[发明专利]地理场景中移动监控目标的实时空间定位方法

权利要求书

1.一种地理场景中监控目标的实时空间定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

建立监控地理区域的三维虚拟场景；

在所述三维虚拟场景中建立虚拟相机，使其空间位置和姿态与拍摄监控目标视频图像的摄像机空间位置和姿态一致；

所述虚拟相机通过模拟所述摄像机成像过程，得到仿真图像；

获取仿真图像中所对应的监控目标在每帧视频图像中的像素坐标；

根据监控目标在每帧视频图像中像素坐标和OpenGL透视投影虚拟成像的逆过程，推算出单帧视频图像中移动监控目标的坐标；

其中，所述OpenGL是计算机图形学图形标准库。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立监控地理区域的三维虚拟场景的步骤包括：

收集或测量监控地理区域的高精度数字高程模型和高分辨率遥感影像数据；

利用所述高精度数字高程模型和高分辨率遥感影像数据建立监控地理区域的三维虚拟场景。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述三维虚拟场景中建立虚拟相机的步骤包括：

获取每帧视频图像拍摄时摄像机的外方位元素、内方位元素及固有参数；

利用所述的摄像机的外方位元素、内方位元素及固有参数，设置虚拟相机成像参数；

其中，所述的外方位元素包括摄像机的位置和姿态，所述的内方位元素包括摄像机的焦距和像主点坐标，所述的固有参数包括单位像素在底片上的长宽和摄影底片长宽。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的利用高精度数字高程模型和高分辨率遥感影像数据建立监控地理区域的三维虚拟场景的步骤包括：

采用开源三维场景绘制引擎的地形生成模块开发形成三维场景虚拟成像和视频图像目标定位系统；

所述三维场景虚拟成像和视频图像目标定位系统根据监控区域高精度数字高程模型或三维场景模型，以高分辨率遥感影像数据作为地面纹理，生成三维虚拟场景。

5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述的获取相机的内外方位元素的步骤包括：

监控区域每帧视频图像拍摄时相机的内外方位元素通过视频监控硬件系统中的数字云台传回焦距、摄影底片的长宽、位置和姿态等参数直接或计算得到，其中姿态包括摄像头的水平方位角、垂直俯仰角；

根据摄像机固有的焦距范围和CCD上单位像素在X、Y方向上的距离，进行摄像机标定，计算不同焦距情况下像主点的坐标值，从而建立不同焦距下像主点的坐标索引表。

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的虚拟相机通过模拟所述摄像机成像过程得到仿真图像的步骤包括：

根据要处理视频图像在拍摄时的内外方位元素，从所建立的像主点坐标索引表，检索出这帧视频图像的像主点坐标，然后利用OpenGL的成像函数各参数与相机的内方位元素存在明确的对应关系，计算出投影矩阵；

根据CCD摄影底片的长宽，计算模型的视口矩阵；

根据外方位元素的相机位置和姿态参数，计算外参数矩阵M，然后将外参数矩阵M安置到OpenGL模型视图矩阵V；

先指定模型视图矩阵为当前操作矩阵，将模型视图矩阵设置为单位矩阵，最后右乘以矩阵M，将外方位元素设置到虚拟相机中；

根据所述投影矩阵P、模型视口矩阵和虚拟相机，利用OpenGL透视投影成像过程，模拟实际摄像机成像过程而得到监控区域的仿真图像。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的根据监控目标在每帧视频图像中像素坐标和OpenGL透视投影虚拟成像的逆过程，推算出单帧视频图像中移动监控目标的坐标的步骤包括：

将单帧视频图像中移动监控目标的像素坐标传入仿真图像，计算监控目标在仿真图像上的像素坐标，然后根据OpenGL虚拟成像的逆过程，计算目标在三维地理空间中的成像投影射线，并将射线与三维场景求交，得到的交点即是目标的现实三维地理坐标。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：OpenGL虚拟成像的逆过程表示为0X Y Z 1]^T＝M^-1·P^-1·V^-1[winX winY winZ]^T；

其中[X Y Z 1]^T代表监控目标齐次坐标，[winX winy winZ]^T代表屏幕坐标，X，Y，Z为目标的三维地理坐标，M为模型视图矩阵，对应真实相机的外参数矩阵，P为投影矩阵，对应真实相机的内参数矩阵，V为视口矩阵，而M¹、P^-1、V¹分别为其对应的逆矩阵，winX和winY为屏幕坐标，winZ为屏幕坐标对应的深度值。