專利名稱：一種基于方向傳感器及地磁傳感器的圖像位置標定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像標定方法，其涉及物聯(lián)網(wǎng)在移動客戶端的一種應(yīng)用技術(shù)，具體為一種基于方向傳感器及地磁傳感器的圖像位置標定方法。
背景技術(shù)：
將地理位置信息添加進圖像中是一種新的標定、檢索圖像的方式。例如，可以按照拍攝地點搜索圖像，并且也可以制作出一個互動地圖，不僅能顯示出曾經(jīng)游覽過的地點，而且可以將沿途所拍攝的圖像在地圖上展示出來，而這些應(yīng)用的實現(xiàn)必須要在所拍攝的圖像中添加進地理位置信息。一般的，拍攝的圖像文件的頭部元信息區(qū)域中除了記錄有拍攝光圈、快門、拍攝時間等拍攝數(shù)據(jù)之外，還可以寫入拍攝地的地理位置信息，即拍攝地的緯度、 經(jīng)度和海拔高度信息，這些地理位置信息可以通過GPS接收裝置獲取。目前，基于圖像地理位置信息的最流行應(yīng)用是網(wǎng)絡(luò)分享，其是利用網(wǎng)上地理信息系統(tǒng)，將圖像上傳到網(wǎng)絡(luò)空間的數(shù)字地球上，提供了一種全新的圖像檢索、欣賞、交流方式。 通過此方式，可以隨時隨地用手機上傳帶有地理位置信息的圖像、記錄生活足跡、發(fā)表評論、與您的家人朋友及時分享和互動樂趣，使出游變的簡單與富于樂趣。然而，國內(nèi)外的基于圖像地理位置信息的應(yīng)用都是使用拍攝地點的位置信息來標定圖像的，并非使用被拍攝物體所在位置的位置信息標定圖像。對于近景拍攝，拍攝地點與被拍攝物體位置的位置信息相差不大，被拍攝物體所的位置信息可以近似用拍攝地點的位置信息來估計。而對于遠景拍攝，二者差別將會很大，在對圖像位置信息精度要求很高的應(yīng)用中，用拍攝地點位置信息來代替被拍攝物體的位置信息將會產(chǎn)生很大的偏差，影響應(yīng)用的用戶體驗效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對在對圖像位置信息精度要求很高的應(yīng)用中，使用拍攝地點的位置信息來近似被拍攝物體的位置信息將會產(chǎn)生很大偏差這一問題，本發(fā)明提供了一種基于方向傳感器及地磁傳感器的圖像位置標定方法，其能以被拍攝物體的實際位置信息來標定圖像，圖像標定精確。其技術(shù)方案是這樣的，其特征在于其采用帶有GPS定位裝置的可拍照手機，所述手機設(shè)置有方向傳感器和地磁傳感器，其包括以下步驟
(1)通過所述手機的GPS定位裝置讀取所述手機拍攝時所在位置的以向量表示的三維位置信息，即拍攝位置的緯度χ、經(jīng)度y和海拔高度ζ ；
(2)然后通過所述手機方向傳感器讀取所述手機同水平方向的傾斜角α；
(3)解析所拍圖像文件頭部的元信息區(qū)域，從圖像EXIF區(qū)域獲得被拍攝物體上選取的對焦點同鏡頭之間的物距r;
(4)讀取所述手機地磁傳感器的數(shù)據(jù)得到手機同磁場北極的夾角，即磁方位角，通過所述磁方位角得到真方位角β ；(5)通過所述步驟(1)中得到的拍攝位置的緯度χ、經(jīng)度y和海拔高度ζ、步驟(2)獲得的手機同水平方向的傾斜角α、以及步驟(3)中獲得的物距r計算被拍攝物體的海拔高度 ζ'；
(6)通過所述步驟(1)中得到的拍攝位置的緯度χ、經(jīng)度y和海拔高度ζ、步驟(2)獲得的手機同水平方向的傾斜角α、所述步驟(3)中獲得的物距r以及所述步驟(4)中獲得的真方位角β，計算出被拍攝物體的緯度X’和經(jīng)度y’ ；
(7)將所述步驟(5)、步驟(6)得到的所述被拍攝物體的海拔高度ζ’、緯度χ’和經(jīng)度y’ 替代在圖像文件頭部元信息區(qū)域GPS信息項中的拍攝地點的位置信息ζ、χ和y。其進一步特征在于所述手機方向傳感器的坐標系統(tǒng)中坐標原點為手機的左下角，其中A方向為手機的水平方向，右向為正；B方向為手機平面內(nèi)與A方向垂直的方向， 前方為正；C方向為手機的空間垂直方向，天空方向為正，地球方向為負；
所述步驟(2)中手機同水平方向的傾斜角α為所述B方向與水平面的夾角；所述真方位角β為所述磁方位角與磁偏角的和，所述磁偏角為磁針靜止時磁針所指北方與真正北方的夾角；所述步驟(5)中被拍攝物體的海拔高度z’ =z+rsina,所述rsina 為所述拍攝地點與被拍攝物體之間的海拔落差；所述步驟(6)中被拍攝物體的緯度 χ’ =1+1^08 0(；083/(；、經(jīng)度y，=y+rcos a sin^/v，其中c為緯線一度之間的距離、為常量，c Illkm, ν為手機所在緯度下經(jīng)線一度之間的距離、為變量，V=Ill. 41328cos χ’ 一 0.09351cos3 χ， + 0.00012cos5 χ，。相比于傳統(tǒng)的以拍攝地點位置信息標定圖像的方法，本發(fā)明方法的有益效果在于其以被拍攝物體的實際位置信息標定圖像，其圖像標定更為精確，在后續(xù)以位置信息檢索圖像時，能更準確的檢索出用戶所需的圖片，提高了檢索效果。


圖1為本發(fā)明一種基于方向傳感器及地磁傳感器的圖像位置標定方法的流程示意圖2為本發(fā)明方法中方向傳感器坐標系統(tǒng)示意圖； 圖3為本發(fā)明方法中被拍攝物體海拔計算示意圖； 圖4為本發(fā)明方法中被拍攝物體經(jīng)緯度計算示意圖。
具體實施例方式見圖1，本發(fā)明方法采用帶有GPS定位裝置的可拍照手機，所述手機還包括有方向傳感器以及地磁傳感器，包括以下步驟
(1)通過手機GPS定位裝置讀取手機拍攝時所在位置的以向量表示的三維位置信息， 即拍攝位置的緯度χ、經(jīng)度y和海拔高度ζ ；
(2)通過手機方向傳感器讀取手機同水平方向的傾斜角α，其中手機方向傳感器的坐標系統(tǒng)中坐標原點為手機的左下角，見圖2，其中A方向為手機的水平方向，右向為正；B方向為手機平面內(nèi)與A方向垂直的方向，前方為正；C方向為手機的空間垂直方向，天空方向為正，地球方向為負，手機同水平方向的傾斜角α為所述B方向與水平面的夾角；
(3)解析所拍圖像文件頭部的元信息區(qū)域，從圖像EXIF區(qū)域獲得被拍攝物體上選取的對焦點同鏡頭之間的物距r;
(4)讀取手機地磁傳感器的數(shù)據(jù)得到手機同磁場北極的夾角，即磁方位角，通過所述磁方位角得到真方位角β ；
(5)通過所述步驟(1)中得到的拍攝位置的緯度χ、經(jīng)度y和海拔高度ζ、步驟(2)獲得的手機同水平方向的傾斜角α、以及步驟(3)中獲得的物距r計算被拍攝物體的海拔高度 ζ' =z+rsina,見圖3，其中rsina為所述拍攝地點與被拍攝物體之間的海拔落差；
(6)通過所述步驟(1)中得到的拍攝位置的緯度χ、經(jīng)度y和海拔高度ζ、步驟(2)獲得的手機同水平方向的傾斜角α、所述步驟(3)中獲得的物距r以及所述步驟(4)中獲得的真方位角β，計算出被拍攝物體的緯度X，=x+rcos a cos β /c和經(jīng)度y，= y+rcos a sin β /ν, 見圖4，圖4中以手機拍攝地點為原點0，以經(jīng)過該原點0的緯線方向X、經(jīng)線方向Y以及重力方向Z做一坐標系，M點為被拍攝物位置，原點0至M點的距離即為物距r，物距r與XOY平面的夾角即為傾斜角a，則物距r在XOY平面的投影距離0M’為rcosa，物距r在XOY平面的投影距離0M’與經(jīng)線方向的夾角即為真方位角β，被拍攝物位置M點針對拍攝位置0點在緯線方向上的距離變化量為rcos a sini3、在經(jīng)線方向上的距離變化量為rcos a cos β， 由此可得被拍攝物位置M點與拍攝位置0點的相對緯度變化為rcos a cos β/c、相對經(jīng)度變化為rcos a sin β/V，其中c為緯線一度之間的距離，ν為經(jīng)線一度之間的距離，則被拍攝物位置M點的實際緯度χ，= 1+代05^(；05^/(；、實際經(jīng)度7，= y+rcos a sin β/ν ；其中c為常量，約為IllKm, ν為變量、其在不同的緯度距離不同，V=Ill. 41328cos χ，一 0. 09351cos3 χ， + 0.00012cos5 χ，。 (7)將步驟(5)、步驟(6)得到的被拍攝物體的海拔高度ζ’、緯度χ’和經(jīng)度y’替代在圖像文件頭部元信息區(qū)域GPS信息項中的拍攝地點的位置信息z、x、y即完成圖像位置的標定。
權(quán)利要求
1.一種基于方向傳感器及地磁傳感器的圖像位置標定方法，其特征在于其采用帶有 GPS定位裝置的可拍照手機，所述手機設(shè)置有方向傳感器和地磁傳感器，其包括以下步驟(1)通過所述手機的GPS定位裝置讀取所述手機拍攝時所在位置的以向量表示的三維位置信息，即拍攝位置的緯度χ、經(jīng)度y和海拔高度ζ ；(2)然后通過所述手機方向傳感器讀取所述手機同水平方向的傾斜角α；(3)解析所拍圖像文件頭部的元信息區(qū)域，從圖像EXIF區(qū)域獲得被拍攝物體上選取的對焦點同鏡頭之間的物距r;(4)讀取所述手機地磁傳感器的數(shù)據(jù)得到手機同磁場北極的夾角，即磁方位角，通過所述磁方位角得到真方位角β ；(5)通過所述步驟(1)中得到的拍攝位置的緯度χ、經(jīng)度y和海拔高度ζ、步驟(2)獲得的手機同水平方向的傾斜角α、以及步驟(3)中獲得的物距r計算被拍攝物體的海拔高度 ζ'；(6)通過所述步驟(1)中得到的拍攝位置的緯度χ、經(jīng)度y和海拔高度ζ、步驟(2)獲得的手機同水平方向的傾斜角α、所述步驟(3)中獲得的物距r以及所述步驟(4)中獲得的真方位角β，計算出被拍攝物體的緯度χ’和經(jīng)度y’ ；(7)將所述步驟(5)、步驟(6)得到的所述被拍攝物體的海拔高度ζ’、緯度χ’和經(jīng)度y’ 替代在圖像文件頭部元信息區(qū)域GPS信息項中的拍攝地點的位置信息ζ、χ和y。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種基于方向傳感器及地磁傳感器的圖像位置標定方法，其特征在于所述手機方向傳感器的坐標系統(tǒng)中坐標原點為手機的左下角，其中A方向為手機的水平方向，右向為正；B方向為手機平面內(nèi)與A方向垂直的方向，前方為正；C方向為手機的空間垂直方向，天空方向為正，地球方向為負。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種基于方向傳感器及地磁傳感器的圖像位置標定方法，其特征在于所述步驟(2)中手機同水平方向的傾斜角α為所述B方向與水平面的夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的一種基于方向傳感器及地磁傳感器的圖像位置標定方法，其特征在于所述真方位角β為所述磁方位角與磁偏角的和，所述磁偏角為磁針靜止時磁針所指北方與真正北方的夾角。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的一種基于方向傳感器及地磁傳感器的圖像位置標定方法，其特征在于所述步驟(5)中被拍攝物體的海拔高度Z’=Z+rSina，所述rsina為所述拍攝地點與被拍攝物體之間的海拔落差。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的一種基于方向傳感器及地磁傳感器的圖像位置標定方法，其特征在于所述步驟(6)中被拍攝物體的緯度χ，=x+rcos α cos β /c、經(jīng)度y，=y+rcos α sin β/ v，其中c為緯線一度之間的距離、為常量，c 11 lkm，ν為所述手機所在緯度下經(jīng)線一度之間的距離、為變量，V=Ill. 413^cos χ，一 0. 09351cos3 χ，+ 0. 00012cos5 χ，。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于方向傳感器及地磁傳感器的圖像位置標定方法，其能以被拍攝物體的實際位置信息來標定圖像，圖像標定精確。其特征在于其采用帶有GPS定位裝置的可拍照手機，手機設(shè)置有方向傳感器和地磁傳感器，其包括以下步驟通過手機GPS定位裝置讀取手機拍攝時所在位置的緯度x、經(jīng)度y和海拔高度z；然后通過手機方向傳感器讀取手機同水平方向的傾斜角α；并解析所拍圖像文件頭部的元信息區(qū)域，獲得被拍攝物體上選取的對焦點同鏡頭之間的物距r；讀取手機地磁傳感器的數(shù)據(jù)得到手機的磁方位角，通過磁方位角得到真方位角β；通過已得到的拍攝位置的緯度x、經(jīng)度y和海拔高度z、手機同水平方向的傾斜角α、物距r、以及真方位角β，分別計算被拍攝物體的海拔高度z’、緯度x’和經(jīng)度y’；最后將被拍攝物體的海拔高度z’、緯度x’和經(jīng)度y’替代在圖像文件頭部元信息區(qū)域GPS信息項中的拍攝地點的位置信息z、x和y。
文檔編號G06F17/30GK102445701SQ20111025804
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月2日
發(fā)明者宋崢, 熊永平, 遲萬飛, 馬建 申請人:無錫智感星際科技有限公司