CN105637322A - 景点定位方法及其定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种景点定位的方法。该方法包括以下步骤：提供光学成像仪；使用光学成像仪拍摄图像；获取光学成像仪的位置及方向；在图像中识别景点的至少一个座标；在数字高程模型中映射出光学成像仪的位置和景点的座标；和通过在数字高程模型中投射至少一条从所述光学成像仪的位置指向所述景点的所述座标的路径，从而确定所述景点的地理位置。本发明还公开了一种应用上述方法的景点定位系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种景点(pointofinterest,POI)定位方法及其定位系统，尤其是，涉及一种利用单一光学成像仪的景点定位方法和定位系统。
背景技术
现时的智慧监控系统只能探测事件的发生而不能准确地标示出发生事件的地理位置。针对上述技术问题，其中一个可行的解决方案是预先以人工输入被监控地区的地理资讯和相关监控设备的地理位置。但这种系统并不能提供景点或感兴趣物件的准确地理位置。
另一个解决方案是使用多个成像仪去标示出发生事件的地理位置。这种系统的解像度取决于所述成像仪之间的距离。为了提供准确的地理位置，这种系统的一般笨重，尤其是，当景点远离系统的情况。这种系统的另一个限制是需要经常进行保养，因为相关的机械误差会随时间而累积。
发明内容
根据上述背景，本发明的主要目的在于提供另一种景点的定位方法及其相关的定位系统。
本发明在一方面是一种景点定位的方法。该方法包括以下步骤：提供光学成像仪；使用所述光学成像仪拍摄图像；获取所述光学成像仪的位置及方向；在所述图像中识别所述景点的至少一个二维平面座标；在数字高程模型中映射出所述光学成像仪的位置和所述景点的所述二维平面座标；和通过在数字高程模型中投射至少一条从所述光学成像仪的位置指向所述景点的所述二维平面座标的路径，从而确定所述景点的地理位置。
本发明其中一个实施例中，该确定所述景点的地理位置的步骤还包括以下反覆运算步骤：向远离光学成像仪的方向延长所述路径；和确定所述路径有否与所述数字高程模型中的任何表面发生碰撞。所述的反覆运算步骤当(1)确定所述路径和所述数字高程模型之间的碰撞表面，或(2)所述路径延长超过一个预设值时终止。在一个实施例中，所述预设值是所述光学成像仪的有效范围。
在另一实施例中，该景点定位方法还包括以下步骤：在一个预定的角度内，连续旋转和倾斜所述光学成像仪，并同时拍摄所述图像。
在另一实施例中，该景点定位方法还包括生成所述数字高程模型的步骤。该数字高程模型的生成首先需要提供包括多个点的点云。然后，所述的点会连在一起，从而生成地形表面的三维模型。在一个实施例中，所述每一个点相对应某特定纬度和经度的地形表面的高度。
本发明另一方面是一种景点定位的系统。该系统包括用于拍摄包括所述景点的图像的光学成像仪；连接并左右旋转和上下倾斜所述光学成像仪的可移动平台；连接到所述光学成像仪和所述可移动平台的微处理器；和连接到所述微处理器的非临时性电脑可读存储介质。在一个实施例中，所述非临时性电脑可读存储介质编有电脑可读指令用于使所述微处理器执行以上景点定位方法的步骤。
在一实施例中，所述光学成像仪是捕获热分布的红外线成像仪。
另一实施例中，该系统还包括透雾探测器。所述透雾探测器包括高动态范围成像仪；和连接到所述高动态范围成像仪并过滤可见光谱的第一光学滤镜装置。
另一实施例中，该系统还包括连接到所述微处理器的传感装置。所述传感装置被配置为侦测所述光学成像仪的所述位置及所述方向，及把所述光学成像仪的所述位置及所述方向传送至所述微处理器。在一个实施例中，所述传感装置传感装置还包括用于侦测所述光学成像仪的所述位置的全球定位系统接收器和用于侦测所述光学成像仪的所述方向的姿态方向参考系统(AHRS)。
本发明另一方面是一种编有电脑可读指令，并执行以下步骤的非临时性电脑可读存储介质，所述步骤包括：使用所述光学成像仪拍摄图像；获取所述光学成像仪的位置及方向；在所述图像中识别所述景点的至少一个二维平面座标；在数字高程模型中映射出所述光学成像仪的位置和所述景点的所述二维平面座标；和通过在数字高程模型中投射至少一条从所述光学成像仪的位置指向所述景点的所述二维平面座标的路径，从而确定所述景点的地理位置。
本发明有很多好处。相对于现有的监测系统，本发明只需使用单一光学成像仪。因此，本发明相对于其他现有的系统，体积更少，而且更符合成本效益。本发明的另一个好处是可移动平台的机械误差并不会影响系统的准确度，其原因是(1)定位演算法是在数字高程模型中进行；和(2)上述的系统包括多个被配置为反馈光学成像仪的位置及方向的传感装置。
附图说明
图1为本发明一个特定实施例中，景点定位方法的流程图。
图2显示在数字高程模型中的路径，并说明本发明一个特定实施例中的景点定位演算法。
图3为本发明一个特定实施例中，景点定位设备的示意图。
图4为本发明一个特定实施例中，森林火灾定位设备的示意图。
具体实施方式
这里和在权利要求中所使用的“包括”是指包括下列元件，但不排除其他的组件。
如图1所示，本发明在一方面是一种景点定位方法。在步骤20中，使用光学成像仪30拍摄包括景点的图像。然后在步骤22中，光学成像仪30在拍摄图像时的位置及方向会被获取。在步骤24中，图像中的景点会被选择出来，而识别出所述景点在图像中的至少一个座标。在一实施例中，景点的座标是笛卡儿座标系中二维座标(则X座标和Y座标)。在一特定实施例中，在笛卡儿座标系中的一点会对应图像中的一个图元。在另一特定实施例中，在笛卡儿座标系中的一点会对应图像中的多个图元。用一点对应图像中的多个图元可减少本方法的运算需求。在步骤26中，光学成像仪30的位置及方向和在步骤24中识别出的景点的座标会映射到数字高程模型中。在一实施例中，数字高程模型代表地球的地形。而光学成像仪30的位置则由地理座标表示，地理座标包括经度，纬度和海拔高度。在一实施例中，光学成像仪30的位置是通过全球定位系统来获取的。在另一实施例中，光学成像仪30的位置座标是经人手输入的。景点的座标是根据视场和在光学成像仪30拍摄图像时的位置及方向之间的关系来识别的。在一实施例中，光学成像仪30的方向是由姿态方向参考系统(AHRS)来获取的。在一特定实施例中，姿态方向参考系统包括陀螺仪，加速计和电子罗盘。在另一实施例中，光学成像仪30的方向可通过量度可移动平台(可以是人手或任何机械移动平台)的移动角度来获取的。在步骤28中，景点的地理位置是通过使用数字高程模型来确定的。
在一实施例中，数字高程模型基本上是一个包括多个点的类球形点云。每一个点代表特定纬度和经度的地形表面的高度。在另一实施例中，任何三个相邻的点会互相连接起来以形成多个三角表面，从而提供地形表面的三维模型。在另一实施例中，任何四个相邻的点会互相连接起来以形成多个四边形表面，从而提供地形表面的三维模型。在一实施例中，数字高程模型的解析度为30米，而准确度(标准偏差)为7-14米。
图2说明步骤28中使用数字高程模型来测定景点地理位置的演算法。如图2所示，光学成像仪30、拍摄到的图像32和相对应拍摄到的图像32的景点座标34会分别根据它们在现实世界的位置及方向映射至数字高程模型36上。为了测定景点的地理位置，首先投射出一条通过光学成像仪30和座标34的路径40。路径40显示出源于景点，并进入光学成像仪30的光的轨迹。在投射出路径40后，它会向远离光学成像仪30，并通过光学成像仪30和座标34的方向续步延长。在一实施例中，路径40在每次的递增都沿着路径40的方向延长一图元。在每次的递增中皆会执行碰撞检测演算法从而确定路径有否与数字高程模型中的任何表面发生碰撞。在一实施例中，路径40会一直延长直至1)路径与数字高程模型的某一表面发生碰撞，或2)路径的长度超过一个预设值。在一特定实施例中，所述预设值是光学成像仪是有效检测距离。在另一特定实施例中，所述预设值在拥有320x240图元的感应器的光学成像仪中为5公里。
当探测到路径40与数字高程模型的某一表面发生碰撞时，该碰撞表面41代表了景点的地理位置。在一实施例中，碰撞表面41相对于数字高程模型36的x,y,z座标分别代表了景点的纬度，经度和海拔高度。在一特定实施例中，景点的地理座标(即纬度，经度和海拔高度)是透过查阅预设数据库而获得。在另一实施例中，该碰撞表面的纬度和经度相等于景点的纬度和经度。在另一实施例中，景点的海拔高度(即碰撞表面的海拔高度)也被提供。
另一方面，如果在路径40延长超过一个预设值后依然探测不到任何碰撞时，将会提供一个错误消息。在另一实施例中，该错误消息表示景点是位元元于或超出了数字高程模型的边缘。
如图3所示，本发明在第二方面是一种应用上述方法的景点定位系统50。该系统50包括用于拍摄图像的光学成像仪30，拥有用于获取光学成像仪位置的定位系统42及用于获取光学成像仪方向的定向系统44的感应装置49，微处理器46和非临时性电脑可读存储介质48。感应装置49可获取光学成像仪30的位置及方向，并把光学成像仪30的位置及方向反馈至微处理器46。该微处理器46连接至光学成像仪30，定位系统42，定向系统44和非临时性电脑可读存储介质48。该非临时性电脑可读存储介质48编有指令用于使微处理器46执行上述景点定位的方法。
在一实施例中，定位系统42可从系统50的用户接受关于光学成像仪30的座标的手动输入。在另一实施例中，定向系统44是侦测可移动平台(可以是人手或任何机械移动平台)的移动角度。在一特定实施例中，定向系统44可反馈平台的移动角度。
在一实施例中，系统50是一种包括相机，全球定位接收器(即定位系统42)，姿态方向参考系统(AHRS)(即定向系统44)，微型电脑(即微处理器46和非临时性电脑可读存储介质48)的电子装置。在一特定实施例中，姿态方向参考系统包括陀螺仪，加速计和电子罗盘。在另一特定实施例中，该电子装置是智能手机，平板电脑，笔记本电脑，望远镜，相机或手提摄录机。
为了更好地说明本发明，图4示出一个应用上述方法和系统来检测林火的特定实现。用于检测林火的的系统52包括用于拍摄图像的光学成像仪54，连接并旋转和倾斜光学成像仪54的可移动平台56，连接到光学成像仪54和可移动平台56的微型电脑58。在一实施例中，微型电脑58还包括微处理器(没有在图中显示)和非临时性电脑可读存储介质(没有在图中显示)。在林火的检测中，光学成像仪54为捕获预设范围内热分布的红外线成像仪。在一实施例中，该红外线成像仪包括多个用于检测林火所释放出的远红外线的冷却式光电探测器。在另一实施例中，该红外线成像仪包括多个用于检测林火所释放出的远红外线的非冷却式光电探测器。在另一实施例中，红外线成像仪可提供每图元达14位元深度的数据给微型电脑58作进一步的处理。
该红外线成像仪进一步连接到可移动平台56。在一实施例中，可移动平台56是一个精度为±0.2°的数控转头。在另一实施例中，可移动平台56在接收到微型电脑58的指令后会不断地左右旋转和上下倾斜。在另一实施例中，光学成像仪54会在预设的角度旋转和倾斜，并同时拍摄环境四周的图像。在一特定实施例中，可移动平台56可沿其轴向轴自由转动。在另一特定实施例中，可移动平台56的倾斜范围为±40°。在另一实施例中，可移动平台56的移动范围可根据用户的需要来调节，而不会影响系统50的表现。
相应地，微型电脑58会连接到光学成像仪54和可移动平台56。在林火的检测中，微型电脑58可分析红外线成像仪所捕获的热分布，从而确定发生林火的地方相对于图像的座标(即透过确定释放出超过预设值红外线的物件，而在所拍摄的图像中识别出景点)。在一实施例中，微型电脑58还可获取可移动平台56的位置及方向。在确认景点的座标及可移动平台56的位置和方向后，微型电脑58便会执行上述方法来确定发生林火的地理位置。
为了进一步方便检测林火，系统52还包括透雾探测器(没有在图中显示)。透雾探测器在检测森火中是必须的。根据红外线成像仪本身的限制，单靠红外线成像仪所捕获的热分布是不能明显地分别出在一范围内释放出相对红外线强度(即相对温度)的物件。例如，如果在一棵燃烧的树附近有一堆温度相约的石头，系统52便会误解了火场的面积，并错误地确定判断着火的位置。因此，可提供实际森林环境清晰灰阶影像的透雾探测器可大大提高本发明所提出的系统52的的效率和准确性。
在一实施例中，透雾探测器包括定焦镜头，高动态范围成像仪和连接到高动态范围成像仪的第一光学滤镜装置，第一光学滤镜装置被配置为过滤进入所述高动态范围成像仪的光中的可见光谱。在森火的环境中，环境光的可见光谱会在碰撞到四周的水蒸汽或尘埃粒子时衍射和散射。而这些衍射光或散射光的亮度一般比周围物体所反射的光的亮度为高。第一光学滤镜装置被配置为过滤这些高亮度的光。
在另一实施例中，透雾探测器还包括只允许近红外光谱进入高动态范围成像仪的第二光学滤镜装置。近红外光的穿透力比可见光为高。近红外光谱的另一个特性为：深色物体比浅色物体吸收更多的近红外光谱。因此透过分析透雾探测器的高动态范围成像仪所拍摄的近红外光谱的强度，不同的物件便可根据它们的颜色来识别。在一实施例中，透雾探测器所拍摄的灰阶影像会和红外线成像仪所拍摄的热分布图作对比，从而降低林火检测系统的误报。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
例如，林火检测系统及方法作为本发明的一个实施例被公开。本发明所公开的方法及系统可以适用于其他应用范畴，例如安全监控系统和视线分析。
根据上述实施例，光学成像仪30可以是红外线成像仪，透雾探测器或两者的组合。但光学成像仪30根据其应用的需要可以是其他感应器，例如：互补式金属氧化物半导体(CMOS)成像仪，电荷耦合元件(CCD)成像仪或紫外线(UV)成像仪。
Claims (20)
1.一种景点定位方法，包括以下步骤:
提供光学成像仪；
使用所述光学成像仪拍摄图像；
获取所述光学成像仪的位置及方向；
在所述图像中识别所述景点的至少一个座标；
在数字高程模型中映射出所述光学成像仪的位置和所述景点的所述座标；和
通过在数字高程模型中投射至少一条从所述光学成像仪的位置指向所述景点的所述座标的路径，从而确定所述景点的地理位置。
2.如权利要求1所述的景点定位方法，所述确定所述景点的地理位置的步骤还包括以下反覆运算步骤：
向远离光学成像仪的方向延长所述路径；和
确定所述路径有否与所述数字高程模型中的任何表面发生碰撞；
其中所述反覆运算步骤在满足至少一个终止条件的时候终止，所述终止条件包括：
确定所述路径和所述数字高程模型之间的碰撞表面；和
所述路径延长超过一个预设值。
3.如权利要求2所述的景点定位方法，所述确定所述景点的地理位置的步骤还包括以下步骤：基于所述碰撞表面计算和获取所述景点的所述地理位置。
4.如权利要求1所述的景点定位方法，还包括以下步骤：在一个预定的角度内，连续左右旋转和上下倾斜所述光学成像仪，并同时拍摄所述图像。
5.如权利要求1所述的景点定位方法，所述获取所述光学成像仪的位置及方向的步骤还包括以下步骤：通过全球定位系统，获取所述光学成像仪的地理位置。
6.如权利要求1所述的景点定位方法，所述获取所述光学成像仪的位置及方向的步骤还包括以下步骤：评估姿态方向参考系统的移动幅度。
7.如权利要求1所述的景点定位方法，还包括以下步骤：通过在所述图像中辨认一种物件，确定所述图像中的所述景点。
8.如权利要求7所述的景点定位方法，所述物件释放出超过某个预设值的红外线信号。
9.如权利要求1所述的景点定位方法，还包括以下步骤：容许用户选择所述景点。
10.如权利要求1所述的景点定位方法，还包括以下步骤：生成所述数字高程模型，其中所述生成所述数字高程模型的步骤还包括以下步骤：
提供点云,所述点云包括多个点；
连接所述多个点，从而生成地形表面的三维模型；
其中每一个所述的点与特定纬度和经度的地形表面的高度相关。
11.一种景点定位系统包括：
光学成像仪，用于拍摄图像，所述图像包括所述景点；
可移动平台，用于连接并旋转和倾斜所述光学成像仪；
微处理器，用于连接到所述光学成像仪和所述可移动平台；和
非临时性电脑可读存储介质，用于连接到所述微处理器，所述非临时性电脑可读存储介质编有电脑可读指令用于使所述微处理器执行以下步骤：
拍摄所述图像；
获取所述光学成像仪的位置及方向；
在所述图像中识别所述景点的至少一个座标；
在数字高程模型中映射出所述光学成像仪的位置和所述景点的所述座标；和
通过在数字高程模型中投射至少一条从所述光学成像仪的位置指向所述景点的所述座标的路径，从而确定所述景点的地理位置。
12.如权利要求11所述的景点定位方法系统，其中所述光学成像仪为捕获所述光学成像仪有效范围内热分布的红外线成像仪；而所述非临时性电脑可读存储介质还编有电脑可读指令用于使所述微处理器基于所述热分布确定所述景点的所述座标。
13.如权利要求12所述的景点定位方法系统还包括透雾探测器，所述透雾探测器包括：
高动态范围成像仪；和
第一光学滤镜装置用于连接到所述高动态范围成像仪；所述第一光学滤镜装置被配置为过滤进入所述高动态范围成像仪的光中的可见光谱。
14.如权利要求13所述的景点定位方法系统，还包括第二光学滤镜装置用于连接到所述第一光学滤镜装置，所述第二光学滤镜装置被配置为只允许红外光谱进入所述高动态范围成像仪。
15.如权利要求12所述的景点定位方法系统，还包括传感装置用于连接到所述微处理器，所述传感装置被配置为侦测所述光学成像仪的所述位置及所述方向，及把所述光学成像仪的所述位置及所述方向传送至所述微处理器。
16.如权利要求15所述的景点定位方法系统，所述传感装置还包括全球定位系统接收器用于侦测所述光学成像仪的所述位置的和方向参考系统用于侦测所述光学成像仪的所述方向的姿态。
17.一种其中存储有指令的非暂态计算机可读存储介质，当所述指令被计算机执行时，使计算机执行以下步骤:
使用光学成像仪拍摄图像；
获取所述光学成像仪的位置及方向；
在所述图像中识别所述景点的至少一个座标；
在数字高程模型中映射出所述光学成像仪的位置和所述景点的所述座标；和
通过在数字高程模型中投射至少一条从所述光学成像仪的位置指向所述景点的所述座标的路径，从而确定所述景点的地理位置。
18.如权利要求17所述的计算机可读存储介质，所述确定所述景点的地理位置的步骤还包括以下反覆运算步骤：
向远离光学成像仪的方向延长所述路径；和
确定所述路径有否与所述数字高程模型中的任何表面发生碰撞；
其中所述反覆运算步骤在满足至少一个终止条件的时候终止，所述终止条件包括：
确定所述路径和所述数字高程模型之间的碰撞表面；和
所述路径延长超过一个预设值。
19.如权利要求17所述的计算机可读存储介质，所述确定所述景点的地理位置的步骤还包括以下步骤：基于所述碰撞表面计算和获取所述景点的所述地理位置。
20.如权利要求17所述的计算机可读存储介质，还包括以下步骤：在一个预定的角度内，连续左右旋转和上下倾斜所述光学成像仪，并同时拍摄所述图像。
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