CN108399635A - 一种从二维图像分析空间位置信息的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于定位测量技术领域，公开了一种从二维图像分析空间位置信息的方法及装置，在目标端设置标识，并记录存储其现实空间信息，采集标识图像，结合采集到的标识的二维图像信息与其空间位置信息，获得二维图像信息与空间位置信息的数学映射关系，确定目标在二维图像上的位置信息，通过二维图像信息与空间位置信息的数学映射关系，换算出二维图像上目标的空间信息。本发明可以高精度、低成本、超快速地定位测量和分析空间信息。
Description
技术领域
本发明涉及定位测量技术，具体涉及一种从二维图像分析空间位置信息的方法及装置。
背景技术
用图像采集设备采集到的图像中的物体位置关系与现实空间的物体位置关系可能是不同的，比如空间中两物体是垂直关系，拍出它们的照片，二者在二维图像上可能已经不再是垂直关系。从二维图像分析空间位置信息意指由图像采集设备采集到的二维图像定位测量和分析目标的空间位置信息。
现有的从二维图像分析空间位置信息的技术，主要利用图像变换知识，用图像采集设备(如照相机)采集图像，从图像上找出标识点的二维信息，与预设的已知空间信息的标志点结合，通过数学映射关系，得到二维图像信息与空间位置信息的对应关系。将采集到的二维图像还原成与现实空间匹配的图像，在与现实空间匹配的图像上测量定位。这样做需要对所有的像素单元做变换，将图像上的所有二维图像信息转换为空间位置信息，计算成本高，自动化介入难度大，计算效率低。更为关键的是，对于某些时效性要求严格的应用场景来说，这种方法极有可能使转换计算出的空间位置信息因为迟延而丧失有用性，有些需求是高精准度的，为了提高精度而提高像素，计算成本、自动化难度都将大幅度提高，计算效率也将进一步下降，低时效弊端更加明显。因此，提供一种高精度、低成本、超快速地定位测量和分析空间位置信息的技术方案是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提出一种从二维图像分析空间位置信息的方法及装置，以实现高精度、低成本、超快速地定位测量和分析现实空间位置信息。
本发明采用以下技术方案予以实现：
一种从二维图像分析空间位置信息的方法，包括以下步骤：
(1)在目标端设置标识，增强标识的显示强度，并记录存储其空间位置信息。
(2)采集二维图像，确定标识的二维图像位置信息；可以使用软件的方式确定，也可以通过以下方式确定，即在目标图像到达图像采集单元的成像器平面前，被光学过滤装置预处理，只把标识成像于图像采集单元的成像器平面，获得标识在二维图像上的位置信息。
(3)结合采集到的标识的二维图像位置信息与其空间位置信息，获得二维图像位置信息与空间位置信息的数学映射关系；使用现有图像变换学，结合采集到的标识的二维图像位置信息与其空间位置信息，可得二维图像位置信息与空间位置信息的数学映射关系。
(4)确定目标在二维图像上的位置信息。某个已知的位置坐标，直接取用坐标；某未知坐标点，可以在步骤(2)发生前后短时间内从相同位置采集或直接调取未被光学过滤单元过滤而包含目标端全部信息的二维图像，用于辅助寻找目标点，通过软件确定二维图像上该点的位置信息，也可以通过人工干预的手段，如肉眼识别，确定目标在二维图像上的位置信息。
(5)通过二维图像位置信息与空间位置信息的数学映射关系，换算出二维图像上目标的空间位置信息。
一种从二维图像分析空间位置信息的装置，包括：
标识单元：提供标识及目标端关键信息；标识有明显的光学波长和/或强度和/或形状等特征，例如，与背景颜色反差大的三角形、矩形或比背景环境更亮的发光、反光装置等。标识为二维图像上的位置信息，标识单元记录存储所设置的标识的空间位置信息，供给计算单元中映射关系计算单元，以便计算数学映射关系。
图像采集单元：采集目标端二维图像；图像采集单元为凸透镜或者光学镜头组等。
图像处理单元：加工图像采集单元采集到的二维图像。
计算单元：进行数学运算，计算二维图像位置信息与空间位置信息的数学映射关系，换算二维图像上目标对应的空间位置信息。
还可以包括光学过滤单元：光学过滤单元处于目标端与图像采集单元的成像器之间的位置，可受控制的从在目标端和图像采集单元的成像器之间脱离和复位，可以选用电磁吸附和/或弹簧复位等方式安装。光学过滤单元可以对目标端非关键信息过滤，提取二维图像中标识的位置信息，通过光学过滤单元比软件更快地识别，当二维图像中标识相对于背景具有明显的色相差别等易于光学过滤单元发生作用时，优先使用光学过滤单元，确定标识的位置信息。
与现有技术相比，本发明只对关键目标的相位信息敏感，不把无关像素以及有关像素的无关信息带入计算过程，不需要重建现实模型，计算精炼高效，自动化程度高，保证很好的时效性。同时像素的提高不会在空间换算过程中增加计算量，而提高像素与提高分析精度有正相关性。实现高精度、低成本、超快速地定位测量和分析空间位置信息。
附图说明
图1：本发明一种从二维图像分析空间位置信息的装置结构图；
图2：本发明一种从二维图像分析空间位置信息的装置的数学映射关系示意图；
图3：本发明与现有技术计算流程对比图。
具体实施方式
如图1-3所示，一种从二维图像分析空间位置信息的方法，有以下步骤：
(1)在目标端设置标识，增强标识的显示强度，并记录存储其空间位置信息。
(2)采集二维图像，确定标识的二维图像位置信息；可以使用软件的方式确定，也可以通过以下方式确定，即在目标图像到达图像采集单元的成像器平面前，被光学过滤装置预处理，只把标识成像于图像采集单元的成像器平面，获得标识在二维图像上的位置信息。
(3)结合采集到的标识的二维图像位置信息与其空间位置信息，获得二维图像位置信息与空间位置信息的数学映射关系；使用现有图像变换学，结合采集到的标识的二维图像位置信息与其空间位置信息，可得二维图像位置信息与空间位置信息的数学映射关系。
(4)确定目标在二维图像上的位置信息。某个已知的位置坐标，直接取用坐标；某未知坐标点，可以在步骤(2)发生前后短时间内从相同位置采集或直接调取未被光学过滤单元过滤而包含目标端全部信息的二维图像，用于辅助寻找目标点，通过软件确定二维图像上某点的位置信息，也可以通过人工干预的手段，如肉眼识别，确定目标在二维图像上的位置信息。
(5)通过二维图像位置信息与空间位置信息的数学映射关系，换算出目标的空间位置信息。
实施例1
一种从二维图像分析空间信息的装置包括标识单元101、光学过滤单元102、图像采集单元103、图像处理单元104、计算单元105，计算单元105包括映射关系计算单元105.1和空间信息换算单元105.2。映射关系计算单元105.1计算二维图像信息与空间位置信息的数学映射关系，空间信息换算单元105.2计算二维图像上目标对应的空间位置信息。
标识单元101记录存储所设置的标识的空间位置信息，供给计算单元105中映射关系计算单元105.1。
标识单元101上所设置的标识有明显的光学波长、强度、形状一项或多项特征。例如，与背景颜色反差大的三角形、矩形或比背景环境更亮的发光、反光装置等。本实施例选用实用性好且使用普遍的波长特征标识1000nm波长左右的红外发光装置，800-1600nm高透的光学过滤材料作为光学过滤单元102。在1000nm波长左右的红外发光装置作为标识的情况下，图像采集单元103透过光学过滤单元102采集到的二维图像只有标识的成像，图像处理单元104低计算成本的分析到标识的空间信息，及时的交给数学计算单元105。
数学计算单元105中映射关系计算单元105.1面对两组数据,如图2和3，预设的标识空间位置信息201和采集到的二维图像中标识的位置信息202、预设的标识的空间信息(314、324)和采集到二维图像中的标识的位置信息(313、323)，本实施例以为单应性计算提供计算条件为例。单应性的计算条件，是空间位置信息和采集到的二维图像信息之间对应的至少4个点，映射关系计算单元105.1通过计算空间位置信息和二维图像信息的单应性得到二者数学映射关系。
预先知道目标固定成像于二维图像某位置的，例如：不管图像采集单元104如何变动位置，目标都处在成像平面的某一位置如：上7/30(图像位置坐标)、左21/50(图像位置坐标)处，则直接取用二维图像上该处的位置信息数据，结合映射关系计算单元105.1得到的数学映射关系通过空间信息换算单元105.2分析得到目标的空间信息，光学过滤单元102全程介入。
实施例2
本实施例仅在以下方面与实施例1不同，其他部分相同，不再赘述。
预先不知道目标成像于二维图像某位置的，需要图像采集单元103在同位置采集包含目标端全部信息的图像，一般在采集过滤的图像的前后短时间内，分离光学过滤单元102，采集没被过滤的图像，用于辅助寻找目标点，通过角点检测、轮廓检测等或者软件方法确定目标的位置信息，然后结合映射关系计算单元105.1得到的数学映射关系通过空间信息换算单元105.2处理得到目标的空间信息。
使用全自动化手段确定目标在二维图像的位置信息数据的精度往往不理想，直接影响结果精度，所以在对结果精度有很高要求的时候，这个步骤可以进行人工干预，如肉眼识别的方法，以半自动化的手段完成。
实施例3
本实施例仅在以下方面与实施例1不同，其他部分相同，不再赘述。
本实施例不包含光学过滤单元102，图像采集单元103采集包含目标端全部信息的图像，通过图形处理技术中的角点检测、轮廓检测等或者软件方法识别出标识，获得标识在二维图像上的明确二维信息，交给计算单元105。
实施例4
本实施例仅在以下方面与实施例1不同，其他部分相同，不再赘述。
本实施例不包含光学过滤单元102，图像采集单元103采集包含目标端全部信息的图像，并保留原始图像，通过图形处理技术中的角点检测、轮廓检测等或者软件方法识别出标识，获得标识在二维图像上的明确的位置信息，交给计算单元105。
调取前述图像采集单元103采集并保留的包含目标端全部信息的图像，用于辅助寻找目标点，通过角点检测、轮廓检测等或者软件方法确定目标在二维图像中的位置信息，然后结合映射关系计算单元105.1得到的数学映射关系通过空间信息换算单元105.2分析得到目标的空间信息。
使用全自动化手段确定目标在二维图像的空间数据的精度往往不理想，直接影响结果精度，所以在对结果精度有很高要求的时候，这个步骤可以进行人工干预，如肉眼识别，以半自动化的手段完成。
实施例5
循环重复以上任一实施例的过程，达到自动化监视报告目标空间位置信息的目的或连续化报告以连贯成连续图形或路径。
实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其进行任何限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种从二维图像分析空间位置信息的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在目标端设置标识，并记录存储其空间信息；
(2)采集二维图像，确定标识的二维图像信息；
(3)结合采集到的标识的二维图像信息与其空间位置信息，获得二维图像信息与空间位置信息的数学映射关系；
(4)确定目标在二维图像上的位置信息；
(5)通过步骤(3)得到的数学映射关系，换算出二维图像上目标的空间位置信息。
2.根据权利要求1所述的一种从二维图像分析空间位置信息的方法，其特征在于，所述步骤(2)的方法运用软件识别标识，确定标识在二维图像上的位置信息。
3.根据权利要求1所述的一种从二维图像分析空间位置信息的方法，其特征在于，所述步骤(2)的方法是获取经过过滤的二维图像，确定标识在二维图像上的位置信息。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种从二维图像分析空间位置信息的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中确定目标在二维图像上的位置信息的方法是通过软件识别，确定目标在二维图像上的位置信息。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种从二维图像分析空间位置信息的方法，其特征在于，所述的步骤(4)中确定目标在二维图像上的位置信息是通过肉眼识别的方式实现的。
6.一种从二维图像分析空间位置信息的装置，其特征在于，包括：
标识单元：提供标识信息；
图像采集单元：采集目标端二维图像；
图像处理单元：加工图像采集单元采集到的二维图像；
计算单元：进行数学运算，计算空间信息。
7.根据权利要求6所述的一种从二维图像分析空间位置信息的装置，其特征在于，计算单元包括映射关系计算单元和空间信息换算单元。计算二维图像与现实空间的数学映射关系，换算二维图像上目标对应的空间信息。
8.根据权利要求6或7所述的一种从二维图像分析空间位置信息的装置，其特征在于，还包括光学过滤单元，光学过滤单元在目标端和图像采集单元的成像器之间，过滤所述二维图像，确定标识在二维图像上的位置信息。
9.根据权利要求8所述的一种从二维图像分析空间位置信息的装置，其特征在于，光学过滤单元可受控制的从在目标端和图像采集单元的成像器之间脱离和复位。
10.根据权利要求6-9任一所述的一种从二维图像分析空间位置信息的装置，其特征在于：所述的标识有明显的光学波长和/或强度和/或形状特征。
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