[發明專利]基于SIFT匹配的圖像空間與地理場景自動映射方法

有效

• 申請號: 201611234924.3
• 申請日: 2016-12-28
• 公開（公告）號: CN106780312B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 林冰仙;石林;徐長祿;周良辰
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G06T3/00
• 分類號: G06T3/00;G06T7/33
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 唐紅

本發明公開一種基于SIFT匹配的圖像空間與地理場景自動映射方法，包括以下步驟：采集用于計算相機初始位圖像空間與地理場景單應矩陣的數據、計算相機初始位圖像空間與地理場景之間的單應矩陣H1、SIFT匹配、匹配點投影到地理場景和計算下一張圖像與地理場景之間的單應矩陣H2。本發明只需要在相機初始位置采集對應地理場景的控制點坐標，計算初始位的單應矩陣，簡單方便。

技術領域

本發明涉及視頻GIS、視頻監控和計算機圖形學等技術，具體涉及一種基于SIFI匹配的云臺監控相機旋轉過程中圖像空間與地理場景自動映射方法。

背景技術

隨著社會經濟和科學技術的發展，近年來，人們對安全技術防范的要求越來越高。上個世紀八十年代末至今，隨著各種新型安保觀念的引入，數字視頻監控系統在社會各行業、各部門的安全防范領域得到了廣泛應用，視頻監控技術在公共安全領域發揮了重要作用(范建福.視頻監控技術的現狀及發展[J].中國市場,2015,11:201-202.)。

目前的視頻監控系統中，由于各攝像機相互獨立、方位各異，單個攝像機的監控范圍小，再加上視頻監控系統中經常釆用的“井”字窗格視圖難以提供大范圍的視頻視圖，不能為用戶呈現統一的宏觀視野，增加了用戶對監控場景的理解難度，限制了監控視頻的分析應用。

視頻GIS將視頻監控數據與地理數據相結合，將視頻監控系統攝像機統一納入地圖中管理、展示，能夠為用戶提供統一宏觀視野，提高監控視頻的應用。視頻GIS首先要實現視頻圖像到地理場景之間的投影問題。

視頻圖像與地理場景之間的投影問題，可以通過攝像機標定，求解相機內外參數，從而解決。目前的攝像機標定技術，主要有傳統標定法方法和自標定方法(孟曉橋,胡占義.攝像機自標定方法的研究與進展[J].自動化學報,2003,01:110-124.)。傳統相機標定方法需要利用特定的標定塊，在實際使用過程中，常需要重復定標，既不經濟也費時。自標定方法不需要標定塊，僅需要不同視角下的一系列圖像，但是要求這一系列圖像中具有相同的特征點，并構建這些特征點在不同圖像中的對應關系，要求極高的圖像識別技術，實現困難。

單應矩陣可以表征兩個平面之間相互映射的關系(劉學軍,王美珍,甄艷,盧玥.單幅圖像幾何量測研究進展[J].武漢大學學報(信息科學版),2011,08:941-947.)，可以實現視頻圖像與地理平面場景之間的投影。視頻監控系統監測的區域一般是諸如機場、海關、廣場、火車站等公共活動場所，這些地方可以滿足地理平面場景的要求，所以可以利用單應矩陣來實現視頻圖像與地理平面場景之間的投影。

總之，隨著視頻監控系統在社會公共安全領域中發揮越來越重要的作用，目前的視頻監控系統不能為用戶提供統一的宏觀視野，難以實現大范圍的監控攝像頭關聯使用、統一調度，限制了監控視頻的應用。而視頻GIS突破了目前單純的視頻監控系統的限制，把監控視頻納入了大范圍的地理場景，可以實現關聯使用、統一調度。在視頻GIS系統中如何高效地實現視頻圖像與地理場景的高效投影，是任何一個視頻GIS系統首先要解決的問題。

發明內容

發明目的：本發明的目的在于解決現有技術中存在的不足，提供一種基于SIFI匹配的圖像空間與地理場景自動映射方法，本發明只利用云臺相機在初始位對應的地理場景中控制點坐標，和計算機圖像學中SIFT匹配算法，實現視頻GIS和視頻監控領域中，云臺相機旋轉過程中視頻圖像與地理場景的自動投影。具體涉及到SIFT匹配、透視幾何和視頻GIS等內容。

技術方案：本發明一種基于SIFT匹配的圖像空間與地理場景自動映射方法，具體包括以下步驟：

(1)采集用于計算相機初始位單應矩陣的數據：

采集相機初始位對應的地理場景中的控制點坐標(X，Y)，至少采集4個點；測量相機初始位圖像上每一個控制點對應的圖像坐標(r，c)，其中，r為像點的行號，c為像點的列號；