[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

本發明公開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，具體步驟包括構建視地參考點、構建單目相機視地空間雙向映射模型、誤差評估與模型優化、地視轉換、視地轉換五個步驟。本發明基于單目瞭望塔攝像機云臺實時回傳角度數據和視頻畫面地物的地理空間坐標，構建超定方程組，實現視地空間雙向映射，滿足定位精度需求，解決單目瞭望塔攝像機監控視頻目標與地理空間實時雙向定位問題，具有適用性強、定位范圍廣、定位精度高、數據實時回傳等優點，在城市安防、森林防火等場景中具有較高的應用價值。

技術領域

本發明屬于監控視頻目標空間定位技術領域，具體涉及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。

背景技術

監控視頻包含豐富的視覺信息，但不具備地理空間屬性。因此，監控視頻目標空間化表達一直是監控視頻與地理信息融合方向的重點和難點。

單目PTZ相機監控視頻是目前視頻監控領域中應該最為廣泛的一種。傳統單目PTZ相機監控視頻與地理場景的融合多采用視覺透視變換、像素特征匹配兩種方式。其中，視覺透視變換具體包括透視變化矩陣和逆透視變換矩陣，以實現視頻向地理空間中的投影和逆投影，該方式對相機在物理世界中的位置坐標、實際姿態參數的精度要求高。目前，大量單目瞭望塔監控設施存在地理空間坐標缺失、姿態參數為相對參數等問題，不僅難以適應實際工程生產工作，而且實用推廣性有限。像素特征匹配則是采用視頻與地理場景畫面像素特征匹配途徑，如 SIFT+RANSAC方法，需在計算機上實時渲染出三維地理場景，通過場景模擬相機取景，與實際采集視頻數據之間做特征匹配求解，但是當開啟多個三維地理場景時，計算性能將驟然下降，難以在實際工程中應用。因此，發明一種適用于野外遠距離的高精度定位方法對工程應用的推廣具有重要意義。

發明內容

發明目的：本發明旨在基于單目瞭望塔攝像機云臺實時回傳角度數據和視頻畫面地物的地理空間坐標，構建高維超定方程組，實現視地空間雙向映射，從而解決單目瞭望塔攝像機監控視頻目標與地理空間實時雙向定位問題，擴大定位范圍、提高定位精度。

技術方案：本發明的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，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，記錄此時的攝像機姿態和地物的地理空間坐標，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)一一對應的函數關系，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。