[发明专利]经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及经纬度坐标与图像坐标对应点自动生成方法。

背景技术

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。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明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。

本发明的技术方案是：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。