[发明专利]经纬度坐标与图像坐标映射方法

说明书

本发明涉及经纬度坐标与图像坐标映射方法，其选取场景中若干点，利用场景的已知测量数据或谷歌地图等工具对其在物理空间中的经纬度坐标与其在图像画面中的像素坐标进行标定，建立图像中的坐标点和物理世界坐标之间的对应关系，在此基础上对给定的空间中的任意点，用不同数量、抽样组合的邻近点基于单应矩阵变换模型计算出一组映射点，然后将删除其中偏离较大的离群值，得到最终的映射结果。这种映射方法不仅精度高，而且有利于减少数据处理量。

技术领域

本发明涉及经纬度坐标与图像坐标映射方法。

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(如源自北斗系统或GPS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。

对于地面上的运动目标，且在相机保持静止不动的情形下，运动目标的经纬度和图像上像素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]，最少只需要四组对应点就可以求出单应矩阵。

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。另外，成像过程中的各种几何畸变(径向畸变、切向畸变等)在实际中往往很难完全校正，这也会导致单应矩阵的失效。

这种情况下，可以采用局部变换的方法^[2]，例如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。

在上述局部映射中，计算单应矩阵参数与映射点对的选取有关。由于实际应用中人工标定的坐标值含有误差，并且也无法保证计算每个局部区域单应矩阵所用的标定点都同时满足单一单应矩阵约束，所以得到的图像坐标一般含有误差，有些情况下误差较大。

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映射方法，这种映射方法不仅精度高，而且有利于减少数据处理量。

本发明的技术方案是：经纬度坐标与图像坐标映射方法，包括下列步骤：

1)设立标定点：

获取图像中不少于4个标志点(通常大于4个)在图像中的图像坐标以及在真实场景(物理空间，或简称场景)中的经纬度坐标，建立这些点的图像坐标和纬度坐标之间的对应关系，以这些点为标定点；

2)选取标定点：

对不为标定点的任一预测点(拟将其经纬度坐标映射为图像坐标的点)，根据已知的经纬度坐标，找出该预测点邻近区域的K个标定点；

3)计算各抽样方式下的加权单应矩阵：

从选取的邻近区域的K个标定点中，每次抽取n个标定点，4≤n≤K，这n个标定点中至少有三个点不共线，基于每次抽取得的n个标定点，依据下列方式计算坐标映射的加权对应矩阵H：

令

h＝(h₁₁，h₁₂，h₁₃，h₂₁，h₂₂，h₂₃，h₃₁，h₃₂)^T，