经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法技术

本发明专利技术涉及经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法，在场景和图像中人工选定若干相对对应的点作为初始的标定点，建立初始的标定点的经纬度坐标和图像坐标之间的对应关系；在场景中的前代的标定点对的连续上插入若干点作为本代的标定点，计算获得场景中本代的标定点的经纬度坐标，计算获得图像中与场景中本代的标定点对应的本代的标定点的图像坐标，建立起本代标定点的经纬度坐标和图像坐标之间的对应关系，累积各代的标定点，直至标定点满足要求。本方法能够大幅降低人工标定的工作量和成本，显著提高坐标映射的准确性。

【技术实现步骤摘要】
经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法
本专利技术涉及经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法。
技术介绍
在增强显示系统中，需要将场景中的对象的相关信息增强显示在图像上的对应位置；如果关注的对象是运动的，则需要实时获取对象的空间位置(如来自GPS等的经纬度坐标值)并且将计算其对应的图像坐标。如，在机场场面监视中，为了让指挥人员知道视频画面上运动中的飞机的航班等相关信息，就需要实时接收飞机发出的自身位置信息以及身份等信息，根据位置信息计算出飞机在画面的位置，把身份等信息叠加显示出来。对于场景限定为在地面上的运动目标，并且相机保持静止不动，在这种条件下，运动目标的经纬度和图像上像素坐标之间存在一一对应关系。解决坐标映射问题的常用方法是求单应矩阵[1]，通过单应矩阵把一个投影平面上的点映射到另一个投影平面上，并且把直线映射为直线，具有保线性质。基于这个性质，只需要四个点就可以求解物理世界坐标与图像坐标的对应关系。对于由单镜头相机获取的图像，单应矩阵严格定义了空间经纬度坐标和图像像素坐标之间的映射关系，但对于由多个镜头拼接而成的全景图像等大视场角图像，由于图像拼接过程中图像经过了剪裁、旋转、切变等复杂的变化，无法用单个解析式的形式来表达，单应矩阵失效。这种情况下，可以采用局部变换的方法[2]，事先选取场景中的若干特征点，这些特征点把整个场景分成多个小的局部区域，通过人工标定其对应的图像像素坐标后，就可以针对每个局部区域，建立空间经纬度坐标与图像像素坐标的映射关系。这种方法需要事先人工进行特征点的标定，标定点数量太少会有较大的映射误差；标定点数量要求太多，又会大大增加标定工作量。而且，有些场景本身特征点少，无法选取稠密的特征点进行标定。现有技术在计算单个镜头获取的图像画面的图像坐标和物理坐标之间的映射关系时性能良好，但应用在对多个镜头获取的全景图像中会产生较大的误差。在全景图像中，其画面来源于多个相机的融合，物理空间坐标与图像坐标的映射关系不再满足统一的映射公式，只能通过增加人工标定点建立局部变换关系的方法。但人工标定的工作量大，而且如果相机位置、姿态、焦距有调整，需要重新标定。因此在实际应用中，出于成本或场景特殊性的原因，往往只能建立较少的标定点。而这些点不足以描述全景图像和物理世界的映射关系，误差较大，难以达到实用效果。
技术实现思路
为克服现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法，以减少对人工标定的依赖，提高映射的准确性。本专利技术的技术方案是：纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法，包括下列步骤：1)从图像中人工选定若干点作为初始的标定点(第0代标定点)，从图像中获取这些点的图像坐标，从外部获取这些点在物理空间(真实场景)中的经纬度坐标，建立初始的标定点的经纬度坐标和图像坐标之间的对应关系；2)计算生成新一代标定点：在经纬度坐标系下，在场景中的若干前代的标定点对的连线上插入一个或多个新的点作为本代的标定点，计算获得这些点(所述本代的标定点)在物理空间中的经纬度坐标，依据经纬度坐标与图像坐标的函数关系(关联性的任意定量描述或计算公式，或称映射关系)计算获得这些点在图像中的图形坐标，建立本代的标定点的经纬度坐标和图像坐标之间的对应关系；3)判断已有(已有各代)标定点是否满足要求，如不满足要求，返回步骤2)继续生成新一代标定点，直至获得满足要求的标定点集。所述场景可以为平面场景，所述平面场景为其任意位置能够用经纬度坐标标识且允许忽略高度的场景。所述图像可以为由多幅局部图像(例如多镜头拍摄)拼接成的全景图像。优选地，在步骤2)中，遍历场景中所有前代的标定点，判断其与前代的其他各标定点组成的标定点对是否满足在其连线上插入本代的标定点的条件。在场景中任意两前代的标定点P1(l1，t1)和P2(l2，t2)(经纬度坐标系下)的连线上插入本代的标定点的条件可以为：dist(x1，y1，x2，y2)×dist(l1，t1，l2，t2)≤thresh其中，dist(x1，y1，x2，y2)为场景中的标定点P1(l1，t1)和P2(l2，t2)所对应的图像中的标定点p1(x1，y1)、p2(x2，y2)(图像坐标系下)间的欧式距离，dist(l1，t1，l2，t2)为场景中的标定点P1(l1，t1)和P2(l2，t2)间的欧式距离，(x1，y1)和(x2，y2)为标定点p1(x1，y1)、p2(x2，y2)的图像坐标，(l1，t1)和(l2，t2)为标定点P1(l1，t1)和P2(l2，t2)的经纬度坐标，thresh为设定的阈值。在步骤2)中，可以依据下列方式确定本代的标定点的经纬度坐标和图像坐标之间的函数关系：q＝rα其中，r为在经纬度坐标系下，在P1(l1，t1)和P2(l2，t2)的连线上插入的本代的标定点P(l，t)至P2(l2，t2)的距离与P1(l1，t1)至P2(l2，t2)的距离之比，q为图像坐标系下，图像中与P(l，t)对应的本代的标定点p(x，y)至p2(x2，y2)的距离与p1(x1，y1)至p2(x2，y2)的距离之比，α表示设定的缩放因子，假设场景中P2(l2，t2)至相机(图像的视口相机)位置的距离不小于P1(l1，t1)至相机(图像的视口相机)位置的距离，(l，t)是标定点P(l，t)的经纬度坐标，(x，y)是标定点p(x，y)的图像坐标。可以在任何两前代的标定点P1(l1，t1)、P2(l2，t2)之间插入本代的标定点P(l，t)的方式为在P1(l1，t1)和P2(l2，t2)的连线上均匀插入n个本代的标定点，任一本代的标定点Pk(lk，tk)的经纬度坐标为：图像中与Pk(lk，tk)对应的本代的标定点pk(xk，yk)的图像坐标为：其中，k＝1，2......n。优选地，对插入的标定点(场景中插入的本代的标定点和图像中与场景中插入的本代的标定点对应的本代的标定点)进行整合，以整合后的标定点作为本代的标定点。所述整合可以包括下列任意一种、多种或全部：1)删除位于前代的标定点附近的标定点。2)删除可信度低的标定点。3)合并邻近的标定点。本专利技术的有益效果是：本专利技术能够基于一定数目的人工标定点生成新的对应点，增加标定点的数量直至达到要求，在标定点数量不能达到要求或标定的成本极高时，本方法可以大幅降低人工标定的工作量和成本，在对应点达到一定数目后，就能够依据现有技术，通过单应矩阵法或其他内插方法求解空间中任意点对应的图像坐标点。对于全景图像，本专利技术的方法能够显著提高坐标映射的准确性。附图说明图1是本专利技术的流程示意图。具体实施方式下面，结合附图对本专利技术做进一步的说明。1、整体流程本专利技术的整体流程如图1所示。首先，选取场景中若干点作为起始的标定点进行标定，标点定的选择应考虑这些点的显著性或者在物理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法，包括下列步骤：/n1)从图像中人工选定若干点作为初始的标定点，从图像中获取这些点的图像坐标，从外部获取这些点在物理空间(真实场景)中的经纬度坐标，建立初始的标定点的经纬度坐标和图像坐标之间的对应关系；/n2)计算生成新一代标定点：在经纬度坐标系下，在场景中的若干前代的标定点对的连线上插入一个或多个新的点作为本代的标定点，计算获得这些点在物理空间中的经纬度坐标，依据经纬度坐标与图像坐标的函数关系计算获得这些点在图像中的图形坐标，建立本代的标定点的经纬度坐标和图像坐标之间的对应关系；/n3)判断已有标定点是否满足要求，如不满足要求，返回步骤2)继续生成新一代标定点，直至获得满足要求的标定点集。/n

【技术特征摘要】
1.经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法，包括下列步骤：
1)从图像中人工选定若干点作为初始的标定点，从图像中获取这些点的图像坐标，从外部获取这些点在物理空间(真实场景)中的经纬度坐标，建立初始的标定点的经纬度坐标和图像坐标之间的对应关系；
2)计算生成新一代标定点：在经纬度坐标系下，在场景中的若干前代的标定点对的连线上插入一个或多个新的点作为本代的标定点，计算获得这些点在物理空间中的经纬度坐标，依据经纬度坐标与图像坐标的函数关系计算获得这些点在图像中的图形坐标，建立本代的标定点的经纬度坐标和图像坐标之间的对应关系；
3)判断已有标定点是否满足要求，如不满足要求，返回步骤2)继续生成新一代标定点，直至获得满足要求的标定点集。


2.如权利要求1所述的经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法，其特征在于所述场景为平面场景，所述平面场景为其任意位置能够用经纬度坐标标识且允许忽略高度的场景。


3.如权利要求1所述的经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法，其特征在于所述图像为由多幅局部图像拼接成的全景图像。


4.如权利要求1所述的经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法，其特征在于在步骤2)中，遍历场景中所有前代的标定点，判断其与前代的其他各标定点组成的标定点对是否满足在其连线上插入本代的标定点的条件。


5.如权利要求4所述的经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法，其特征在于在场景中任意两前代的标定点P1(l1，t1)和P2(l2，t2)的连线上插入本代的标定点的条件为：
dist(x1，y1，x2，y2)×dist(l1，t1，l2，t2)≤thresh
其中，dist(x1，y1，x2，y2)为场景中的标定点P1(l1，t1)和P2(l2，t2)所对应的图像中的标定点p1(x1，y1)、p2(x2，y2)间的欧式距离，dist(l1，t1，l2，t2)为场景中的标定点P1(l1，t1)和P2(l2，t2)间的欧式距离，(x1，y1)和(x2，y2)为标定点p1(x1，y1)、p2(x2，y2)的图像坐标，(l1，t1)和(l2，t2)为标定点P1(l1，t1)和P2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李申达，林姝含，郑文涛，
申请(专利权)人：北京天睿空间科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11