(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210711311.3 (22)申请日 2022.06.22 (71)申请人 南京国图信息产业有限公司 地址 210019 江苏省南京市 鼓楼区集慧路 18号联创科技大厦12、 13、 18层 (72)发明人 尹烁　戚知晨　阮婧　殷海军　 (74)专利代理 机构 深圳峰诚志合知识产权代理 有限公司 4 4525 专利代理师 杜翠鸣 (51)Int.Cl. G06V 20/10(2022.01) G06V 20/40(2022.01) G06V 20/52(2022.01) G06V 10/24(2022.01) G06V 10/70(2022.01)G06N 20/20(2019.01) (54)发明名称 一种高维超定方程的单目瞭望塔监控视频 目标空间定位方法 (57)摘要 本发明公开一种基于高维超定方程的单目 瞭望塔监控视频目标空间定位方法， 具体步骤包 括构建视地参考点、 构建单目相机视地空间双向 映射模型、 误差评估与模 型优化、 地视转换、 视地 转换五个步骤。 本发明基于单目瞭望塔摄像机云 台实时回传角度数据和视频画面地物的地理空 间坐标， 构建超定方程组， 实现视地空间双向映 射， 满足定位精度需求， 解决单目瞭望塔摄像机 监控视频目标与地理空间实时双向定位问题， 具 有适用性强、 定位范围广、 定位精度高、 数据实时 回传等优点， 在城市安防、 森林防火等场景中具 有较高的应用价 值。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 114898218 A 2022.08.12 CN 114898218 A 1.一种基于高维超定方程的单目瞭望塔监控视频目标空间定位方法， 其特征在于： 该 方法基于高维超定方程， 通过少量参考点标定， 构建摄像机视地空间映射模型， 实现野外大 范围的视频画面目标点 位与地理 空间坐标之间的高精度双向定位。 包括如下步骤： 步骤1、 构建视地参考点： 调 节摄像机姿态， 将摄像机画面中心点对准边界清晰的地物， 同时在地图上找到该地物， 记录此时的地物的地理空间坐标和摄像机旋转角Pan、 Tilt值， 作为视地 参考点， 记为P(x,y,z,p,t)。 步骤2、 构建单目相机视地空间双向映射模型： 单目相机视地空间双向映射模型的实质 是摄像机旋转角(p,t)和地理空间坐标(x,y,z)之间对应的函数关系， 可拆解为地理空间坐 标到摄像机旋转角的地视映射模型和摄像机旋转角到地理空间坐标的视地映射模型， 具体 步骤如下： 步骤2.1、 构建从(x,y,z)到(p,t)的坐标转换关系， 建立对应高维超定方程， 代入视地 参考点， 求解高维超定方程未知数， 得到地理 空间坐标到摄 像机旋转角的地视映射模型。 步骤2.2、 构建从(p,t)到(x,y,z)的坐标转换关系， 建立对应高维超定方程， 代入视地 参考点， 求解高维超定方程未知数， 得到摄 像机旋转角到地理 空间坐标的视地映射模型。 步骤3、 误差评估与模型优化： 将视地参考点的地理空间坐标带入模型中求得对应旋转 角， 计算地视转换误差， 对误差较大 的点进行调整或删除， 直到均方根误差满足定位需求。 将视地参考点的旋转角代入模型中求得对应地理空间坐标， 计算视地转换误差， 对误差较 大的点进行调整或删除， 直到均方根 误差满足定位需求。 步骤4、 地视转换： 在地图定位范围内任意选定点P， 获取该点地理空间坐标(x,y,z)， 将 (x,y,z)代入选定的地视定位模 型， 解算出对应的摄像机旋转角(p',t)， 由于地视转换模 型 存在一定的系统误差， 需采用一种几何纠正方法优化， 计算获取更高精度的摄像机旋转角 (p,t)， 然后通过网络连接远程控制摄像机姿态变换， 使目标点位处于监控画面中心， 实现 地视转换。 步骤5、 视地转换： 在摄像机监控画面中任意选中目标点， 通过透视投影模型， 根据目标 点像素坐标获取当目标处于画面中心时对应的摄像机旋转角参数(p,t)， 将(p,t)代入 单目 相机视地空间双向映射模型， 解得对应地理空间坐标(x,y,z)， 并在地图上标识， 实现视地 转换。 2.根据权利要求1所述的基于高维超定方程的单目瞭望塔监控视频目标空间定位方 法， 其特征在于： 所述步骤1中， 采集的视地参考点数量应不少于14组， 以满足 高维超定方程 中未知数 的解算需求。 视地参考点应尽量均匀分布于摄像机的各个方向， 以平衡定位范围 内的定位精度。 3.根据权利要求1所述的基于高维超定方程的单目瞭望塔监控视频目标空间定位方 法， 其特征在于： 所述步骤2中， 单目相机视地空间双向 映射模型的实质是摄像机旋转角(p, t)和地理空间坐标(x,y,z)之间对应的函数关系， 可拆解为地理空间坐标到摄像机旋转角 的地视映射模型和摄 像机旋转角到地理 空间坐标的视地映射模型， 具体步骤如下： 步骤3.1、 地理空间坐标到摄像机旋转角的地视映射模型， 即构建从(x,y,z)到(p,t)的 坐标转换关系， 建立对应高维超定方程， 见式(1)，权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114898218 A 2将式(1)转换为矩阵形式， 见式(2)， 将步骤1中采集的任意13组地视参考点代入式(2)， 采用最小二乘法求解矩阵， 即可得 到地理空间坐标到摄 像机旋转角的地视映射模型。 步骤3.2、 摄像机旋转角到地理空间坐标的视地映射模型， 即构建从(p,t)到(x,y,z)的 坐标转换关系， 建立对应高维超定方程， 见式(3)， 将上式转换为矩阵形式， 见式(4)， 将步骤1中采集的任意14组地视参考点代入式(4)， 采用最小二乘法求解矩阵， 即可得 到摄像机旋转角到地理 空间坐标的视地映射模型。 4.根据权利要求1所述的基于高维超定方程的单目瞭望塔监控视频目标空间定位方 法， 其特征在于： 所述步骤3中， 视地转换误差以参考点地理空间坐标和预测坐标间距离度 量。 地视转换误差以参 考点旋转角和预测旋转角偏差度量。 5.根据权利要求1所述的基于高维超定方程的单目瞭望塔监控视频目标空间定位方 法， 其特征在于： 所述步骤4中， 通过地视模 型计算出摄像机旋转角(p',t)后， 对于摄像机任 意姿态(p0,t0)， 采用一种几何纠正 方法， 构建摄像机与选定 点的三维空 间关系， 评估选定点 坐标(x,y,z)与摄像机坐标(x0,y0,z0)的相对位置关系， 以减弱视地转换模型带来的系统误 差， p值计算见式(5)， 其中， S表示选 定点坐标(x,y,z)与摄 像机坐标(x0,y0,z0)间的距离 。 6.根据权利要求1所述的基于高维超定方程的单目瞭望塔监控视频目标空间定位方 法， 其特征在于： 所述步骤5中， 依据透视投影模型， 即在摄像机内部参数固定的条件下， 通权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114898218 A 3