苗維超 張寶富

摘 要：上海軌道交通自1990年初建成后，日益快速發(fā)展，其規(guī)模線路已發(fā)展為全國之首；近年外來務工人員的涌入都標志著軌道交通需承載更重更大的責任。面對錯綜復雜的地鐵站內環(huán)境，傳統(tǒng)的GPS地圖無法滿足在站內的方向引導，本文針對這個現(xiàn)象通過研究全景地圖技術、相機標定技術、OpenGLES庫尋求實現(xiàn)一款軌道交通導航APP的可能性。

關鍵詞：全景地圖；OpenGLES；相機標定

時代的進步，對于效率有更高的追求，像地鐵站點這樣的小區(qū)域范圍的導航地圖，市面上還沒有比較成熟的產品，范圍小就意味著需要更具體，更精細化，盡管現(xiàn)在上海地鐵標志已經比較系統(tǒng)、全面，但是有一些復雜換乘的地鐵站點，如徐家匯站，有1號線、9號線、11號線三條線路，換乘相隔距離都較遠，一旦走錯，就會耽誤很多來回的時間。本文嘗試把全景地圖技術引入地鐵導航中，探究解決問題的可能性。

一、 全景地圖技術

要運用全景地圖技術，需要考慮到三方面的問題：前期圖像采集、圖像拼接、數(shù)據(jù)處理。前期的圖像采集的本質就是用360°真實照片來達到三維立體的感覺，這就需要車載全景采集器的方式進行，主要由數(shù)碼相機、GPS接收機、時間同步器以及護罩四部分組成，前期采集工作需要滿足這些要求：（1）拍攝過程中要注意避免相機周圍有物體遮擋，把相機置于拍攝場景的中心位置；（2）為了讓相機能在水平方向自由旋轉，要讓相機的固定平臺支架盡可能的穩(wěn)固；（3）要防止拍攝過程中有動態(tài)物體出現(xiàn)；（4）每張相鄰場景的照片為使拼接工作順利進行，要保證至少30%的重疊部分；（5）拍攝的相機焦距避免使用短焦，中焦或長焦都是比較合適的焦距選擇，并且全程就固定使用一種焦距。

全景圖像拼接的過程主要包括圖像序列獲取、選取投影模型、圖像配準、圖像融合四個過程。在拼接工作進行之前，先要選取合適的特征點，Harris、KLT、SIFT等都是目前常用的特征點，接著匹配相鄰的兩幅照片中的特征點，從而計算出圖像轉換的參數(shù)值，按照計算出的轉換規(guī)律來對整個全景圖像進行排序。需要注意的是相鄰的兩幅圖像要有大于30%的視覺重疊部分，才能拼接在一起，具體的方法可采用模式識別法。

進行數(shù)據(jù)處理工作主要有：（1）需要制定全景圖像、空間定位數(shù)據(jù)與電子地圖的接口規(guī)范，全景圖像拼接采用基于區(qū)域的配準和特征點匹配技術。（2）視角計算工作是保證用戶移動視點中心線與過道方向一致，主要采用計算相鄰兩點之間的正切值得出每個視點的視角。（3）圖像鏡像變換的目的是為了使對應的多面體內部被拼接完成的全景圖像所投影，接著利用紋理映射的方式將全景圖像投射到多面體上。

二、 相機標定技術

相機的標定工作目的是為了避免完成的全景圖像出現(xiàn)扭曲、錯位的情況。目前常用的拼接技術主要有：傳統(tǒng)相機標定法、相機自標定法以及主動視覺相機標定方法。使用傳統(tǒng)相機標定法需要精確的標定物，根據(jù)二維或三維的標定物，標定結果精度易保證，但標定物尤其是三維的標定物制作精度要求很高；相機自標定法不需要標定物，主要依靠多幅圖像間所對應的關系來求解攝像機內的參數(shù)，主要依靠的方式就是優(yōu)化算法，但是得到的標定結果不一定能獲得最優(yōu)解，方法雖靈活性較強，相機可實現(xiàn)在線定標，但是其算法魯棒性差，運動約束性強，不實用；基于主動視覺的相機標定法需要相機來做特殊的運動，從而計算出相機內部的參數(shù)，雖然算法簡單，但是試驗成本很高，其約束力強，實際應用中較困難。

三、 OpenGLES庫

為了迎合全景地圖能使用智能手機進行瀏覽，可以利用Android中自帶的OpenGLES庫來實現(xiàn)360度全景觀賞功能，OpenGLES 是（OpenGL for Embedded Systems）三維圖形的子集，其計算基于三角形，我們可以利用三角形組成多邊形。為了實現(xiàn)地鐵場景360 度展示效果，技術原理就是將曲面拆分為三角形，這樣做的原因是根據(jù)OpenGLES紋理規(guī)律，三點坐標是最容易對齊所貼材質的形狀和位置的。將事先拍攝好的紋理圖片按照這個規(guī)律按次序貼到球形的內部，完成所攝場景的全景圖像拼接工作。

四、目前已完成工作及展望

全景地圖技術的應用是今后地理與場景展示的熱點方向，包括了Graphic處理技術、通訊技術、空間信息技術、軟件開發(fā)技術等。全景地圖的實現(xiàn)從一定意義上不僅能為公眾的出行提供了便利，而且地鐵實景數(shù)據(jù)模型可以對地鐵發(fā)展有完備的記錄，有利于用來分析地鐵變化、標識建設，而未來能實現(xiàn)全景視頻技術，將帶給用戶更流暢的視覺感受。

現(xiàn)已構想界面如圖4.1：

圖4.1 界面效果圖

參考文獻：

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[2]李艷麗全景地圖生成技術研究[D].2007 11-30

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[4] 王溢達楊昱昺. 智能手機利用OpenGLES 實現(xiàn)室內3D全景瀏覽的研究和實現(xiàn).《科技創(chuàng)新》.2014第17期

作者簡介：苗維超，女，1991.3，漢族，浙江紹興，本科，上海市公安部第三研究所，軟件工程師，界面設計與安防技術領域