CN107845060A - 地理位置与对应的图像位置坐标转换方法及系统 - Google Patents

地理位置与对应的图像位置坐标转换方法及系统 Download PDF

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CN107845060A CN201711046680.0A CN201711046680A CN107845060A CN 107845060 A CN107845060 A CN 107845060A CN 201711046680 A CN201711046680 A CN 201711046680A CN 107845060 A CN107845060 A CN 107845060A
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Abstract

本发明提供了一种地理位置与对应的图像位置坐标转换方法。该方法包括：建立地理位置坐标与图像位置坐标的转换算法模型；将获得的GPS坐标代入所述转换算法模型，以获得对应的图像坐标或者将获得的图像坐标代入所述转换算法模型，获得对应的GPS坐标。本发明的转换算法在确保GPS地理坐标与视频画面像素坐标对应关系准确的前提下，兼顾实施可操作性，具有较好的市场应用前景。

Description

地理位置与对应的图像位置坐标转换方法及系统
技术领域
本发明涉及坐标转换技术领域，具体涉及一种基于地理位置与对应的图像位置坐标转换方法及系统。
背景技术
在视频画面中观察一个对象(例如，建筑物，道路，人，车等)时，通常无法得知这个对象的GPS地理坐标。同样，在地图上选择一个对象(建筑物，道路，摄像机点位，GPS车辆图标等)时，也无法得知该地图对象对应视频画面可视域里的哪个可视对象。
现有的解决方案是：通过人工判断视频画面里的建筑物，道路等对象，并通过视频图层和标记技术，在视频上叠加标记信息和摄像机点位信息，以判断视频画面中的对象与实际地图对象的对应关系。这种方法不仅准确度低，而且互动性较差，也无法实时视频中的图像点与GPS地理坐标的实时转换。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于地理位置与对应的图像位置坐标转换方法及系统，其可以图像坐标与GPS地理坐标的实时转换，从而实现二者的关联与互动。
本发明的一个方面提供了一种地理位置与对应的图像位置坐标转换方法，包括：建立地理位置坐标与图像位置坐标的转换算法模型；将获得的GPS坐标代入所述转换算法模型，以获得对应的图像坐标或者将获得的图像坐标代入所述转换算法模型，获得对应的GPS坐标；其中所述建立地理位置坐标与图像位置坐标的转换算法模型包括：获取地面至少任意三个特征位置点的GPS坐标与对应的图像坐标；所述图像坐标所在坐标系为第一平面直角坐标系；将所述至少任意三个特征位置点的GPS坐标转换为第二平面直角坐标系中的坐标；根据所述至少任意三个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的转换参数。
在一个实施例中，将获得的GPS坐标代入所述转换算法模型，以获得对应的图像坐标包括：将所获得的GPS坐标通过高斯投影正算算法转换为在所述第二平面直角坐标系中的坐标，以及通过所述转换参数将所述第二平面直角坐标系中的所述坐标转换为在所述第一平面直角坐标系中的坐标。
在一个实施例中，将获得的图像坐标代入所述转换算法模型，获得对应的GPS模型包括：将所述获得的在所述第一平面直角坐标系中的图像坐标经所述转换参数转换为在所述第二平面直角坐标系中的坐标，并将所述第二平面直角坐标系中的所述坐标经高斯投影反算算法获取对应的GPS坐标。
在一个实施例中，所述获取地面至少任意三个特征位置点的GPS坐标与对应的图像坐标之前还包括：针对所述图像建立所述第一平面直角坐标系；其中坐标原点为所述图像所在屏幕的左上角，横轴与纵轴的正方向分别为以所述原点为起点沿所述屏幕彼此垂直的两个方向；以及建立所述第二平面直角坐标系；其中所述第二平面直角坐标系的原点可以为地面任意位置点，所述第二平面直角坐标系的横轴和纵轴分别指向正东、正西、正南和正北中的任意两个方向。
在一个实施例中，所述根据所述至少任意三个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的转换算法参数包括：对所述至少任意四个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标进行最小二乘算法拟合，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的作为所述转换算法参数的转换六参数。
在一个实施例中，所述将所述至少任意三个特征位置点的GPS坐标转换为第二平面直角坐标系中的坐标包括：通过高斯投影正算算法将所述GPS坐标转换为所述第二平面直角坐标系中的坐标。
本发明的另一个方面提供了一种坐标转换系统，包括：坐标获取模块，用于获取GPS坐标或图像目标坐标；以及转换模块，用于将获取到的GPS坐标转换为对应的图像目标坐标或者将获取到的图像目标坐标转换为对应的GPS坐标；其中所述坐标获取模块包括第一获取单元、所述转换模块包括第一转换单元和建模单元，其中所述第一获取单元获取地面至少任意三个特征位置点的GPS坐标与对应的图像坐标；所述图像坐标所在坐标系为第一平面直角坐标系；所述第一转换单元将所述至少任意三个特征位置点的GPS坐标转换为第二平面直角坐标系中的坐标；所述建模单元根据所述至少任意三个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的转换参数。
在一个实施例中，所述第一转换单元用于将获取的GPS坐标通过高斯投影正算算法转换为在所述第二平面直角坐标系中的坐标。
在一个实施例中，该坐标转换系统还包括第二转换单元，所述第二转换单元通过所述转换参数将所述第二平面直角坐标系中的所述坐标转换为在所述第一平面直角坐标系中的坐标。
在一个实施例中，所述坐标获取模块还包括：第二获取单元，用于获取图像上任一点的坐标；第三转换单元，用于将所述获得的在所述第一平面直角坐标系中的图像坐标经所述转换参数转换为在所述第二平面直角坐标系中的坐标；以及第四转换单元，用于将所述第二平面直角坐标系中的所述坐标经高斯投影反算算法转换为对应的GPS坐标。
在一些实施例中，所述建模单元根据所述至少任意三个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的转换参数包括：对所述至少任意三个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标进行最小二乘算法拟合，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的作为所述转换参数的转换六参数。
本发明的再一个方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，并且在该可执行指令被处理器加载时执行上述方法。
本发明的又一个方面提供了一种服务器，其包括处理器、存储介质和存储在所述存储介质中并可以在所述处理器中运行的可执行指令，所述处理器执行所述可执行指令时上述方法。
本发明的实施例提供的地理位置与对应的图像位置坐标转换方法和系统，可以实现图像坐标与GPS地理坐标的互换和联动，具有较好的市场应用前景。
附图说明
图1a和图1b所示为本发明一实施例提供的坐标转换方法流程图。
图2a-2e所示为本发明实施例的坐标转换系统示意图。
图3所示为本发明实施例的坐标系统的坐标转换示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了判断视频图像中的位置与相应的地理坐标之间的对应关系，例如，可以采用插值法。该方法具体是在视频范围内预先选取采集多个特征位置点的图像坐标及经纬度坐标信息，并通过插值算法，使用目标位置周围三个或三个以上的预留坐标信息计算获取目标位置的坐标信息。该方法的优点是可以规避坐标系转换问题。但是，为了保证计算精度，该方式通常需要预先采集相当数量的位置信息，才能确保目标位置的计算条件不缺失，因此，实施难度大，易产生误差，故可行性不高。
此外，还可以通过坐标转换法实现地理坐标与相应图像坐标的对应。物理对象的GPS地理坐标例如可以为空间球面坐标系，视频画面像素坐标可以属于平面直角坐标系。因此，这两种坐标系的双向转换涉及到空间坐标系内部转换以及平移旋转尺度变换等平面坐标系的几何转换。
坐标转换法中的一种可行的方式是将GPS地理坐标估算成平面直角坐标后，通过二维正形坐标转换，使平面直角坐标与视频画面的像素坐标相对应。该方法初步实现了空间球面坐标与视频画面像素坐标的对应。通常情况下，采集三个特征位置点即可建立坐标系之间的双向对应关系。如果样本多于三个点，则可以进一步提高拟合精度。但这类方式忽略了视频画面中特征位置点的坐标系双轴与GPS经纬度的对应关系会出现调整或扭曲，也未考虑GPS地理坐标转换成平面坐标过程的地球椭圆因素，故在实际使用中，常出现基础位置偏离较大，进而导致转换目标缺失的情况。
目前，针对地理坐标与视频坐标双向转换时偏差过大以及为保证精度而采点多、实施难的问题，目前现有技术中尚无有效的算法解决方案。
本发明的一个方面提供了一种地理位置与对应的图像位置坐标转换方法，参见图1a，该方法包括：
S100：建立地理位置坐标与图像位置坐标的转换算法模型；
S200：将获得的GPS坐标代入所述转换算法模型，以获得对应的图像坐标或者将获得的图像坐标代入所述转换算法模型，获得对应的GPS坐标。
参见图1b，所述建立地理位置坐标与图像位置坐标的转换算法模型包括：
S1001：获取地面至少任意四个特征位置点(例如，获取四到六个特征位置点，以兼顾精度和可操作性，从而减少采样点，为算法在商业领域的应用进一步打下基础)的GPS坐标与对应的图像坐标,其中所述图像坐标所在坐标系为第一平面直角坐标系；
S1002：将所述至少任意四个特征位置点的GPS坐标转换为第二平面直角坐标系中的坐标；
S1003：根据所述至少任意四个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的转换参数。
本发明的转换算法在确保GPS地理坐标与视频画面像素坐标对应关系准确的前提下，兼顾实施可操作性，用尽量少特征位置采样点通过转换算法实现坐标系之间的双向对应转换。
需要说明的是，第一平面直角坐标系为图像所在坐标系，也成为B坐标系。具体地，例如，坐标原点为图像所在屏幕的左上角，横轴(X轴)正向为屏幕左上角向右的方向，纵轴(Y轴)的正方向为从屏幕左上角的原点处向下的方向。横轴沿图像所在屏幕顺时针旋转90°可以与纵轴重合。
同样，第二平面直角坐标系可以为在例如摄像机射频范围内的地球表面，在本申请中，第二平面直角坐标系也被称为A坐标系。具体地，例如，坐标原点可以是上述范围内的任意地点，且横轴和纵轴可以是指向正东、正西、正南和正北中的任意两个方向。横轴和纵轴显然为顺时针或逆时针相差90°的两个方向。
GPS坐标例如指摄像机视频范围内的某个地面位置点，其例如以大地坐标经纬度的形式呈现。例如，GPS坐标可以由GPS接收器从卫星接收获得。具体地，纬度数据包括北半球北纬数据(N)或南半球南纬数据(S)。经度数据包括东半球东经数据(E)和西半球西经数据(W)。
在一个实施例中，将获得的GPS坐标代入所述转换算法模型，以获得对应的图像坐标包括：将所获得的GPS坐标通过高斯投影正算算法转换为在所述第二平面直角坐标系中的坐标，以及通过所述转换参数将所述第二平面直角坐标系中的所述坐标转换为在所述第一平面直角坐标系中的坐标。通过采用高斯投影正算算法以及上述转换参数，可以分别提高GPS坐标转换为平面直角坐标的准确性，以及提高在两个平面直角坐标系之间的转换精度。
例如，可以通过高斯克吕格投影算法将GPS地理坐标转变为第二平面直角坐标系中的坐标。由于地球是椭圆形状的，其表面高低起伏。GPS地理坐标经纬度的度数并不对应某一标准长度，因此无法精确测量相应的距离，这使其不容易在平面地图或计算机屏幕上显示数据。因此，本发明的实施例可以将例如摄像机视频范围内的地面设定为理想的二维平面，忽略GPS地理坐标中的高度信息，从而将经纬度通过投影变换，正形映射为平面直角坐标系中的坐标。
具体如下：假定摄像机视频范围内的地面某个位置点P地理坐标G(L，B)，转换为对应平面A坐标PA(PAx，PAy)，实现GA转换的高斯正算公式为(如上所述，该平面A坐标系对应上述第二平面直角坐标系)：
其中：B为点P的纬度，L为点P的经度，单位以弧度计；第二平面直角坐标系(A坐标系)中的坐标单位以米计，PAx为横轴坐标，PAy为纵轴坐标。
地球椭球参数：椭球长半轴a，椭球扁率f，椭球短半轴：b＝a(1-f)，椭球第一偏心率：椭球第二偏心率：l″＝L-L0，L0为中央子午线经度；N为子午圈曲率半径，t＝tanB；η2＝e′2cos2B；
X为子午线弧长：
a0,a2,a4,a6,a8为基本常量，计算公式为：
m0,m2,m4,m6,m8为基本常量，计算公式为：
在一个实施例中，将获得的图像坐标代入所述转换算法模型，获得对应的GPS坐标包括：将所述获得的在所述第一平面直角坐标系(B坐标系)中的图像坐标经所述转换参数转换为在所述第二平面直角坐标系(A坐标系)中的坐标，并将所述第二平面直角坐标系(A坐标系)中的所述坐标经高斯投影反算算法获取对应的GPS坐标。同样，通过使图像像素点在第一平面直角坐标系(B坐标系)中的坐标按该转换参数转换到在第二平面直角坐标系(A坐标系)中的坐标，并通过高斯投影反算算法获取GPS坐标，可以提高坐标转换精度，确保图像坐标与对应的GPS坐标精确对应。
例如，假设摄像机视频范围内的地面某个位置点P在平面A坐标系中的坐标PA(PAx，PAy)，计算对应地理坐标为G(L，B)，需要通过AG转换算法实现正形投影反算。例如，转换算法可以采用高斯克吕格投影反算算法，公式为：
其中：
L0为中央子午线经度。Bf为当PAx＝X时的子午线弧长所对应的纬度，通过迭代计算得到。
在一个实施例中，所述获取地面至少任意四个特征位置点的GPS坐标与对应的图像坐标之前还包括：
针对所述图像建立所述第一平面直角坐标系。如前所述，第一平面直角坐标系的坐标原点可以为所述图像所在屏幕的左上角，横轴与纵轴的正方向分别为以所述原点为起点沿所述屏幕彼此垂直的两个方向。
以及建立所述第二平面直角坐标系。其中所述第二平面直角坐标系的原点可以为地面任意位置点，所述第二平面直角坐标系的横轴和纵轴分别指向正东、正西、正南和正北中的任意两个方向。
在一个实施例中，根据所述至少任意四个特征位置点在第一平面直角坐标系中的坐标和在第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得第一平面直角坐标系和第二平面直角坐标系的转换算法参数包括：对该至少任意四个特征位置点在第一平面直角坐标系中的坐标和在第二平面直角坐标系中的坐标进行最小二乘算法拟合，获得第一平面直角坐标系和第二平面直角坐标系的作为转换算法参数的转换六参数。
例如，本发明的实施例提供了一种将某个点在平面直角A坐标系中的坐标PA(PAx，PAy)转换为其在平面直角B坐标系中的坐标PB(PBx，PBy)的方法。摄像机视频范围内地面上的某个像素点在获取GPS坐标后经过GA转换模块处理，并转变为以米为单位的A坐标系的点PA后，需要继续与屏幕上的该点PB建立对应关系，屏幕上的该点PB是B坐标系中以像素为单位的点。
虽然A坐标系与B坐标系都是平面直角坐标系，但两个坐标系存在方向，尺度不同等状况。因此，需要通过平移、旋转和缩放将A坐标转换为B坐标，从而建立准确的对应关系。
在实际环境中，由于A坐标系与B坐标系的横纵轴均会出现不同的比例调整，即两轴非正交，所以可以采用仿射转换公式建立上述两个坐标系的对应关系。公式为：
其中：(x，y)为在A坐标系中坐标PA(PAx，PAy)，(X，Y)为在B坐标系中坐标PB(PBx，PBy)，Sx与Sy为两坐标系双轴缩放比例因子，θ为两坐标系旋转角，Tx为Ty为两坐标系双轴方向平移量。
定义转换六参数：
A＝Sxcosθ；B＝-Sysinθ；C＝Tx；
D＝Sxsinθ； E＝Sycosθ； F＝Ty；
则A坐标系的坐标PA(PAx，PAy)转换为B坐标系的坐标PB(PBx，PBy)左乘转换矩阵T为：
将点PA，PB表示为规范齐次化坐标后，
PB＝T·PA
即：
当获取A坐标系中的3个点坐标及对应的B坐标系中的3个点坐标时，每个点坐标对应2组方程式，通过6组方程式即可求得转换六参数A，B，C，D，E，F的最小配置解。
在一些情况下，各个点的坐标可能具有一定误差，为获取更好的转换效果，可以选择四个以上的点。在选择四个点的情况下，可以进行如下推导：
由
X＝Ax+By+C
Y＝Dx+Ey+F
加入残差，则可以得到观测方程式
PBx+Vx＝A·PAx+B·PAy+C
PBy+Vy＝D·PAx+E·PAy+F
通过最小二乘法得到转换六参数在均方误差下的拟合值，如下式：
通过上述方法，可以得到优化的转换六参数。
同样，也可以将B坐标系中的坐标转换为A坐标系中的坐标。例如，屏幕上的某个像素点在B坐标系中的坐标为PB(PBx，PBy)，在A坐标系中的A坐标PA(PAx，PAy)。
例如，当某位置摄像机的转换六参数已经计算获得后，在视频范围内，出现在屏幕上有效区域的任意一点PB，可通过BA转换模块，获取其在A坐标系中的坐标PA，进而再通过AG转换模块获取GPS地理坐标。
之前推导中，A坐标系A坐标PA(PAx，PAy)转换为B坐标系B坐标PB(PBx，PBy)左乘转换矩阵T为：
A～F转换六参数已知，故T已知，当PB已知，求PA时，由PB＝T·PA推导，通过T的逆矩阵左乘PB即可求出：PA＝Inv(T)·PB，其中Inv(T)表示为T的逆矩阵。
如前所述，在实际应用中，例如，摄像机可以首先按以上方法获得定标六参数(转换六参数)。从而在上述实施例中，例如，当已知GPS地理坐标且需要转换为对应的图像坐标时，可以先将GPS地理坐标经高斯投影正算转换为第二平面直角系的坐标，并进一步将GPS地理坐标在第二平面直角坐标系的坐标通过上述六参数仿射转换算法转换，进而获得该GPS地理坐标在第一平面直角坐标系中的图像坐标，从而可以在屏幕中标示出该目标。同样，当已知图像坐标且需要转换为对应的GPS地理坐标时，可以先将图像坐标(图像位置点在第一平面直角坐标系中的坐标)经过上述六参数仿射转换算法转换为在第二平面直角坐标系中的坐标，并进一步将图像在第二平面直角坐标系中的坐标经高斯投影反算算法转换为对应的GPS地理坐标，进而获得与该图像坐标对应的GPS地理坐标，以便展开延伸的位置应用。
本发明的另一个方面提供了一种坐标转换系统。参见图2a-2d，该坐标转换系统1包括：坐标获取模块10，用于获取GPS坐标或图像目标坐标；以及转换模块20，用于将获取到的GPS坐标转换为对应的图像目标坐标或者将获取到的图像目标坐标转换为对应的GPS坐标。其中所述坐标获取模块10包括第一获取单元11、所述转换模块20包括第一转换单元21和建模单元22，其中所述第一获取单元11获取地面至少任意四个特征位置点的GPS坐标与对应的图像坐标；所述图像坐标所在坐标系为第一平面直角坐标系。所述第一转换单元21将所述至少任意四个特征位置点的GPS坐标转换为第二平面直角坐标系中的坐标。所述建模单元22根据所述至少任意四个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的转换参数。本发明的坐标转换系统，通过设置坐标获取模块和转换模块，以及建立转换参数，可以准确的实现GPS地理坐标与图像坐标之间的转换，具有较好的应用前景。
例如，在第一获取单元11可以获取地面的三到六个(进一步可以为四到六个点)的特征位置点，从而可以更好的确定例如摄像机的目标区域参数，以在尽量减少采样点的前提下，提高建模精度，从而降低坐标转换系统的成本，使该坐标转换系统具有更好的商业应用前景。
在上述实施例中，例如，所述第一转换单元21用于将获取的GPS坐标通过高斯投影正算算法转换为在所述第二平面直角坐标系中的坐标。参见图2b-2d，例如，该坐标转换系统的坐标转换模块20还包括第二转换单元23，所述第二转换单元23通过所述转换参数将所述第二平面直角坐标系中的所述坐标转换为在所述第一平面直角坐标系中的坐标。
参见图2d和图2e，例如，所述坐标获取模块10还包括：第二获取单元12，用于获取图像上任一点的坐标。所述坐标转换模块20还包括第三转换单元24，用于将所述获得的在所述第一平面直角坐标系中的图像坐标经所述转换参数转换为在所述第二平面直角坐标系中的坐标；以及第四转换单元25，用于将所述第二平面直角坐标系中的所述坐标经高斯投影反算算法转换为对应的GPS坐标。
在一些实施例中，所述建模单元根据所述至少任意四个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的转换参数包括：对所述至少任意四个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标进行最小二乘算法拟合，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的作为所述转换算法参数的转换六参数。转换六参数的计算方法参照之前的描述。
参见图3，本发明的坐标转换系统的转换模块20包括四个转换单元21,23,24,25，坐标获取模块包括两个坐标获取单元。在该四个转换单元中，第一转换单元21用于将获取的GPS地理坐标转换为在第二平面直角坐标系中的坐标(即GA转换)，第二转换单元23用于将GPS地理坐标在第二平面直角坐标系中的坐标转换为在第一平面直角坐标系中的图像坐标(即AB转换)；第三坐标转换单元24用于将图像坐标转换为在第二平面直角坐标系中的坐标(即BA转换)，第四坐标转换单元25用于将图像坐标在第二平面直角坐标系中的坐标转换为GPS地理坐标(即AG转换)。两个获取单元分别用于获取GPS地理坐标，和用于获取在第一平面直角坐标系中的图像坐标。即两个获取单元中的一个与对应的两个转换单元21,23配合，完成GPS地理数据向图像坐标的转换。且另外一个坐标获取单元与另外两个坐标转换单元24,25配合，完成图像坐标数据向GPS地理数据的转换。在实际应用中，例如，将GPS地理坐标转换为图像坐标，可以获得地图中的场景在例如摄像机屏幕上的目标点位置。例如，将图像坐标转换为GPS地理坐标时，可以在例如屏幕的目标位置获取GPS坐标后进行定位应用。
本发明的坐标转换系统通过采用高斯投影正反算法，实现GPS地理坐标与图像坐标的转换，提高了转换的精确性，从而也为后续转换打下良好的基础。由于通常情况下，现行的转换算法直接将经纬度坐标转换为屏幕图像坐标或者仅仅大致粗略估计GPS经纬度对应的平面直角坐标，这会使后续转换过程的误差很大。本发明的实施例采用高斯克吕格算法进行正投影转换，使转换精度达到了毫米级，从而为后续步骤打下良好的基础，极大的提高了坐标转换的精确性。
本发明通过大量计算和算法筛选，以及实地测量验证，采用了仿射转换算法，确定了六参数组成的转换矩阵。例如，在实际使用中，本发明实施例的算法的六参数转换矩阵优势在于考虑了实际环境下，因摄像机朝向及角度的不同，导致的转换坐标系双轴的调整比例，从而通过该方案的一次性六参数实现两个坐标系的准确转换。此外，本发明实施例的算法结合GPS经纬度与平面直角坐标系的精确转换，使的转换精度大大提高，因此，该方法可以更好的用于GPS跟踪。
本发明的实施例提供的地理位置与对应的图像位置坐标转换方法和系统，可以实现图像坐标与GPS地理坐标的互换和联动，具有较好的市场应用前景。
本发明的再一个方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，并且在该可执行指令被处理器加载时执行上述方法。
本发明的又一个方面提供了一种服务器，其包括处理器、存储介质和存储在所述存储介质中并可以在所述处理器中运行的可执行指令，所述处理器执行所述可执行指令时上述方法。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种地理位置与对应的图像位置坐标转换方法，其特征在于，包括：
建立地理位置坐标与图像位置坐标的转换算法模型；
将获得的GPS坐标代入所述转换算法模型，以获得对应的图像坐标或者将获得的图像坐标代入所述转换算法模型，获得对应的GPS模型；其中所述建立地理位置坐标与图像位置坐标的转换算法模型包括：
获取地面至少任意三个特征位置点的GPS坐标与对应的图像坐标；所述图像坐标所在坐标系为第一平面直角坐标系；
将所述至少任意三个特征位置点的GPS坐标转换为第二平面直角坐标系中的坐标；
根据所述至少任意三个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的转换参数。
2.根据权利要求1所述的坐标转换方法，其特征在于，将获得的GPS坐标代入所述转换算法模型，以获得对应的图像坐标包括：
将所获得的GPS坐标通过高斯投影正算算法转换为在所述第二平面直角坐标系中的坐标，以及通过所述转换参数将所述第二平面直角坐标系中的所述坐标转换为在所述第一平面直角坐标系中的图像坐标。
3.根据权利要求1所述的坐标转换方法，其特征在于，将获得的图像坐标代入所述转换算法模型，获得对应的GPS坐标包括：
将所述获得的在所述第一平面直角坐标系中的图像坐标经所述转换参数转换为在所述第二平面直角坐标系中的坐标，并将所述第二平面直角坐标系中的所述坐标经高斯投影反算算法获取对应的GPS坐标。
4.根据权利要求1所述的坐标转换方法，其特征在于，所述获取地面至少任意三个特征位置点的GPS坐标与对应的图像坐标之前还包括：
针对所述图像建立所述第一平面直角坐标系；其中坐标原点为所述图像所在屏幕的左上角，横轴与纵轴的正方向分别为以所述原点为起点沿所述屏幕彼此垂直的两个方向；以及
建立所述第二平面直角坐标系；其中所述第二平面直角坐标系的原点可以为地面任意位置点，所述第二平面直角坐标系的横轴和纵轴分别指向正东、正西、正南和正北中的任意两个方向。
5.根据权利要求1所述的坐标转换方法，其特征在于，所述根据所述至少任意三个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的转换算法参数包括：
对所述至少任意三个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标进行最小二乘算法拟合，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的作为所述转换算法参数的转换六参数。
6.根据权利要求1所述的坐标转换方法，其特征在于，所述将所述至少任意三个特征位置点的GPS坐标转换为第二平面直角坐标系中的坐标包括：
通过高斯投影正算算法将所述GPS坐标转换为所述第二平面直角坐标系中的坐标。
7.一种坐标转换系统，其特征在于，包括：
坐标获取模块，用于获取GPS坐标或图像目标坐标；以及
转换模块，用于将获取到的GPS坐标转换为对应的图像目标坐标或者将获取到的图像目标坐标转换为对应的GPS坐标；
其中所述坐标获取模块包括第一获取单元、所述转换模块包括第一转换单元和建模单元，其中所述第一获取单元获取地面至少任意四个特征位置点的GPS坐标与对应的图像坐标；所述图像坐标所在坐标系为第一平面直角坐标系；
所述第一转换单元将所述至少任意三个特征位置点的GPS坐标转换为第二平面直角坐标系中的坐标；
所述建模单元根据所述至少任意三个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的转换参数。
8.根据权利要求7坐标转换系统，其特征在于，所述第一转换单元用于将获取的GPS坐标通过高斯投影正算算法转换为在所述第二平面直角坐标系中的坐标。
9.根据权利要求8坐标转换系统，其特征在于，还包括第二转换单元，所述第二转换单元通过所述转换参数将所述第二平面直角坐标系中的所述坐标转换为在所述第一平面直角坐标系中的坐标。
10.根据权利要求7坐标转换系统，其特征在于，所述坐标获取模块还包括：
第二获取单元，用于获取图像上任一点的坐标；
第三转换单元，用于将所述获得的在所述第一平面直角坐标系中的图像坐标经所述转换参数转换为在所述第二平面直角坐标系中的坐标；以及
第四转换单元，用于将所述第二平面直角坐标系中的所述坐标经高斯投影反算算法转换为对应的GPS坐标。
11.根据权利要求7-10任一项所述的坐标转换系统，其特征在于，所述建模单元根据所述至少任意四个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标的对应关系进行仿射转换，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的转换参数包括：
对所述至少任意四个特征位置点在所述第一平面直角坐标系中的坐标和在所述第二平面直角坐标系中的坐标进行最小二乘算法拟合，获得所述第一平面直角坐标系和所述第二平面直角坐标系的作为所述转换参数的转换六参数。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，其特征在于，在该可执行指令被处理器加载时执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
13.一种服务器，其特征在于，包括处理器、存储介质和存储在所述存储介质中并可以在所述处理器中运行的可执行指令，所述处理器执行所述可执行指令时实现如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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