CN112860946B - 一种视频图像信息转换为地理信息的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频图像信息转换为地理信息的方法及系统，将相机监控区域划分为a个预置位；选取任意一个预置位，获取该预置位的第一图像以及该预置位对应的相机参数PZT₁；对第一图像进图像处理，建立第一位置关系映射表；将第一图像划分为n张子图像，获取该子图像的PZT₁₁，对该子图像进行图像处理，输出n张子位置关系映射表；直到对所有的预置位遍历完成后，将a张参考位置映射表合并为该相机的位置信息映射表；实现对监控区域内的目标点位进行标识和定位；本发明的有益效果为能够快速的获取图像中任意一个目标点位在实际地理位置中的实际的距离的值；能够将该火点的GPS坐标通过预先设计的位置信息表，快速的查询火点在实际地理位置中的信息。

Description

一种视频图像信息转换为地理信息的方法及系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种视频图像信息转换为地理信息的方法及系统。

背景技术

视频监控技术已趋于成熟，但视频监控管理系统遇到的技术瓶颈是视频图像在监控地点或场景中的定位。当前，90％以上的视频监控系统没有将视频图像与其地理位置对应转换，只能通过图像或图像中标注的地点名称进行关联。

在传统的视频关联技术中，视频监控系统的用户界面基于视频显示，特别是对于涉及许多摄像机的复杂事件的实时跟踪，可能非常困难。在这种情况下，操作员必须快速，准确地决定要使用哪些摄像机在众多可用摄像机之间导航。为了应对安装的摄像机数量的增加，现代视频监控系统依靠智能视频监控实现自动化，并通过上下文感知解决方案更好地呈现监控数据，并与虚拟GIS环境集成。视频和GIS融合的前提是视频帧在地理上是参考的，地理配准视频在许多方面与摄像机校准和视频地理配准的问题有关。相机校准是计算机视觉中的一个基本问题，在许多视频监控应用中必不可少。相机校准是估计内部和/或外部参数的过程，内部参数处理相机的内部特性，例如焦距，主点，偏斜系数和失真系数，外在参数描述了它在世界上的位置和方向。

然而，一个系统接入的视频监控点达几十、上百个，每个视频采集点的监控范围半径达几公里甚至十几公里(尤其是高空瞭望视频监控点)，因此，通过图像或图像中标注的名称是无法定位图像所在的位置的，不能进行图像定位就意味着无法对图像显示的应急情况及时进行处置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种视频图像信息转换为地理信息的方法及系统，通过采用图像中的像素坐标和实际地理位置中的GPS技术相结合，并选取图像坐标中的具有明显特征的点作为参考点，获得图像中任意一个目标点位在实际地理位置中的距离。

本发明通过下述技术方案实现：

一种视频图像信息转换为地理信息的方法，包括以下步骤：

S1：根据相机所覆盖的监控区域，将监控区域划分为a个预置位，且相邻预置位之间没有重复区域；

S2：选取任意一个预置位，获取该预置位的第一图像以及该预置位对应的相机参数PZT₁；

S3：对第一图像进图像处理，获得第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，并基于参数PZT₁与第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，建立第一位置关系映射关系；

S4：将第一图像划分为n张子图像，选择任意一个子图像，通过调节相机的PZT参数直到子图像清晰可见，获取该子图像的PZT₁₁，对该子图像进行图像处理，获得子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，基于参数PZT₁₁与子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离建立子位置关系映射关系，直到对所有的子图像遍历完成，获得n个子位置关系映射关系；

S5：基于第一位置关系映射关系与n个子位置关系映射关系，建立该预置位的参考位置映射关系；

S6：遍历所有的预置位，并重复步骤S2-S7，获得a个参考位置映射关系，并将a个参考位置映射关系合并为该相机的位置信息映射表；

S7：基于位置信息映射表，实现对监控区域内的目标点位进行标识和定位。

优选地，所述图像处理的具体方法步骤为：

选择至少两个具有明显特征的参考点，包括第一参考点P1与第二参考点P2，获取P1的像素坐标(x1,y1)，P2的像素坐标(x2,y2)，以及P1的GPS坐标(e1,s1)，P2的GPS坐标(e2,s2)；

基于参数(x1,y1)、(x2,y2)、(e1,s1)、(e2,s2)，获得图像中每个像素点对应实际地理位置中的距离S1。

传统在视频图像信息转换为地理信息中，通过对GIS地图信息进行建模所测试的，采用这种方法计算得出的地理信息，人工操作量大，且步骤非常繁琐，采用本发明提供的一种视频图像信息转换为地理信息的方法及系统，通过对同一相机上的不同的PZT建立对应像素点与实际距离之间的位置关系，并将不同预置位的关系合并为一张位置信息表，任意一点可以通过与参考点之间的关系，快速的算出实际地理位置中的GPS位置信息。

优选地，所述S1的具体表达式为：

t为参考点P1与P2在像素坐标系中的像素偏移量，s为参考点P1与P2在实际地理位置中的距离。

优选地，所述PZT为相机的水平角度、垂直角度以及焦距，所述水平角度为0°～360°，所述垂直角度范围为0°～90°。

优选地，所述步骤S7中，具体操作的方法步骤包括：

当相机识别到任意一张图像中出现火点时，获取该相机对应的PZT，根据获得的该PZT参数，查询位置信息映射表中对应图像，获取火点在该图像中的像素坐标(x3,y3)以及该图像中每个像素点在实际地理位置中的实际距离；

基于该火点的像素坐标、第一参考点的像素坐标、第一参考点的GPS坐标以及该图像中每个像素点在实际地理位置中的实际距离，获得该火点在实际地理位置中的GPS坐标。

优选地，所述图像中具有明显特征的参考点包括图像中建筑物、高压线塔、水塘。

具有明显特征的参考点处理这些外，还包括具有颜色突出的数据，或形状、尺寸以及大小相应的山川。

优选地，所述目标点位为火点。

本发明还公开了一种视频图像信息转换为地理信息的系统，包括：

区域划分模块，用于根据相机所覆盖的监控区域，将监控区域划分为a个预置位，且相邻预置位之间没有重复区域；

数据获取模块，用于选取任意一个预置位，获取该预置位的第一图像以及该预置位对应的相机参数PZT₁；

第一图像处理模块，用于对第一图像进图像处理，获得第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，并基于参数PZT₁与第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，建立第一位置关系映射关系；

第二图像处理模块，用于将第一图像划分为n张子图像，选择任意一个子图像，通过调节相机的PZT参数直到子图像清晰可见，获取该子图像的PZT₁₁，对该子图像进行图像处理，获得子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，基于参数PZT₁₁与子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离建立子位置关系映射关系，直到对所有的子图像遍历完成，获得n个子位置关系映射关系；

第一信息生成模块，用于基于第一位置关系映射关系与n个子位置关系映射关系，建立该预置位的参考位置映射关系；

第二信息生成模块，用于遍历所有的预置位，并重复步骤S2-S7，获得a个参考位置映射关系，并将a个参考位置映射关系合并为该相机的位置信息映射表；

识别模块，用于基于位置信息映射表，实现对监控区域内的目标点位进行标识和定位。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、采用本发明提供的一种视频图像信息转换为地理信息的方法及系统，通过设置一个相机的不同PZT对应的不同的位置关系映射表，能够快速的获取图像中任意一个目标点位在实际地理位置中的实际的距离的值；

2、采用本发明提供的一种视频图像信息转换为地理信息的方法及系统，若在森林防火系统中，识别到任何一个火点，能够将该火点的GPS坐标通过预先设计的位置信息表，快速的查询火点在实际地理位置中的信息；

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明方法示意图

图2为本发明装置结构示意图

图3为像素坐标示意图

图4为预置位划分示意图

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例一

本实施例公开了一种视频图像信息转换为地理信息的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：根据相机所覆盖的监控区域，将监控区域划分为a个预置位，且相邻预置位之间没有重复区域，如图4所示；

每个相机都有属于该相机的PZT参数，PZT参数包括该相机的水平角度、垂直角度以及相机的焦距大小，水平角度指的是相机在水平面上可以绕着360度进行旋转的范围角度，垂直角度是相机相对于竖直角度上进行旋转的角度，且PZT参数可以通过相机上的值直接获取，同一个相机能够在监控的范围内进行旋转，将能够监控到的区域进行预置位的分区，预置位代表的是一个相机在一个PZT下，获得的一张图像，相互接近的预置位之间在同一个相机放大的焦距下的区域是没有重复的地方，且他们的PZT完全不同，

S2：选取任意一个预置位，获取该预置位的第一图像以及该预置位对应的相机参数PZT₁；,

每一个预置位都对应有一张图像，且该图像为远景图像，对应相机的一个PZT₁。

S3：对第一图像进图像处理，获得第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，并基于参数PZT₁与第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，建立第一位置关系映射关系；

在第一图像中，采用的相机的PZT不同，则图像中每个像素点对应在实际地理位置中的地理位置的距离不一样，因此，需要计算出图像中每个像素点对应在实际地理位置信息中的实际距离的值为多少，找出像素点与实际距离之间的对应的关系。

S4：将第一图像划分为n张子图像，选择任意一个子图像，通过调节相机的PZT参数直到子图像清晰可见，获取该子图像的PZT₁₁，对该子图像进行图像处理，获得子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，基于参数PZT₁₁与子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离建立子位置关系映射关系，直到对所有的子图像遍历完成，获得n个子位置关系映射关系；

因为获取的第一图像中，是一副大视角的远景图，因此图中对于远景的物体，不能直接从第一图像中清晰的获得，因此就需要将第一图像划分为n张子图像，对于每一张子图像，需要调节相机的PZT参数，使得从相机获取的该图像，能够清晰的看见图像中的树木、山川等景色，因此，对于该子图像对应的相机的PZT也不一样，且该子图像中的像素点所对应的实际地理位置中的实际距离也不一样，因此就需要重新对图像分析，计算新的像素点对应的地理位置中的实际距离；

因此，获得的n张子图像中，当相机对每个子图像进行清晰放大的获取该图像时，都会有不同的PZT与该子图像进行匹配，即不同的子图像对应同一个相机的不同的PZT，每张子图像都会获得该子图像对应的PZT与像素点之间的关系。

图像处理的具体方法步骤为：

选择至少两个具有明显特征的参考点，包括第一参考点P1与第二参考点P2，获取P1的像素坐标(x1,y1)，P2的像素坐标(x2,y2)，以及P1的GPS坐标(e1,s1)，P2的GPS坐标(e2,s2)；

基于参数(x1,y1)、(x2,y2)、(e1,s1)、(e2,s2)，获得图像中每个像素点对应实际地理位置中的距离S1。

S1的具体表达式为：

t为参考点P1与P2在像素坐标系中的像素偏移量，s为参考点P1与P2在实际地理位置中的距离，如图3所示，图中的预置点就是本专利方案中的预置位。

通过在获得的图像中选择具有明显特征的点位作为参考点，通过像素坐标系能够获得该参考点的像素坐标，根据GPS地理定位信息能够获得该参考点在实际地理位置中的实际GPS坐标点位，并通过参考点之间的像素偏移量与参考点在实际地理位置之间的实际的距离值，计算出该图像像素点对应的实际地理位置的实际距离值，且在图像中选择的参考点越多，最终对于图像中任意一点基于该距离关系，所计算获得的GPS坐标会更准确。

S5：基于第一位置关系映射关系与n个子位置关系映射关系，建立该预置位的参考位置映射关系；

S6：遍历所有的预置位，并重复步骤S2-S7，获得a个参考位置映射关系，并将a个参考位置映射关系合并为该相机的位置信息映射表；

对于不同的预置位会对应着不同的第一图像，且获取的每个第一图像对于远景都不是特别清晰可见，因此对于每个预置位获取的图像都需要将该图像划分为多个子图像，在根据子图像计算对应的像素点在实际地理位置信息中的实际距离，因此不同的预置位，可以建立不同的参考位置映射关系，将不同的参考位置映射关系合并为该相机的位置信息映射表。

S7：基于位置信息映射表，实现对监控区域内的目标点位进行标识和定位，目标点位为火点。

在建立好位置信息映射表之后，会根据建立的位置信息映射表，将相机安装在森林防火系统中，并通过相机对周围的图像环境进行巡航，当识别到图像中出现火点的地方时，若火点为远景中的火点，则需要选取该火点对应的子图像以及对应该相机的PTZ，计算出该火点此时的像素坐标，根据像素坐标到参考点的像素偏移量，可以直接获得该火点在实际地理位置中的GPS坐标。

当相机识别到任意一张图像中出现火点时，获取该相机对应的PZT，根据获得的该PZT参数，查询位置信息映射表中对应图像，获取火点在该图像中的像素坐标(x3,y3)以及该图像中每个像素点在实际地理位置中的实际距离；

基于该火点的像素坐标、第一参考点的像素坐标、第一参考点的GPS坐标以及该图像中每个像素点在实际地理位置中的实际距离，获得该火点在实际地理位置中的GPS坐标。

通过选择参考点，并直接计算任意一点到该参考点之间的像素偏移量，并计算对应在实际地理位置中相对于该参考点的实际距离，并通过现有技术计算出该火点在实际地理位置中的GPS值。

实施例二

本实施例公开了一种视频图像信息转换为地理信息的系统，且该系统实现了实施例一中的转换方法，如图2所示，包括：

区域划分模块，用于根据相机所覆盖的监控区域，将监控区域划分为a个预置位，且相邻预置位之间没有重复区域；

数据获取模块，用于选取任意一个预置位，获取该预置位的第一图像以及该预置位对应的相机参数PZT₁；

第一图像处理模块，用于对第一图像进图像处理，获得第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，并基于参数PZT₁与第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，建立第一位置关系映射关系；

第二图像处理模块，用于将第一图像划分为n张子图像，选择任意一个子图像，通过调节相机的PZT参数直到子图像清晰可见，获取该子图像的PZT₁₁，对该子图像进行图像处理，获得子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，基于参数PZT₁₁与子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离建立子位置关系映射关系，直到对所有的子图像遍历完成，获得n个子位置关系映射关系；

第一信息生成模块，用于基于第一位置关系映射关系与n个子位置关系映射关系，建立该预置位的参考位置映射关系；

第二信息生成模块，用于遍历所有的预置位，并重复步骤S2-S7，获得a个参考位置映射关系，并将a个参考位置映射关系合并为该相机的位置信息映射表；

识别模块，用于基于位置信息映射表，实现对监控区域内的目标点位进行标识和定位。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种视频图像信息转换为地理信息的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：根据相机所覆盖的监控区域，将监控区域划分为a个预置位，且相邻预置位之间没有重复区域；

S2：选取任意一个预置位，获取该预置位的第一图像以及该预置位对应的相机参数PZT₁；

S3：对第一图像进图像处理，获得第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，并基于参数PZT₁与第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，建立第一位置关系映射关系；

S4：将第一图像划分为n张子图像，选择任意一个子图像，通过调节相机的PZT参数直到子图像清晰可见，获取该子图像的PZT₁₁，对该子图像进行图像处理，获得子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，基于参数PZT₁₁与子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离建立子位置关系映射关系，直到对所有的子图像遍历完成，获得n个子位置关系映射关系；

S5：基于第一位置关系映射关系与n个子位置关系映射关系，建立该预置位的参考位置映射关系；

S6：遍历所有的预置位，并重复步骤S2-S7，获得a个参考位置映射关系，并将a个参考位置映射关系合并为该相机的位置信息映射表；

S7：基于所述位置信息映射表，实现对监控区域内的目标点位进行标识和定位；

所述图像处理的具体方法步骤为：

选择至少两个具有明显特征的参考点，包括第一参考点P1与第二参考点P2，获取P1的像素坐标(x1,y1)，P2的像素坐标(x2,y2)，以及P1的GPS坐标(e1,s1)，P2的GPS坐标(e2,s2)；

基于参数(x1,y1)、(x2,y2)、(e1,s1)、(e2,s2)，获得图像中每个像素点对应实际地理位置中的距离S1。

2.根据权利要求1所述的一种视频图像信息转换为地理信息的方法，其特征在于，所述S1的具体表达式为：

s1＝s/t

t为参考点P1与P2在像素坐标系中的像素偏移量，s为参考点P1与P2在实际地理位置中的距离。

3.根据权利要求1所述的一种视频图像信息转换为地理信息的方法，其特征在于，所述PZT参数为相机的水平角度、垂直角度以及焦距，所述水平角度为0°～360°，所述垂直角度范围为0°～90°。

4.根据权利要求1所述的一种视频图像信息转换为地理信息的方法，其特征在于，所述步骤S7中，具体操作的方法步骤包括：

当相机识别到任意一张图像中出现火点时，获取该相机对应的PZT，根据获得的该PZT参数，查询位置信息映射表中对应图像，获取火点在该图像中的像素坐标(x3,y3)以及该图像中每个像素点在实际地理位置中的实际距离；

基于该火点的像素坐标、第一参考点的像素坐标、第一参考点的GPS坐标以及该图像中每个像素点在实际地理位置中的实际距离，获得该火点在实际地理位置中的GPS坐标。

5.根据权利要求1～4任一所述的一种视频图像信息转换为地理信息的方法，其特征在于，所述图像中具有明显特征的参考点包括图像中建筑物、高压线塔、水塘。

6.根据权利要求1所述的一种视频图像信息转换为地理信息的方法，其特征在于，所述目标点位为火点。

7.一种视频图像信息转换为地理信息的系统，其特征在于，实现如权利要求1～6任一所述的方法，包括：

区域划分模块，用于根据相机所覆盖的监控区域，将监控区域划分为a个预置位，且相邻预置位之间没有重复区域；

数据获取模块，用于选取任意一个预置位，获取该预置位的第一图像以及该预置位对应的相机参数PZT₁；

第一图像处理模块，用于对第一图像进图像处理，获得第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，并基于参数PZT₁与第一图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，建立第一位置关系映射关系；

第二图像处理模块，用于将第一图像划分为n张子图像，选择任意一个子图像，通过调节相机的PZT参数直到子图像清晰可见，获取该子图像的PZT₁₁，对该子图像进行图像处理，获得子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离，基于参数PZT₁₁与子图像中每个像素点在实际地理位置中的距离建立子位置关系映射关系，直到对所有的子图像遍历完成，获得n个子位置关系映射关系；

第一信息生成模块，用于基于第一位置关系映射关系与n个子位置关系映射关系，建立该预置位的参考位置映射关系；

第二信息生成模块，用于遍历所有的预置位，并重复步骤S2-S7，获得a个参考位置映射关系，并将a个参考位置映射关系合并为该相机的位置信息映射表；

识别模块，用于基于位置信息映射表，实现对监控区域内的目标点位进行标识和定位。

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