专利名称：执行野外信息采集、定位与处理的系统与方法
技术领域：
本发明涉及一种执行野外信息采集、定位与处理的系统与方法，特别涉及一种用于野外图像视频资料的采集与定位的自动执行、实时、联机处理的系统与方法。
野外图像视频信息的采集通常是一项十分繁复的工作，工作人员为获取尽可能准确的资料，在考察区域要进行大量的拍摄工作，然后回到办公室再进行编辑处理，通过剪辑等工作从中筛选有保留价值的图像视频资料后，再将其保存在磁记录媒体上，待日后需要时应用。如果将需要采集的景象系统，用于诸如统计所拍景象的成数或是用于测绘工作，这种传统的野外图像视频信息的采集方法还远不能够满足需要。因为这种图像视频信息之采集工作，没有有定位装置，所以根据拍摄人员所采集的图像视频资料，很难找出其确切的经纬度。如此做法，不但效率低下，其主要的缺陷时通过这样繁复的工作还是不能为精确的分析测绘提供依据。
现实生活中已得到广泛应用的定位系统是一种汽车导航定位系统(GPS)，其仅仅限于汽车在行驶过程中，将行驶轨迹及时提供给设置在驾驶室内电脑装置，这样驾驶员就会知道自己所处确切的经纬度，而不至于迷失方向。
随着技术的进步，现实生活中为满足人们的需求，还出现了一种称为GPS的相机---定位系统相机，即人们拍照的照片可以显示拍照瞬间所处确切的经纬度，显然，这种称为GPS相机也仅仅限于是静态景象的采集，还不能用于连续图像的采集定位。
糟糕的是，由于现代生活的快节奏，带来了许多现实问题需要及时地解决，诸如想了解高速路上的交通状况、道路建设、农情调查、火灾现场等的情况时，人们需要及时掌握那里的情况，以便能够对周围环境中可能放生的紧急事件做出及时的处理。显然上述现有技术的装置，无法满足应急的需要。
因此，需要提供一种更方便快捷的执行野外信息采集、定位与处理的方法与系统，该系统能(1)将现场采集的图像视频资料及时提供给分析人员；(2)确定某一图像种场景所在的地理位置；(3)通过自动回放定位，获得指定采样点的有关图像信息；(4)通过实时的图像视频资料的处理，及时确定相关的面积比例，确定或修改专题图的属性数据和边界划分。
本发明的主要目的是提供一个用户友好的计算机集成装置，用于野外图像视频资料的采集与定位的自动执行、实时、联机处理。
本发明的又一目的是提供一种对野外信息进行采集的处理方法，用于以时间为线索准确定位。
本发明的另一目的是提供一种将采样单元与定位处理单元链接的方法，用于野外图像视频资料的采集与定位的自动执行、实时、联机处理。
根据本发明的一个方面，对野外信息采集进行定位与实时处理的装置包括一个野外图像视频资料采样单元，设置有用于野外视频采样的摄像机，用于同时显示运动摄像轨迹的电脑装置，其中该对野外信息采集进行定位与实时处理的装置还包括一个设置有定位天线的图像定位与处理单元，用于在所述电脑装置上显示特定视频图像采样点的定位；和一个野外作业中心处理器，设置有a)第一接口，用于与所述摄像机所采样图像通信；b)第二接口，用于与所述电脑装置通信；c)第三接口，用于与所述定位天线通信。
根据本发明的又一方面，对野外信息进行采集的处理方法包括下列步骤a)设定用于显示特定视频图像采样点定位的电脑时钟与摄像机时钟一致；b)设定时间间隔，选取所采样视频图像以BMP形式存贮于所述电脑；c)以采集图像时摄像机装置上显示之时间与日期信息自动生成轨迹文件名；d)对每一层创建数据表，在该每一层的数据表内，自动生成OID字段，每一个OID值对应所述图层中每一个实体。
根据本发明的又一方面，对野外信息进行采集的处理方法包括下列步骤a)设定用于显示特定视频图像采样点定位的电脑时钟与摄像机时钟一致；b)设定时间间隔；c)选取所采样视频图像以BMP形式存贮于所述电脑。
该步骤还包括d)以采集图像时摄像机装置上显示之时间与日期信息自动生成轨迹文件名；e)在所述电脑的图库中只存放一幅进行编辑采样的地图，以便在系统中可从多处进行操作；f)所述供编辑采样的地图设置有设置在第一层的采样层，设置在第二层的采样路线层，及设置在第三层的土地利用层；g)对每一层创建数据表，在该每一层的数据表内，自动生成OID字段，每一个OID值对应所述图层中每一个实体。
该步骤还包括f)在所述土地利用层下面，自动生成道路缓冲区层，用于显示与操作；
g)在所述采样路线层下面，自动生成用于叠合操作的叠合层，供所述道路缓冲区层与所述地图设置的多个层面复合。根据本发明的另一方面，一种对野外信息采集进行定位与实时处理的计算机系统，包括进行下列处理的程序a)打开所采集图片的第一张，提取图像上所提供的时间信息；b)打开文件名称与所述图像上时间信息相匹配的轨迹文件；c)在采样时间输入板上自动记录所述轨迹文件的日期信息，并根据所述第一张图像输入时间信息；d)设定时间步长；e)定位欲添加一系列定位点的采样层，同时自动建立数据库列表，包括OID码，图名，经纬度，轨迹方向，时间信息；f)在回放所采集图像视频信息过程中，根据所述时间步长和所述输入到采样时间板上的时间累加，选取所需的每幅图像的时间；g)根据每一幅图像存在所述采样时间板上的时间，查找相匹配的轨迹文件，提取该时间的轨迹文件所对应的经纬度。
下面将参照附图对本发明的上述及其他目的与优点进行说明，附图是说明的一部分，下面的说明以本发明的一个优选的实施例为例，但本发明不限于此。
附图中
图1示出了根据本发明的系统的结构图；图2示出了根据本发明的系统野外采样单元的连结框图；图3示出了根据本发明的系统野外采样单元硬件结构图；图4示出了根据本发明的系统，其应用软件的功能模块图；图5是本发明的系统总体操作流程；图6是本发明系统的运动采样子系统显示的图例；
图7是本发明系统的图像采集子系统的参数设置图例；图8是本发明系统的图像定位子系统的显示的图例；图9是本发明系统的农情采样子系统的显示的图例。
下文，将以本发明的系统与方法应用于农情采样为例详细描述本发明。
本发明的用于野外图像视频资料的采集与定位的自动执行、实时、联机处理的系统(GVG系统)结构示出在图1中，通过对野外采样单元所采集的图像视频信息进行实时联机处理，因此能够进行有条件地筛选。其中进行定位与实时处理的装置包括一个野外图像视频资料采样单元，设置有用于野外视频采样的摄像机，用于同时显示运动摄像轨迹的电脑装置，以及一个野外作业中心处理器，该处理器硬件结构的连结框图如图2所示，即本系统集成有一个标准的R232第一接口，用于与野外采样用的摄像机通信；一个第二接口，用于与图像处理与运算的电脑装置通信；一个定位天线接口，用于与定位天线(GPS天线)通信。此外，本发明的一个野外作业中心处理器为便于野外作业的方便，还设置了可转换的电源接口，如图3所示，该处理器除了设置有与市电相配的接口，还特别设置了一个专与汽车点烟器相配的插口，为了可以同时供给电脑装置、摄像机及GPS定位仪电源，在装置中还设置了DC12-AC220V逆变单元。
本发明的系统同时集成了一个设置有定位天线的图像定位与处理单元，用于在所述电脑装置上显示特定视频图像采样点的定位。其软件功能的模块，示出在图4中。其组成有运动采样子系统、图像采集子系统、图像定位子系统、农情采样子系统以及还特别配备了图像转换子系统。
定位系统通常是根据一定属性的函数进行匹配的，诸如根据经纬度，方向向量及时间参数等，现有的以时间为函数匹配的定位系统都有时钟不准确而导致匹配不准确的问题。本发明的定位系统以时间为函数来进行定位，用下列方法很好地解决了这一问题。首先，设定记录图像的摄像机的时间要对准记录位置的笔记本的时间，才能保证对图像定位处理时，根据时间为线索准确定位。具体步骤是设定用于显示特定视频图像采样点定位的电脑时钟与摄像机时钟一致；为减小定位误差，摄像机与笔记本的相对距离要小些，如可以设置在同一车内；提取摄像机的时间信息，并将该时间信息加到屏幕上以便事后定位处理时根据这一时间对图像定位；以采集图像时摄像机装置上显示之时间与日期信息自动生成轨迹文件名，如轨迹文件名自动以当时跑车时的月日时为名称(比如6月29日18点在野外采样，那么轨迹名就自动存为6-29-18.TCK)这样以便以后处理时更容易查找到某时的轨迹文件；对每一层创建数据表，在该每一层的数据表内，自动生成OID字段，每一个OID值对应所述图层中每一个实体。其次，根据上述步骤可以分自选方式和自动方式进行采样。以自选方式采集的图像为选图标进行采集没有一定的时间间隔，图名称按时先后自动累加。在自动方式下，以一定的时间间隔1秒乃至几分钟对放像的信息进行采集，自动存成BMP图名称并以先后自累加数。为长时间采集提供可能，名称以8位字长存贮并且第1位置1，以防计算机自动把前面的0去掉，使自动图像定位名称对位产生问题。则依据上述方法若设定时间步长为5秒，以10000000开始累加的BMP图片名称，所筛选出的BMP图片名称应依次为10000005、10000010等。
请参照图5，详述本方面的处理过程。本实施例的GVG农情采样系统首先应进行地理环境信息准备过程，即对工作区域的地形、交通、政区划分等信息进行矢量化，该矢量化过程也可以由其他格式的矢量图进行转换，然后加入Bitmap格式的遥感分析图。
运动采样子系统在车载GPS连结完成后，现在设置菜单内设置串口，输出语句间隔，然后选定实时跟踪，这时出现提示，点击“确认”按钮，即出现语句间隔，输入轨迹保存路径及轨迹文件名，该轨迹文件名的格式为“月_日_时.TCK”。同时打开复合图，其屏幕如图6所示。此后，系统可以进行实地运动拍摄，在获取图像视频信息的同时，系统能够记录拍摄时GPS系统确定的采样点地理位置坐标。
图像采集子系统图像采集子系统是通过设置在电脑装置内的图像采集卡，按时间步长对摄像资料中的画面进行手工选择或自动选择，同时将所选图像文件按顺序编号。具体参数设置方式如图7所示；首先，系统设置图像采集间隔默认值为1秒。选择显示模式。建议采样32位或24位真彩800×600模式，以达到理想效果。
在图像定格状态下采集当前图像文件，每次操作存储一幅图像文件名自动递增，同时在登录中记录图像文件名。系统可以两种方式采集图像，即自动采集与手动采集。此后，可以对采集图像进行同步播放与定格；控制屏幕画面显示状态，选择“同步播放”后，屏幕与录像机画面一致；选择“定格”后，屏幕画面静止，进而可对该静止画面进行存储。
图像定位子系统通过摄像机和GPS系统各自记录的时间信息匹配，使图像资料与采样点位置坐标相对应，并将图像所对应的采样点加在相应图层中，如图8所示。
图像定位过程处理要点关键如何把图像的时间与轨迹时间对应到一起，其中图象定位的过程采样下列处理过程打开所采集图片的第一张，提取图像上所提供的时间信息(月日时分秒)；打开包含该时间信息的轨迹文件，该轨迹文件名是以时间代码月日时来取名的；当打开这一轨迹文件时软件程序自动把月日的信息记录到采样时间输入板的年月日栏中(年以当时年为缺省)再根据图像中时分秒人工添入采样时间板；子系统提供上幅下幅看图工具是为了自动批处理定位时找出幅图之前的固定时间间隔，如果有统一的时间间隔(如图像采集时是以5秒间隔自动采集的，上幅下幅间的间隔就为5秒)那么可以根据这个间隔定步长为多长，对时间板中的时分秒进行自累加(如每幅图间隔5秒即步长为5秒采样时间由上一幅图像的时间自动累加5秒添入时间板，第一幅图的时分秒要操作人员根据图像添入)；这样图像的时间自动的存在采样时间板上并与图像一一对应。
为了使图像定位在电子地图中，首先要添加一个采样层，即定位于采样层XX中，同时为采样层中要添加入的定位点，建一个数据库列表，这个数据库列中的字段包括OID码、图名、经纬度、轨迹方向时间等信息。当这些准备工作做好以后，可以进行自动图像定位了，即批处理。这时图像从第一幅10000000.BMP开始一张张打开，并根据时间步长和第一幅图像人工输入到采样时间板上的时间累加出每幅图像的正确时间，根据每一幅图像存在采样时间板上的时间，在相应轨迹文件中找到该时间，以及该时间所对应记录的经纬度。把这些信息同时存到采样层XX数据库的一个记录中，这样每一幅图像便在采样层中有了一个相应的点。当选中此点时，它的图像和数据库就会显示出来，就可以根据图像资料，对电子地图中的土地利用层进行修改。
值得注意的是，由于图像匹配是根据图像时间同轨迹文件记录的轨迹点时间进行匹配，在GPS卫星信号接收出现问题的情况下，使定位信号丢失的情况下，若以秒为单位进行时间匹配，有可能出现某一图像记录无法确定对应定位点，此时系统采样模糊匹配的方法，会自动寻找与其最近的轨迹点，最好是，将误差设置在10秒范围内。
由于摄像机景深对位置有影响，随着采样范围的扩大，定位偏差也同时增大，为解决这一问题，除应尽量地保持一定的摄像角度外，最好的是使摄像机镜头与运动方向垂直，并在时间匹配时计算出提前量，所根据的公式为Cosθ×L＝M (1)Mv×10003600=t----(2)]]>其中，θ为摄像机与运动反向所成的角度，L为摄像机景深；M为纵向位差；v表示汽车的运动速率；t表示应提前量。例如，如实地拍摄时，以车速40公里/小时，摄像景深100米，摄像机与运动方向成30°来计算，则根据公式(1)可知纵向景深应为 Cos30°×100≈86.6米根据公式(2)可知时间提前量为
即应把摄像机时钟调慢8秒钟，以抵销这一误差。当然，在车辆转弯或做非匀速运动的情况下，则必须由人工介入进行准确定位。
此外，摄像采样经常是在左右两个方向交替进行的，而左右两边可能是完全不同的情况，所以必须加以区分。由于摄像资料是连续的，有运动方向可以明显区分左右方向，而一旦采集成静态图片后，就无法识别，所以本发明采取在图像采集的同时确定其方向，并将该方向记录在属性数据库中。
农情采样子系统农情采样子系统可以通过在复合图上查询和统计有关信息用于农情分析及估产等工作，并且可以根据遥感图和相应采样点的采样图像信息，确定或修改专题图的属性数据和边界划分。因此，这是本GVG系统最终要达到的目的，即根据图像资料对土地利用图进行修正和编画，其过程是(1)打开矢量图，该矢量图中可以包括土地利用层、在图像定位子系统中新加的采样层、也可以有水系层、街区层、标注层、线状采样层、道路层、和道路缓冲区层等等。
(2)道路冲区层是为提供的缓冲(BUFFER)运算所准备的(a)BUFFER运算和叠合运算是本子系统提供给修图的人员的算法工具，以及本子系统也提供了统计运算工能，求长度运算。(b)也提供了在根据定位图像对土地利用图进行修改时用到的政图工具点选、加实体、合并线、合并多边形、断线、改数据，维护数据库属性数的工具。(c)也提供属性查询及自由拖动、删除等等以及图层管理器。(d)并提供修数据回放窗口这些在实时采样子系统中提炼出来对以前数据回放的工具。(e)更提供图操作的最基本工具放大、缩小、移动、重画等。
权利要求
1.一种对野外信息采集进行定位与实时处理的装置包括一个野外图像视频资料采样单元，设置有用于野外视频采样的摄像机，用于同时显示运动摄像轨迹的电脑装置，其特征在于该对野外信息采集进行定位与实时处理的装置还包括一个设置有定位天线的图像定位与处理单元，用于在所述电脑装置上显示特定视频图像采样点的定位；和一个野外作业中心处理器，设置有a)第一接口，用于与所述摄像机所采样图像通信；b)第二接口，用于与所述电脑装置通信；c)第三接口，用于与所述定位天线通信。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于所述野外作业中心处理器包括一与普通市电相配的电源插口以及一与汽车点烟器适配插头。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于所述野外作业中心处理器包括一个可以从汽车电源转化为交流电源的电源转换控制器和一电源切换开关。
4.一种对野外信息进行采集的处理方法，其特征在于该方法包括下列步骤a)设定用于显示特定视频图像采样点定位的电脑时钟与摄像机时钟一致；b)设定时间间隔；c)选取所采样视频图像以BMP形式存贮于所述电脑。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于该方法还包括下列步骤d)以采集图像时摄像机装置上显示之时间与日期信息自动生成轨迹文件名；e)在所述电脑的图库中只存放一幅进行编辑采样的地图，以便在系统中可从多处进行操作；f)所述供编辑采样的地图设置有设置在第一层的采样层，设置在第二层的采样路线层，及设置在第三层的土地利用层；g)对每一层创建数据表，在该每一层的数据表内，自动生成OID字段，每一个OID值对应所述图层中每一个实体。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于该方法还包括下列步骤f)在所述土地利用层下面，自动生成道路缓冲区层，用于显示与操作；g)在所述采样路线层下面，自动生成用于叠合操作的叠合层，供所述道路缓冲区层与所述地图设置的多个层面复合。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于该方法还包括在某一图像无法确定其定位点时，在误差范围内自动找寻与其最近的轨迹点。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于该方法还包括在摄像机时间与电脑时间相匹配时计算时间提前量，用于相应调慢摄像机时钟。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于该方法还包括在图像采集时记录方向在属性数据库中。
10.一种对野外信息采集进行定位与实时处理的计算机系统，包括进行下列处理的程序a)打开所采集图片的第一张，提取图像上所提供的时间信息；b)打开文件名称与所述图像上时间信息相匹配的轨迹文件；c)在采样时间输入板上自动记录所述轨迹文件的日期信息，并根据所述第一张图像输入时间信息；d)设定时间步长；e)定位欲添加一系列定位点的采样层，同时自动建立数据库列表，包括OID码，图名，经纬度，轨迹方向，时间信息；f)在回放所采集图像视频信息过程中，根据所述时间步长和所述输入到采样时间板上的时间累加，选取所需的每幅图像的时间；g)根据每一幅图像存在所述采样时间板上的时间，查找相匹配的轨迹文件，提取该时间的轨迹文件所对应的经纬度。
11.根据权利要求10所述的处理程序，其特征在于所述处理程序还包括将所述时间与经纬度信息存贮到所述采样层数据库的一个记录中。
12.根据权利要求10所述的处理程序，其特征在于所述处理程序包括求长度运算。
全文摘要
一种以野外信息采集进行定位与实时处理的装置包括一个野外图像视频资料采样单元,设置有用于野外视频采样的摄像机,用于同时显示运动摄像轨迹的电脑装置,其特征在于该对野外信息采集进行定位与实时处理的装置还包括:一个设置有定位天线的图像定位与处理单元,用于在所述电脑装置上显示特定视频图像采样点的定位;和一个野外作业中心处理器,设置有:第一接口,用于与所述摄像机所采样图象通信;第二接口,用于与所述电脑装置通信;第三接口,用于与所述定位天线通信。
文档编号G06F19/00GK1257255SQ98125290
公开日2000年6月21日 申请日期1998年12月17日 优先权日1998年12月17日
发明者吴炳方, 周心铁 申请人:中国科学院遥感应用研究所, 北京图原空间数据技术有限责任公司