CN110243339A

CN110243339A - 一种单目摄像头定位方法、装置、可读存储介质及电子终端

Info

Publication number: CN110243339A
Application number: CN201910555796.XA
Authority: CN
Inventors: 程智睿
Original assignee: Chongqing Unisinsight Technology Co Ltd
Current assignee: Chongqing Unisinsight Technology Co Ltd
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2019-09-17

Abstract

本发明公开了一种单目摄像头定位方法，包括：确定当前摄像头C的坐标位置信息(lon0,lat0,H)；对拍摄目标P进行对焦，对焦焦点为摄像头C画面中点；实时获取当前摄像头C的光学参数，根据摄像头C的坐标位置信息和光学参数获得拍摄目标P水平位置的经纬度坐标lonP和latP。以单目摄像头的坐标位置和拍摄目标的光学参数为条件，通过计算获得监控目标的经纬度，具有参数少，计算量小，精度高，应用便捷等优点。

Description

一种单目摄像头定位方法、装置、可读存储介质及电子终端

技术领域

本发明属于定位技术领域，具体涉及一种单目摄像头定位方法、装置、可读存储介质及电子终端。

背景技术

随着安防监控产业的发展，人们对监控目标定位应用和定位精度的要求越来越高。然而在无法获取到监控目标GPS数据时，通常是直接以监控设备的坐标作为监控目标的坐标数据，采用这种方式得到的目标坐标值误差较大，并且无法获得目标真实的运动轨迹。为了得到准确的目标定位数据，通常采用以现有监控设备为基础间接获取目标的定位数据。

目前摄像头定位的解决方案主要包含三个方面：计算机视觉识别定位、基于参照物定位以及多目摄像头协作定位。

计算机视觉识别定位在对目标进行特征提取后，通过目标特征坐标在每一帧图像中的位移来计算目标与摄像头的相对位置，采用该方法前期需要大量样本数据进行模型训练，同时对摄像头的精度和目标的拍摄环境要求高，该方案的缺点：计算量大、摄像头成本高、恶劣环境下识别精度差。

基于参照物定位通过对比目标位移与参照物的相对位置，计算得到目标的定位数据。采用该方法前期需要对大量参照物进行标定，并且摄像头只能使用高精度广角摄像头拍摄，对摄像头焦距有限制，不利于广泛使用。

多目摄像头协作定位需要多个摄像头的绝对坐标以及图像识别监控目标在多个摄像头拍摄图像所处位置，通过关联数据进行计算得到监控目标的定位数据。采用该方法需要多个摄像头协同工作，使得该方案在摄像头成本上较高，同时若其中某一个摄像头工作故障，将会导致定位数据错误，因此该方案的容错率较低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明提供一种单目摄像头定位方法、装置、可读存储介质及电子终端，用于解决现有定位方式存在成本高、设备限制大、前期工作量大、图像计算量大、定位准确度受环境影响大、容错率低等缺点。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于光学成像的单目摄像头定位方法，所述定位方法包括：

确定当前摄像头C的绝对坐标信息(lon0,lat0,H)，其中，lon0表示摄像头C所在地理位置的经度，lat0表示摄像头C所在地理位置的纬度，H表示摄像头C的安装高度；

对拍摄目标P进行对焦,对焦焦点为摄像头C画面中点；

实时获取当前摄像头C的对焦拍摄目标时的光学参数，所述光学参数包括焦距f、像距v、摄像头C的拍摄角度a和摄像头的转向角度b；

根据所述焦距f和所述像距v计算拍摄目标P与摄像头C的直线距离u；

根据摄像头C的安装高度H和拍摄角度a以及拍摄目标P以拍摄角度a投影到水平面的投影点P`、摄像头C、摄像头C在竖直方向的投影点C0之间的三角函数关系获得投影点P`距离摄像头C的水平面距离L；

根据摄像头C的绝对坐标信息(lon0,lat0,H)和转向角度b获得投影点P`的坐标信息(lonP`,latP`)，其中，lonP`表示投影点P`的经度，latP`表示投影点P`的纬度；

根据所述水平面距离L、所述拍摄角度a以及投影点P`、摄像头C、投影点C0之间的三角函数关系获得投影点P`到摄像头C的直线距离S；

根据投影点P`、拍摄目标P、摄像头C、投影点C0之间的三角函数关系，获得拍摄目标投影点P`到P在竖直方向的投影点P0的直线距离l；

根据投影点P`、投影点P0和投影点C0之间的三角函数关系，获得拍摄目标P水平位置的经纬度坐标lonP和latP。

可选地，所述直线距离u表示为：

u＝1/(1/f-1/v)。

可选地，所述投影点P`的坐标信息(lonP`,latP`)表示为：

lonP`＝lon0+L×sinb

latP`＝lon0+L×cosb

其中，0°≤b≤360°。

可选地，投影点P`距离摄像头C的水平面距离L表示为：

L＝H×tana。

可选地，水平面距离L和所述拍摄角度a获得投影点P`到摄像头C的直线距离S表示为：

S＝L/sina。

可选地，所述拍摄目标P在竖直方向的投影点P0到投影点P`的直线距离l表示为：

l＝(S-u)×L/S。

可选地，所述拍摄目标P水平位置的经纬度坐标lonP和latP表示为：

lonP＝(L-l)×lonP`/L，latP＝(L-l)×latP`/L。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种单目摄像头定位装置，该定位装置包括：

摄像头位置信息获取模块，用于确定当前摄像头C的绝对坐标信息(lon0,lat0,H)，其中，lon0表示摄像头C所在地理位置的经度，lat0表示摄像头C所在地理位置的纬度，H表示摄像头安装高度；

对焦控制模块，用于对拍摄目标P进行对焦,对焦焦点为摄像头C画面中点；

光学参数获取模块，用于实时获取当前摄像头C的对焦拍摄目标时的光学参数，所述光学参数包括焦距f、像距v、摄像头C的拍摄角度a和摄像头的转向角度b；

第一直线距离获取模块，用于根据所述焦距f和所述像距v计算拍摄目标P与摄像头C的直线距离u；

水平面距离获取模块，用于根据摄像头C的安装高度H和拍摄角度a以及拍摄目标P以拍摄角度a投影到水平面的投影点P`、摄像头C、摄像头C在竖直方向的投影点C0之间的三角函数关系获得投影点P`距离摄像头C的水平面距离L；

投影点坐标信息获取模块，用于根据摄像头C的绝对坐标信息(lon0,lat0,H)和转向角度b获得投影点P`的坐标信息(lonP`,latP`)，其中，lonP`表示投影点P`的经度，latP`表示投影点P`的纬度；

第二直线距离获取模块，用于根据所述水平面距离L、所述拍摄角度a以及投影点P`、摄像头C、投影点C0之间的三角函数关系获得投影点P`到摄像头C的直线距离S；

第三直线距离获取模块，用于根据投影点P`、拍摄目标P、摄像头C、投影点C0之间的三角函数关系，获得拍摄目标投影点P`到P在竖直方向的投影点P0的直线距离l；

拍摄目标位置信息获取模块，用于根据投影点P`、投影点P0和投影点C0之间的三角函数关系，获得拍摄目标P水平位置的经纬度坐标lonP和latP。

本发明还提供一种可读存储介质，存储计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行所述的单目摄像头定位方法。

本发明还提供一种电子终端，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行所述的单目摄像头定位方法。

如上所述，本发明的一种单目摄像头定位方法、装置、可读存储介质及电子终端，具有以下有益效果：

本发明属于一种精确定位方法，通过确定当前摄像头C的坐标位置信息(lon0,lat0,H)；对拍摄目标P进行对焦；实时获取当前摄像头C的光学参数，根据摄像头C的坐标位置信息和光学参数获得拍摄目标P水平位置的经纬度坐标lonP和latP。以单目摄像头的坐标位置和拍摄目标的光学参数为条件，通过计算获得监控目标的经纬度，具有参数少，计算量小，精度高，应用便捷等优点。

附图说明

图1是本发明实施例的一种单目摄像头定位方法的流程图；

图2是摄像头光学成像原理示意图；

图3是本发明实施例所涉及的摄像头和目标的几何关系示意图；

图4是本发明实施例的一种单目摄像头定位装置的示意框图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提供一种基于光学成像的单目摄像头定位方法，其实现步骤包括：

步骤S101，确定当前摄像头C的绝对坐标信息。C的绝对坐标信息被定义为(lon0,lat0,H),其中，lon0表示摄像头C所在地理位置的经度，lat0表示摄像头C所在地理位置的纬度，H表示摄像头安装高度，根据摄像头设备位置参数，在图3中以C点表示。同时，图3中的x轴和y轴也表示水平面地理位置的经线和纬线。

步骤S102，对拍摄目标P进行对焦。对焦-Focus，是指通过照相机对焦机构变动物距和像距的位置，使被拍物成像清晰的过程。通常相机有多种对焦方式，分别是自动对焦、手动对焦和多重对焦方式，本实施例采用手动对焦的方式。

具体地，通过连续调整摄像头C的拍摄角度，始终将目标置于画面中间，对焦焦点为画面的中点，以保证焦距f、像距v、物距u三者之间的关系式成立。

步骤S103，实时获取当前摄像头C的对焦拍摄目标时的光学参数，所述光学参数至少包括：焦距f、像距v，摄像头C的拍摄角度a，摄像头C的转向角度b。

其中，拍摄角度a具体表示摄像头C的拍摄俯角或仰角的角度值；换言之，拍摄角度a即为摄像头C与竖直方向的夹角，竖直方向为向下，且通常该夹角小于90度。转向角度b具体表示摄像头C在水平方向转动的角度值，通常摄像头C在水平方向正对北时将转向角度b定义0度，摄像头C顺时针转动时角度转向角度b增大；换言之，转向角度b即为摄像头C与经线的夹角，方向为北。根据拍摄角度a和转向角度b，在图3中分别以C0、C、P`三点的夹角a和P`、C0、x轴的夹角b表示。

需要指出的是，拍摄目标通常是一个较大的三维实体，而摄像头C的对焦点是目标在三维空间上的某一个点，可以将该点定义为P，并定义其在三维空间的坐标信息，其表示为(lonP,latP,h)，其中，lonP和latP是本实施例方案中需要解决的目标地理位置经度和纬度，h是P点到水平面竖直方向的垂直距离。根据上述信息，在图3以P点表示，不难看出P点所在竖直方向的直线即为目标的三维实体，P点仅是目标上的某个点，P点竖直投影到水平面上的P0点的经纬度数据即为目标的经纬度数据。

步骤S104，根据图2摄像头光学成像原理示意图，其中，1表示CCD靶面，2表示镜头，3表示视角，4表示目标物体，即拍摄目标。根据步骤S102获取到的焦距f和像距v计算拍摄目标P与摄像头C的直线距离u，该直线距离u在光学成像中也称为物距，其计算公式为：

u＝1/(1/f-1/v)(公式1)

步骤S105，由于摄像头C安装时垂直于水平面，根据摄像头C的高度H和拍摄角度a，可以获得拍摄目标P以角度a投影到水平面的投影点P`的坐标信息(lonP`,latP`)，其中，lonP`和latP`为投影点P`的经度和纬度。投影点P`在图3中以点P`表示。与此同时，还可以获得投影点P`距离摄像头C的水平面距离L。其中，根据投影点P`、摄像头C在竖直方向的投影点C0、摄像头C三点存在的三角函数关系，则L的计算公式为：

L＝H×tana(公式2)

步骤S106，根据投影点P`、投影点C0、x轴三者lonP`和latP`的计算公式为：

lonP`＝lon0+L×sinb(0°≤b＜360°)(公式3)

latP`＝lon0+L×cosb(0°≤b＜360°)(公式4)

步骤S107，根据投影点P`到摄像头C的水平面距离L和摄像头C的拍摄角度a可以获得投影点P`到摄像头C的直线距离S，其中投影点P`、投影点C0、摄像头C三点存在的三角函数关系，则S的计算公式为：

S＝L/sina(公式5)

步骤S108，进一步的，由(公式2)和(公式5)，根据投影点P`、拍摄目标P、摄像头C、投影点C0在三维空间存在的三角函数关系，可以获得拍摄目标P在竖直方向的投影点P0到投影点P`的直线距离l，其计算公式为：

l＝(S-u)×L/S(公式6)

步骤S109，由(公式6)，根据投影点P`、投影点P0和摄像头C在竖直方向的投影点C0，三者在水平面二维空间存在的三角函数关系，可以获得拍摄目标P水平位置的经度lonP和纬度latP，其计算公式为：

lonP＝(L-l)×lonP`/L(公式7)

latP＝(L-l)×latP`/L(公式8)

至此，通过摄像头C的坐标位置和摄像头拍摄目标的光学参数得到了目标的经度lonP和纬度latP。

本实施例公开的一种以摄像头经纬度坐标位置和对焦拍摄目标时摄像头光学参数为条件，计算得到目标准确的经纬度坐标位置信息，该方法可以直接应用于现有的监控网络中，具有应用便捷的优点。并且该方法在计算过程中参数数量少，计算量小，对处理器的性能要求低。同时该方法不受环境和参考物的影响，具有应用广泛的优势。

如图4所示，本实施例还提供一种单目摄像头定位装置，该定位装置包括：

摄像头位置信息获取模块101，用于确定当前摄像头C的绝对坐标信息(lon0,lat0,H)，其中，lon0表示摄像头C所在地理位置的经度，lat0表示摄像头C所在地理位置的纬度，H表示摄像头安装高度；

对焦控制模块102，用于对拍摄目标P进行对焦，对焦焦点为画面的中点；

光学参数获取模块103，用于实时获取当前摄像头C的对焦拍摄目标时的光学参数，所述光学参数包括焦距f、像距v、摄像头C的拍摄角度a和摄像头的转向角度b；

第一直线距离获取模块104，用于根据所述焦距f和所述像距v计算拍摄目标P与摄像头C的直线距离u；

水平面距离获取模块105，用于根据摄像头C的安装高度H和拍摄角度a以及拍摄目标P以拍摄角度a投影到水平面的投影点P`、摄像头C、摄像头C在竖直方向的投影点C0之间的三角函数关系获得投影点P`距离摄像头C的水平面距离L；

投影点坐标信息获取模块106，用于根据摄像头C的绝对坐标信息(lon0,lat0,H)和转向角度b获得投影点P`的坐标信息(lonP`,latP`)，其中，lonP`表示投影点P`的经度，latP`表示投影点P`的纬度；

第二直线距离获取模块107，用于根据所述水平面距离L、所述拍摄角度a以及投影点P`、摄像头C、投影点C0之间的三角函数关系获得投影点P`到摄像头C的直线距离S；

第三直线距离获取模块108，用于根据投影点P`、拍摄目标P、摄像头C、投影点C0之间的三角函数关系，获得拍摄目标投影点P`到P在竖直方向的投影点P0的直线距离l；

拍摄目标位置信息获取模块109，用于根据投影点P`、投影点P0和投影点C0之间的三角函数关系，获得拍摄目标P水平位置的经纬度坐标lonP和latP。

于一实施例中，所述直线距离u表示为：

u＝1/(1/f-1/v)。

于一实施例中，所述投影点P`的坐标信息(lonP`,latP`)表示为：

lonP`＝lon0+L×sinb

latP`＝lon0+L×cosb

其中，0°≤b≤360°。

于一实施例中，投影点P`距离摄像头C的水平面距离L表示为：

L＝H×tana。

于一实施例中，水平面距离L和所述拍摄角度a获得投影点P`到摄像头C的直线距离S表示为：

S＝L/sina。

于一实施例中，所述拍摄目标P在竖直方向的投影点P0到投影点P`的直线距离l表示为：

l＝(S-u)×L/S。

于一实施例中，所述拍摄目标P水平位置的经纬度坐标lonP和latP表示为：

lonP＝(L-l)×lonP`/L，latP＝(L-l)×latP`/L。

需要说明的是，由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应，因此装置部分的实施例的内容请参见方法部分的实施例的描述，这里暂不赘述。

本发明还提供一种存储介质，存储计算机程序，所述计算机程序被处理器运行时执行前述的单目摄像头定位方法。

本发明还提供一种电子终端，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行前述的单目摄像头定位方法。

所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器可以是内部存储单元或外部存储设备，例如插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字卡(Secure Digital,SD)，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器还可以既包括内部存储单元，也包括外部存储设备。所述存储器用于存储所述计算机程序以及其他程序和数据。所述存储器还可以用于暂时地存储己经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括:能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器((RAM,Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种单目摄像头定位方法，其特征在于，所述定位方法包括：

对拍摄目标P进行对焦，对焦焦点为摄像头C画面中点；

2.根据权利要求1所述的一种单目摄像头定位方法，其特征在于，所述直线距离u表示为：

u＝1/(1/f-1/v)。

3.根据权利要求1所述的一种单目摄像头定位方法，其特征在于，所述投影点P`的坐标信息(lonP`,latP`)表示为：

lonP`＝lon0+L×sinb

latP`＝lon0+L×cosb

其中，0°≤b≤360°。

4.根据权利要求1所述的一种单目摄像头定位方法，其特征在于，投影点P`距离摄像头C的水平面距离L表示为：

L＝H×tana。

5.根据权利要求1所述的一种单目摄像头定位方法，其特征在于，水平面距离L和所述拍摄角度a获得投影点P`到摄像头C的直线距离S表示为：

S＝L/sin a。

6.根据权利要求1所述的一种单目摄像头定位方法，其特征在于，所述拍摄目标P在竖直方向的投影点P0到投影点P`的直线距离l表示为：

l＝(S-u)×L/S。

7.根据权利要求1所述的一种单目摄像头定位方法，其特征在于，所述拍摄目标P水平位置的经纬度坐标lonP和latP表示为：

lonP＝(L-l)×lonP`/L，latP＝(L-l)×latP`/L。

8.一种单目摄像头定位装置，其特征在于，该定位装置包括：

对焦控制模块，用于对拍摄目标P进行对焦，对焦焦点为摄像头C画面中点；

9.一种存储介质，存储计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至7中任一项所述的单目摄像头定位方法。

10.一种电子终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行如权利要求1至7中任一项所述的单目摄像头定位方法。