[發明專利]一種高維超定方程的單目瞭望塔監控視頻目標空間定位方法

在審

• 申請號: 202210711311.3
• 申請日: 2022-06-22
• 公開（公告）號: CN114898218A
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 尹爍;戚知晨;阮婧;殷海軍
• 申請（專利權）人: 南京國圖信息產業有限公司
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10;G06V20/40;G06V20/52;G06V10/24;G06V10/70;G06N20/20
• 代理公司: 深圳峰誠志合知識產權代理有限公司 44525
• 代理人: 杜翠鳴

1.一種基于高維超定方程的單目瞭望塔監控視頻目標空間定位方法，其特征在于：該方法基于高維超定方程，通過少量參考點標定，構建攝像機視地空間映射模型，實現野外大范圍的視頻畫面目標點位與地理空間坐標之間的高精度雙向定位。包括如下步驟：

步驟1、構建視地參考點：調節攝像機姿態，將攝像機畫面中心點對準邊界清晰的地物，同時在地圖上找到該地物，記錄此時的地物的地理空間坐標和攝像機旋轉角Pan、Tilt值，作為視地參考點，記為P(x,y,z,p,t)。

步驟2、構建單目相機視地空間雙向映射模型：單目相機視地空間雙向映射模型的實質是攝像機旋轉角(p,t)和地理空間坐標(x,y,z)之間對應的函數關系，可拆解為地理空間坐標到攝像機旋轉角的地視映射模型和攝像機旋轉角到地理空間坐標的視地映射模型，具體步驟如下：

步驟2.1、構建從(x,y,z)到(p,t)的坐標轉換關系，建立對應高維超定方程，代入視地參考點，求解高維超定方程未知數，得到地理空間坐標到攝像機旋轉角的地視映射模型。

步驟2.2、構建從(p,t)到(x,y,z)的坐標轉換關系，建立對應高維超定方程，代入視地參考點，求解高維超定方程未知數，得到攝像機旋轉角到地理空間坐標的視地映射模型。

步驟3、誤差評估與模型優化：將視地參考點的地理空間坐標帶入模型中求得對應旋轉角，計算地視轉換誤差，對誤差較大的點進行調整或刪除，直到均方根誤差滿足定位需求。將視地參考點的旋轉角代入模型中求得對應地理空間坐標，計算視地轉換誤差，對誤差較大的點進行調整或刪除，直到均方根誤差滿足定位需求。

步驟4、地視轉換：在地圖定位范圍內任意選定點P，獲取該點地理空間坐標(x,y,z)，將(x,y,z)代入選定的地視定位模型，解算出對應的攝像機旋轉角(p',t)，由于地視轉換模型存在一定的系統誤差，需采用一種幾何糾正方法優化，計算獲取更高精度的攝像機旋轉角(p,t)，然后通過網絡連接遠程控制攝像機姿態變換，使目標點位處于監控畫面中心，實現地視轉換。

步驟5、視地轉換：在攝像機監控畫面中任意選中目標點，通過透視投影模型，根據目標點像素坐標獲取當目標處于畫面中心時對應的攝像機旋轉角參數(p,t)，將(p,t)代入單目相機視地空間雙向映射模型，解得對應地理空間坐標(x,y,z)，并在地圖上標識，實現視地轉換。

2.根據權利要求1所述的基于高維超定方程的單目瞭望塔監控視頻目標空間定位方法，其特征在于：所述步驟1中，采集的視地參考點數量應不少于14組，以滿足高維超定方程中未知數的解算需求。視地參考點應盡量均勻分布于攝像機的各個方向，以平衡定位范圍內的定位精度。

3.根據權利要求1所述的基于高維超定方程的單目瞭望塔監控視頻目標空間定位方法，其特征在于：所述步驟2中，單目相機視地空間雙向映射模型的實質是攝像機旋轉角(p,t)和地理空間坐標(x,y,z)之間對應的函數關系，可拆解為地理空間坐標到攝像機旋轉角的地視映射模型和攝像機旋轉角到地理空間坐標的視地映射模型，具體步驟如下：

步驟3.1、地理空間坐標到攝像機旋轉角的地視映射模型，即構建從(x,y,z)到(p,t)的坐標轉換關系，建立對應高維超定方程，見式(1)，

將式(1)轉換為矩陣形式，見式(2)，

將步驟1中采集的任意13組地視參考點代入式(2)，采用最小二乘法求解矩陣，即可得到地理空間坐標到攝像機旋轉角的地視映射模型。

步驟3.2、攝像機旋轉角到地理空間坐標的視地映射模型，即構建從(p,t)到(x,y,z)的坐標轉換關系，建立對應高維超定方程，見式(3)，

將上式轉換為矩陣形式，見式(4)，

將步驟1中采集的任意14組地視參考點代入式(4)，采用最小二乘法求解矩陣，即可得到攝像機旋轉角到地理空間坐標的視地映射模型。

4.根據權利要求1所述的基于高維超定方程的單目瞭望塔監控視頻目標空間定位方法，其特征在于：所述步驟3中，視地轉換誤差以參考點地理空間坐標和預測坐標間距離度量。地視轉換誤差以參考點旋轉角和預測旋轉角偏差度量。