[發明專利]經緯度坐標與圖像坐標對應點自動生成方法

在審

• 申請號: 202010745134.1
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111914048A
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 李申達;林姝含;鄭文濤
• 申請（專利權）人: 北京天睿空間科技股份有限公司
• 主分類號: G06F16/29
• 分類號: G06F16/29;G06T7/70;H04N7/18
• 代理公司: 北京市卓華知識產權代理有限公司 11299
• 代理人: 陳子英

本發明涉及經緯度坐標與圖像坐標對應點自動生成方法，在場景和圖像中人工選定若干相對對應的點作為初始的標定點，建立初始的標定點的經緯度坐標和圖像坐標之間的對應關系；在場景中的前代的標定點對的連續上插入若干點作為本代的標定點，計算獲得場景中本代的標定點的經緯度坐標，計算獲得圖像中與場景中本代的標定點對應的本代的標定點的圖像坐標，建立起本代標定點的經緯度坐標和圖像坐標之間的對應關系，累積各代的標定點，直至標定點滿足要求。本方法能夠大幅降低人工標定的工作量和成本，顯著提高坐標映射的準確性。

技術領域

本發明涉及經緯度坐標與圖像坐標對應點自動生成方法。

背景技術

在增強顯示系統中，需要將場景中的對象的相關信息增強顯示在圖像上的對應位置；如果關注的對象是運動的，則需要實時獲取對象的空間位置(如來自GPS等的經緯度坐標值)并且將計算其對應的圖像坐標。如，在機場場面監視中，為了讓指揮人員知道視頻畫面上運動中的飛機的航班等相關信息，就需要實時接收飛機發出的自身位置信息以及身份等信息，根據位置信息計算出飛機在畫面的位置，把身份等信息疊加顯示出來。

對于場景限定為在地面上的運動目標，并且相機保持靜止不動，在這種條件下，運動目標的經緯度和圖像上像素坐標之間存在一一對應關系。解決坐標映射問題的常用方法是求單應矩陣^[1]，通過單應矩陣把一個投影平面上的點映射到另一個投影平面上，并且把直線映射為直線，具有保線性質。基于這個性質，只需要四個點就可以求解物理世界坐標與圖像坐標的對應關系。

對于由單鏡頭相機獲取的圖像，單應矩陣嚴格定義了空間經緯度坐標和圖像像素坐標之間的映射關系，但對于由多個鏡頭拼接而成的全景圖像等大視場角圖像，由于圖像拼接過程中圖像經過了剪裁、旋轉、切變等復雜的變化，無法用單個解析式的形式來表達，單應矩陣失效。這種情況下，可以采用局部變換的方法^[2]，事先選取場景中的若干特征點，這些特征點把整個場景分成多個小的局部區域，通過人工標定其對應的圖像像素坐標后，就可以針對每個局部區域，建立空間經緯度坐標與圖像像素坐標的映射關系。這種方法需要事先人工進行特征點的標定，標定點數量太少會有較大的映射誤差；標定點數量要求太多，又會大大增加標定工作量。而且，有些場景本身特征點少，無法選取稠密的特征點進行標定。

現有技術在計算單個鏡頭獲取的圖像畫面的圖像坐標和物理坐標之間的映射關系時性能良好，但應用在對多個鏡頭獲取的全景圖像中會產生較大的誤差。在全景圖像中，其畫面來源于多個相機的融合，物理空間坐標與圖像坐標的映射關系不再滿足統一的映射公式，只能通過增加人工標定點建立局部變換關系的方法。但人工標定的工作量大，而且如果相機位置、姿態、焦距有調整，需要重新標定。因此在實際應用中，出于成本或場景特殊性的原因，往往只能建立較少的標定點。而這些點不足以描述全景圖像和物理世界的映射關系，誤差較大，難以達到實用效果。

發明內容

為克服現有技術的上述缺陷，本發明提供了經緯度坐標與圖像坐標對應點自動生成方法，以減少對人工標定的依賴，提高映射的準確性。

本發明的技術方案是：緯度坐標與圖像坐標對應點自動生成方法，包括下列步驟：

1)從圖像中人工選定若干點作為初始的標定點(第0代標定點)，從圖像中獲取這些點的圖像坐標，從外部獲取這些點在物理空間(真實場景)中的經緯度坐標，建立初始的標定點的經緯度坐標和圖像坐標之間的對應關系；

2)計算生成新一代標定點：在經緯度坐標系下，在場景中的若干前代的標定點對的連線上插入一個或多個新的點作為本代的標定點，計算獲得這些點(所述本代的標定點)在物理空間中的經緯度坐標，依據經緯度坐標與圖像坐標的函數關系(關聯性的任意定量描述或計算公式，或稱映射關系)計算獲得這些點在圖像中的圖形坐標，建立本代的標定點的經緯度坐標和圖像坐標之間的對應關系；

3)判斷已有(已有各代)標定點是否滿足要求，如不滿足要求，返回步驟2)繼續生成新一代標定點，直至獲得滿足要求的標定點集。