[发明专利]一种基于街景地图的互联网照片地理空间定位方法

说明书

本发明涉及基于街景地图的互联网照片地理空间定位方法,步骤如下：预处理街景照片库，提取和描述特征，建立特征索引；根据索引，查询待查询照片每个特征的最近邻特征，并进行投票，修剪和平滑处理投票结果，得到最相似照片；根据已知的两两街景点之间距离，以最相似照片为圆心，划定缓冲区；对缓冲区内街景照片与待查询照片计算相似度，筛选出高相似度的照片作为相似照片集；将相似照片集和待查询照片一起进行特征提取、匹配，利用SfM算法配准照片，生成稀疏点云及相机的相对位置关系；根据已知的街景点坐标，推算未知的待查询照片外方位元素，实现定位定姿。实践证明，本发明提出的图像定位方法，能有效地对互联网任意来源的电子照片精确定位。

技术领域

本发明涉及一种照片地理定位方法，特别是涉及一种基于街景照片的采取“图像检索-匹配识别-三维重建”三步走策略的精确照片地理定位方法。

背景技术

街道是城市的框架，是充满活力的城市空间(Parthasarathi P，2014)。生活离不开街道，市民的日常活动如上下班、购物、娱乐等任何目的的出行都要依靠城市街道(Jacobs，1993)。随着电子产品(如手机)的普及，市民将在街道上发生的生活细节用手机记录下来，然后上传到互联网，作为一种生活的记录。在国外，用户上传大量照片到Flickr、Panoramio等图片分享网站，在国内，用户则上传到微博、空间、贴吧等社交网站，虽然这些网站可以手动给照片添加位置信息，但是这个位置跟照片的实际位置可能相去甚远，如何给互联网上任意来源的电子照片恢复真实地理位置，一直是科学研究者面临的难题。

遥感技术及激光雷达技术发展迅速，都能大规模获取城市的地表信息，为城市研究提供数据源，被广泛用于城市街道景观研究。然而，遥感技术获取的地表景观影像为俯视的角度，其二维特性无法对街道层级的景观准备表达，更无法以人的视角展现地表景观。激光雷达技术虽然获取了地物的三维坐标，并以离散点的形式展现，克服了遥感影像二维的缺陷，但是光扫描仪器昂贵，获取数据成本高，只有特定的部门有能力扫描测量获得机载或者车载LiDAR数据。此外，激光雷达数据具有精确的三维坐标，数据存在涉密，一般的研究者很难获得大面积的LiDAR数据。这些缺点都限制了大范围城市街道研究。

大数据时代的到来给科研工作者带来了新的视角和新的思维(Ruppert E.，2013)。最近几年，街景地图逐步进入人们的生活，实现了“人视角”的地图浏览体验，与传统地图相比具有现实感强、易读等特点，为用户提供更加真实准确、更富画面细节的地图服务，是未来地图发展的趋势。传统的地图服务只能解决用户的文字需求，面对用户的图形化需求却无从下手，而且目前的街景图像只具有单纯的二维图像浏览功能，却没有利用大量照片背后潜在的三维地理信息，故本发明拟利用街景照片，对用户提供的任意来源电子照片，通过图像检索和三维重建等复杂算法，实现任意来源互联网照片的精确定位与定姿。

本发明所涉及的图像检索定位技术与图像查询、目标识别、地点识别技术相似，遇到的共性困难是如何根据待查询照片的特点找到与之对应的参考照片，流程是类似的，都是先提取待查询照片的特征，然后在参考照片库中根据已经建立好的特征索引，检索最相似的参考特征，最后挑选出最优解。对此前人进行了很多研究。Schindler等人提出一种贪心算法来改进由Nister等人首次提出的词汇树算法，提高了图像查询速度，并使用30,000张带有GPS标签的照片作为参考数据集，实现了图像地理定位；Knopp等人提出使用地理标签来筛选干扰的特征可以有效提升地点识别效果；Zamir等人发现优化投票机制可以有效提高单张照片地理定位精度，并提出CoL指数作为衡量多张照片地理定位效果的标准；接着，Zamir等人又利用GMCP的原理综合考虑局部和全局特征，实现了更加精确和鲁邦的照片检索方法。但是照片检索定位的结果强烈依赖参考照片的地理坐标，定位精度不可能超过参考照片集的GPS坐标精度。