看的格式进行直播；虚拟复眼按动态场景帧率要求每隔1/帧率秒拍摄，实现实时刷新的动态拍摄；
[0045] （7）实时监控打赏平台，根据打赏者需求，调整观测任务，调度复眼相机聚焦到目标网格实施直播。
[0046] 本发明提出一种动态花海场景直播系统及其工作方法，与现有技术相比具有以下优点：
[0047] 1.实现动态花海三维场景的场景与场景之间的自由切换；并且完成花海三维场景从上至下、从大到小的整体构建；
[0048] 2.所有的花海场景均是在同一系统时钟之下进行拍摄采集得到，其具备着现有技术所不具备的时空一致性，保证三维场景实时刷新；
[0049] 3.大大缩短了花海场景构建的周期，同时实现了在各种环境下完成花海采集构建，实现采集、构建、展示的流程化。
附图说明
[0050] 图1为本发明中复眼相机的组成示意图。
[0052] 图3为GeoSOT网格编码示意图。
具体实施方式
[0053] 下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0054] 本
实施例提供一种动态花海场景直播系统，包括虚拟复眼采集网格系统、计算机制作平台、网络展示平台；
[0055] 所述虚拟复眼采集网格系统包含多个复眼相机及其载体，其中，复眼相机用于采集特定位置和特定角度的图片，复眼相机之间通过组网协同运行，接受统一调配，同时成像；载体用于携带复眼相机到达指定的地表网格单元，完成拍摄；
[0056] 地表网格是采用GeoSOT网格剖分系统根据花海场景分层构建的；
[0057] 基于虚拟复眼采集网格系统，能够对花海场景进行全方位的场景采集；
[0058] 所述复眼相机，如图1所示，包含红外感应模块、GPS/北斗定位模块、无线模块、MCU和多个镜头，复眼相机中的一个单独的镜头称为子眼，每一个镜头都能够辐射一定的角度进行成像，子眼接受MCU的统一调配；
[0059] 所述红外感应模块，用于复眼相机监控动物的行为，当有动物进入感应范围，该模块可以控制复眼相机启动，拍摄动物的行为；
[0060] 所述无线模块，用于将复眼相机的采集数据、相机参数、相机工作状况传输给上位机，并且上位机通过无线模块下达指令控制给复眼相机；
[0061] 所述GPS/北斗定位模块，用于确定复眼相机位于地表网格之中的位置，从而确定复眼相机是否到达指定位置，从而判断准备工作是否就绪、拍摄是否与预期一致；
[0062] 所述复眼相机采用防水技术封装，能够在雨中工作，复眼相机镜头系统采用星光级低照技术，与传统的红外补光技术不同，星光级低照技术不会使图像失去色彩，其能在低光（星光级）情况下完成场景的采集。
[0063] 所述计算机制作平台，包括上位机。计算机制作平台采用三维场景拼接算法实现对采集数据的自动拼接，实现场景的自动重构，同时对三维场景进行嵌套，既大场景嵌套小场景，场景与场景之间添加通过鼠标或键盘控制的切换方式；同时计算机展示平台开设添加背景声乐功能，用于添加背景音乐、解说、花海故事。
[0064] 所述网络展示平台用于对花海场景进行整体展示、局部区域展示、花卉特写展示等，并且能够通过鼠标或者键盘进行场景的变换，切换效果与现实进行花海场景的游览一致；网络展示平台基于目前的全景播放系统进行开发，其包含现有播放系统的所有基础功能；还可以开设包租功能，即网上包租特定区域、特定位置、特定功能的复眼，或在特定位置、指定位置安置专属复眼，进行个性化观赏；开设打赏功能，对满意的场景、满意的复眼实施打赏；开设花卉网红投票和追捧功能，通过投票、追捧提高花卉场景及花卉的宣传度以及浏览的热度。
[0065] 在上述技术方案中，所述三维场景拼接算法包括以下步骤：
[0066] 1.定义映射模型，常用的包括：球面、柱面、平面，其中球面映射应用最为广泛；
[0067] 2.根据输入图像，提取特征点，对特征进行匹配，得到输入图像之间的映射关系T；
[0068] 3.根据映射关系T进行图像的Warp变换，对齐图像；
[0069] 4.利用颜
色调整来消除图像间的色差，和采用图像融合来消除拼缝。
[0070] 在上述技术方案中，三维场景进行嵌套主要是基于漫游系统进行嵌入，根据高层次构建的三维场景，将低层次的三维场景根据特征点的匹配进行嵌入，并且添加漫游系统，场景与场景之间添加通过鼠标或键盘控制的切换方式(如拉近放大切换、拉远缩小切换、缩小切换等)。
[0071] 本实施例还提供了一种上述的动态花海场景系统的工作方法，如图2所示，包括以下步骤：
[0072] （1）选定地理场景，采集面积可以由100m×100m到100km×100km，甚至区域更为广大，首先根据选定的地理场景的地理坐标，在GeoSOT网格剖分系统下构建地表网格，确定区域内网格对应的编码；然后将该地理场景按照花海的山形、地势、水系、建筑等特征分割成多个层次，每个层次预布置相应的复眼相机，
[0073] A高层，利用微型无人飞艇携带单一复眼相机空中悬停，实时鸟瞰采集花海画面，使观众能够一览花海全景；
[0074] B次高层，利用多架微型无人飞艇携带多个复眼相机多点位空中悬停，按照花海的沿山坡、沿河流、沿水线等不同地势，从不同方位和高度，实时鸟瞰采集花海画面，使观众各个方位、角度、高度，按照天空(日月星辰)-地势(山川湖泊)-花海的结构，实现全天候不同时段的花海全景观赏；
[0075] C中层，在花海四周的景观建筑结构上悬挂复眼相机，实时采集花海不同区域内的全景场景，实现全天候不同时段的花区特色观赏；
[0076] D低层，利用内聚式复眼相机或单镜头相机对花株进行实时采集，实现全天候不同时段的花株近距离细节观赏；
[0077] E底层，在地面上散布复眼相机，当有小动物(小虫、小鸟、小蛇、小老鼠等)经过复眼相机附近时，红外感应模块控制复眼相机开启，观赏小动物的行为；
[0078] F特写，在选定的观赏对象旁架设复眼相机，观看花卉的长高、花瓣的开合、花蕊的绽放等等；
[0079] 上述GeoSOT网格以经纬度坐标体系为基础，采用2000国家大地坐标系，为使网格大小保持整度、整分和整秒，将地球经纬度坐标空间做了3次扩展：将 360° × 180°空间扩展到512° × 512°，将每度的60'空间扩展到64'，将每分的60″空间扩展到64″，通过三次地球扩展，实现整度、整分的四叉树剖分，形成一个上至地球（0级）、下至厘米级面元(32级)的多尺度四叉树剖分网格；
[0080] （2）对目标区域进一步划分高频度数据更新区、中频度数据更新区和低频度数据更新区，高频度数据更新区对分辨率要求高，场景刷新时间间隔短，适合重点监测区域；低频度数据更新区对分辨率要求低，场景刷新时间间隔长，适合一般地形地貌场景；
[0081] （3）高频度数据更新区的单位网格选择级别较高的地理网格，中频度数据更新区的单位网格选择级别低一些的地理网格，低频度数据更新区的单位网格选择级别更低的地理网格，网格级别越低，网格越大，景物细节表现越不明显，分辨率越低，反之，网格级别越高，网格越小，景物细节表现显著，分辨率越高；
[0082] （4）一个复眼相机子眼对应一个网格，网格级别不同，则网格大小也不同，根据网格大小和复眼相机成像范围，反求出复眼相机的高程和位置信息；
[0083] （5）由上位机控制搭载复眼相机的载体至指定位置和高度，组成虚拟复眼采集网格系统，参与采集的复眼相机的所有子眼必须处于统一时钟、GPS/北斗定位、数据库及通讯网络下，进行空间位姿标定、地理位置标定、统一时钟标定；
[0084] （6）实施拍摄，各个复眼相机在统一时钟下的时序节拍实施拍摄和数据存储，此时数据满足时空一致性，所有采集数据附有位置和姿态信息，并加打时间戳，通过网络实现数据高速回传，由上位机自动重构同一时刻下的三维数字场景，然后导入展示平台解析成可观看的格式进行直播；虚拟复眼按动态场景帧率要求每隔1/帧率秒拍摄，实现实时刷新的动态拍摄；
[0085] （7）实时监控打赏平台，根据打赏者需求，调整观测任务，调度复眼相机聚焦到目标网格实施直播。
[0086] 本
说明书中未作详细描述的内容，属于本专业技术人员公知的现有技术。
[0087] 以上所述仅为本发明较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
