目标物三维定位方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种目标物三维定位方法与装置，该方法包括对建筑工地进行BIM建模以获得建筑工地BIM三维模型，在摄像机拍摄的图像或视频中进行目标物识别，获取目标物在图像或视频中的二维坐标以作为第一位置点；根据第一位置点映射计算得到目标物在相机坐标系中摄像机的近投影面投影的二维坐标以作为第二位置点；根据第二位置点计算得到在以摄像机为原点的相机坐标系中的三维坐标以作为第三位置点；将第三位置点与世界坐标矩阵作乘积变换处理得到目标物在BIM三维模型的三维世界坐标系中的位置点作为第四位置点，进而根据第四位置点在BIM三维模型中显示目标物的三维定位。本发明专利技术的定位效果不受目标物行为以及定位基站有无的影响，更加鲁棒可靠。

Three dimensional positioning method and device of target

【技术实现步骤摘要】
目标物三维定位方法与装置
本专利技术涉及建筑工程施工数字化管理
，特别涉及一种目标物三维定位方法与装置。
技术介绍
基于建筑信息化模型(BIM三维模型)实现目标物的三维可视化是当前施工现场管理中广泛采用的技术，通过GIS、北斗GNSS、蓝牙、wifi测距等定位技术，或者视频智能分析技术，获得目标物在BIM三维模型中的坐标信息，并进行三维可视化显示。现有的施工人员定位技术需由人身佩戴定位标签、电子标签、含定位芯片的定位装置、移动终端或其他小型电子定位设备，通过和定位基站的数据交换，实现人员位置的定位。现有技术中，无论是室外还是室内定位，均需为每个施工人员配备随身佩戴的电子标签或设备，且室内定位还需配备众多定位基站，这一方面增加了定位的成本，另一方面，定位基站部署需要较大的工作量，且对工地而言，需随着施工的推进不断进行新基站部署，实现复杂，存在实施难的问题。除此之外，定位有效的前提是施工人员必须随身佩戴定位标签或设备，若工人有意或无意不佩戴相关设备，定位将完全失效，故可靠性难以保障。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的施工人员定位成本高、实施难以及可靠性难以保障等技术问题，本专利技术提供一种目标物三维定位方法，该方法获得目标物在图像或视频中的二维位置信息，随后通过该监控视频对应摄像机在BIM三维模型中的位置和视角，将该目标物的二维位置信息转化为目标物在相机坐标系中的摄像机近投影面投影的位置点，并据此位置点结合目标物距离摄像机位置的距离得到目标物在相机坐标系中的位置，并结合该目标物在相机坐标系中的位置以及世界坐标矩阵得到目标物在三维世界坐标系中的位置，从而实现BIM三维模型中的目标物定位。本专利技术还提供一种目标物三维定位装置。本专利技术的技术方案如下：一种目标物三维定位方法，用于建筑工地的目标物定位，其特征在于，所述方法包括如下步骤：在建筑工地部署监控摄像机或利用建筑工地已有监控摄像机并对建筑工地进行BIM建模以获得建筑工地BIM三维模型，获取摄像机在BIM三维模型的三维世界坐标系中的位置信息和视角方向，根据所述位置信息和视角方向计算所述摄像机的世界坐标矩阵；在摄像机拍摄的图像或视频中进行目标物识别，获取目标物在所述图像或视频中的二维坐标以作为第一位置点；根据所述第一位置点映射计算得到所述目标物在相机坐标系中摄像机的近投影面投影的二维坐标以作为第二位置点；根据所述第二位置点计算得到在以摄像机为原点的相机坐标系中的三维坐标以作为第三位置点；将所述第三位置点与所述世界坐标矩阵作乘积变换处理得到所述目标物在所述BIM三维模型的三维世界坐标系中的位置点作为第四位置点，进而根据所述第四位置点在BIM三维模型中显示目标物的三维定位。进一步地，在摄像机拍摄的图像或视频中进行目标物识别，获取目标物头部中心点在所述图像或视频中的二维坐标以作为第一位置点；根据所述第一位置点并结合摄像机的横纵像素值进行映射计算得到所述目标物头部中心点在相机坐标系中摄像机的近投影面投影的二维坐标以作为第二位置点。进一步地，所述根据所述第二位置点计算得到在以摄像机为原点的相机坐标系中的三维坐标以作为第三位置点包括：以摄像机为原点从所述摄像机位置向所述第二位置点作一条直线并计算出所述直线方向，所述直线方向包括根据所述第二位置点和摄像机半视角的正切值计算的所述直线的X轴坐标、根据所述第二位置点和横纵像素值计算的所述直线的Y轴坐标以及在相机坐标系中摄像机默认看向Z轴负方向而定的Z轴坐标；再根据所述目标物头部区域在图像或视频图像中所占的宽高比例计算所述目标物头部与所述摄像机的距离；并按照摄像机成像近大远小原理根据计算获得的所述目标物头部与所述摄像机的距离将所述直线进行缩放确定所述第三位置点。进一步地，述根据所述位置信息和视角方向计算所述摄像机的世界坐标矩阵包括：根据所述摄像机在三维世界坐标系中的视角方向确定所述摄像机需要分别绕三个坐标轴旋转的欧拉角，并根据所述欧拉角计算得到所述摄像机的世界坐标矩阵的第一二三列；根据所述摄像机在三维世界坐标系的位置信息得到所述摄像机的世界坐标矩阵的第四列。一种目标物三维定位装置，用于建筑工地的目标物定位，其特征在于，包括：信息获取模块，用于获取在建筑工地部署的摄像机在对建筑工地进行BIM建模所获得的建筑工地BIM三维模型的三维世界坐标系中的位置信息和视角方向；并在摄像机拍摄的图像或视频中进行目标物识别，获取目标物在所述图像或视频中的二维坐标以作为第一位置点；计算模块，用于根据所述位置信息和视角方向计算所述摄像机的世界坐标矩阵；根据所述第一位置点映射计算得到所述目标物在相机坐标系中摄像机的近投影面投影的二维坐标以作为第二位置点；根据所述第二位置点计算得到在以摄像机为原点的相机坐标系中的三维坐标以作为第三位置点；将所述第三位置点与所述世界坐标矩阵作乘积变换处理得到所述目标物在所述BIM三维模型的三维世界坐标系中的位置点作为第四位置点；定位显示模块，用于根据所述第四位置点在BIM三维模型中显示目标物的三维定位。进一步地，所述信息获取模块利用图像或视频智能分析技术获取目标物在所述图像或视频中的二维坐标以作为第一位置点。进一步地，所述信息获取模块在摄像机拍摄的图像或视频中进行目标物识别，利用图像或视频智能分析技术，获取目标物头部中心点在所述图像或视频中的二维坐标以作为第一位置点。进一步地，所述计算模块根据所述第一位置点并结合摄像机的横纵像素值进行映射计算得到所述目标物头部中心点在相机坐标系中摄像机的近投影面投影的二维坐标以作为第二位置点。进一步地，所述计算模块根据所述第二位置点计算得到在以摄像机为原点的相机坐标系中的三维坐标以作为第三位置点具体为：以摄像机为原点从所述摄像机位置向所述第二位置点作一条直线并计算出所述直线方向，所述直线方向包括根据所述第二位置点和摄像机半视角的正切值计算的所述直线的X轴坐标、根据所述第二位置点和横纵像素比计算的所述直线的Y轴坐标以及在相机坐标系中摄像机默认看向Z轴负方向而定的Z轴坐标；再根据所述目标物头部区域在图像或视频图像中所占的宽高比例计算所述目标物头部与所述摄像机的距离；并按照摄像机成像近大远小原理根据计算获得的所述目标物头部与所述摄像机的距离将所述直线进行缩放确定所述第三位置点。进一步地，所述计算模块用于根据所述位置信息和视角方向计算所述摄像机的世界坐标矩阵包括：根据所述摄像机在三维世界坐标系中的视角方向确定所述摄像机需要分别绕三个坐标轴旋转的欧拉角，并根据所述欧拉角计算得到所述摄像机的世界坐标矩阵的第一二三列；根据所述摄像机在三维世界坐标系的位置信息得到所述摄像机的世界坐标矩阵的第四列。本专利技术的技术效果如下：本专利技术提供一种目标物三维定位方法，该方法基于对监控视频或图像的智能分析，获得目标物在图像或视频中的二维位置信息，随后通过该监控视频对应摄像机在BIM三维模型中的位置和视角，将该目标物的二维位置信息转化为目标物在相机坐标系本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种目标物三维定位方法，用于建筑工地的目标物定位，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n在建筑工地部署监控摄像机或利用建筑工地已有监控摄像机并对建筑工地进行BIM建模以获得建筑工地BIM三维模型，获取摄像机在BIM三维模型的三维世界坐标系中的位置信息和视角方向，根据所述位置信息和视角方向计算所述摄像机的世界坐标矩阵；/n在摄像机拍摄的图像或视频中进行目标物识别，获取目标物在所述图像或视频中的二维坐标以作为第一位置点；/n根据所述第一位置点映射计算得到所述目标物在相机坐标系中摄像机的近投影面投影的二维坐标以作为第二位置点；/n根据所述第二位置点计算得到在以摄像机为原点的相机坐标系中的三维坐标以作为第三位置点；/n将所述第三位置点与所述世界坐标矩阵作乘积变换处理得到所述目标物在所述BIM三维模型的三维世界坐标系中的位置点作为第四位置点，进而根据所述第四位置点在BIM三维模型中显示目标物的三维定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种目标物三维定位方法，用于建筑工地的目标物定位，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
在建筑工地部署监控摄像机或利用建筑工地已有监控摄像机并对建筑工地进行BIM建模以获得建筑工地BIM三维模型，获取摄像机在BIM三维模型的三维世界坐标系中的位置信息和视角方向，根据所述位置信息和视角方向计算所述摄像机的世界坐标矩阵；
在摄像机拍摄的图像或视频中进行目标物识别，获取目标物在所述图像或视频中的二维坐标以作为第一位置点；
根据所述第一位置点映射计算得到所述目标物在相机坐标系中摄像机的近投影面投影的二维坐标以作为第二位置点；
根据所述第二位置点计算得到在以摄像机为原点的相机坐标系中的三维坐标以作为第三位置点；
将所述第三位置点与所述世界坐标矩阵作乘积变换处理得到所述目标物在所述BIM三维模型的三维世界坐标系中的位置点作为第四位置点，进而根据所述第四位置点在BIM三维模型中显示目标物的三维定位。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在摄像机拍摄的图像或视频中进行目标物识别，获取目标物头部中心点在所述图像或视频中的二维坐标以作为第一位置点；根据所述第一位置点并结合摄像机的横纵像素值进行映射计算得到所述目标物头部中心点在相机坐标系中摄像机的近投影面投影的二维坐标以作为第二位置点。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第二位置点计算得到在以摄像机为原点的相机坐标系中的三维坐标以作为第三位置点包括：
以摄像机为原点从所述摄像机位置向所述第二位置点作一条直线并计算出所述直线方向，所述直线方向包括根据所述第二位置点和摄像机半视角的正切值计算的所述直线的X轴坐标、根据所述第二位置点和横纵像素值计算的所述直线的Y轴坐标以及在相机坐标系中摄像机默认看向Z轴负方向而定的Z轴坐标；再根据所述目标物头部区域在图像或视频图像中所占的宽高比例计算所述目标物头部与所述摄像机的距离；并按照摄像机成像近大远小原理根据计算获得的所述目标物头部与所述摄像机的距离将所述直线进行缩放确定所述第三位置点。


4.如权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，所述根据所述位置信息和视角方向计算所述摄像机的世界坐标矩阵包括：根据所述摄像机在三维世界坐标系中的视角方向确定所述摄像机需要分别绕三个坐标轴旋转的欧拉角，并根据所述欧拉角计算得到所述摄像机的世界坐标矩阵的第一二三列；根据所述摄像机在三维世界坐标系的位置信息得到所述摄像机的世界坐标矩阵的第四列。


5.一种目标物三维定位装置，用于建筑工地的目标物定位，其特征在于，包括：
信息获取模块，用于获取在建筑工地部署的摄像...

【专利技术属性】
技术研发人员：何勇，谢瑜，钟义明，姚继锋，
申请(专利权)人：武汉市城建工程有限公司，青岛工业软件研究所中国科学院软件研究所青岛分部，京云建筑科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42