街景地图都是怎么拍的?原来原理这么简单!

(文章来源《院士讲科学》,该书由《知识就是力量》杂志社总策划,科学普及出版社出版)

专家:刘先林,摄影测量与遥感专家,中国工程院院士,中国测绘科学研究院名誉院长。

你有没有很好奇,我们打开地图软件,用到的街景地图是怎么来的?

目前,一些提供电子地图服务的网站,比如百度和谷歌,都推出了各自的街景地图,而且很受网民们的喜爱。人们在电子地图上点击,安放一个“虚拟摄像头”,就可以看到某个区域的地物实景。这种街景地图,实际上是用特殊的“街景车”拍下电子图像,再通过特殊的算法拼接而成的。随着各个大城市的“成长”,制作街景地图的任务量也将会越来越繁重。

第一代街景地图VS第二代街景地图

目前投入使用的这些街景地图,我们称之为“第一代街景地图”。这是因为,它只是让用户在某一个位置“站定”,然后以平视360度观看街景。这样的系统有一种略微进步一些的变体,可以让用户通过计算机键盘操纵,在街景地图里走一小段距离,我们称之为“一代半街景地图”。不过,这并不是街景地图“进化”的终点。测绘领域期盼的新一代街景地图,将是一种本质上的革新,那就是以高精度的三维模型来取代二维的图像。


基于高精度三维模型的“第二代街景地图”,因为点云采集技术的进步而成为可能。所谓点云,就是巨量的点数据的集合。我们知道,当一束激光照射到物体表面时,反射回来的激光会携带方位、距离等信息。若将激光束按照某种特定的轨迹,对物体进行极为精细的扫描,并且在扫描同时记录反射的激光点的信息,那么被记录下来的激光点构成的点云,就勾勒出了物体的外观。

如果用三维激光扫描仪和照相式扫描仪相互配合,共同对某一个物体进行扫描,那么前者的数据会包括三维坐标和激光反射强度,后者则包括三维坐标和颜色信息。如果让这两种手段采集到的三维坐标信息相互印证,激光反射强度和颜色信息相互补完,就可以迅速建立起被扫描物体的三维模型,甚至为一栋巨大的建筑物建模也不在话下。建模所需的数据,配合来自GPS或者“北斗”导航系统的卫星定位数据,就成为城市街景地图的基础。

街景地图的发展与发达国家还有差距

想要让新一代的街景地图走向实用,对地物外观数据进行高成功率自动提取,是最为关键的一步。只有数据采集的准确率达到90%以上,才可以保证建模的精确。目前,中国已经为极少数街区制作了实验性的第二代街景地图,但与技术更先进的美国相比,中国在这个领域尚存差距。

原来街景地图的原理并不难,也是因为有了这些街景地图,我们有了更多的体验,比如不用出国,在家躺着就可以欣赏国外的风景。