利用MATLAB处理视频杆影长定位拍摄点的建模分析

冯建行 李忠奕 毛杰

华北理工大学， 063210

华北理工大学，063210

华北理工大学，063210

摘要

本文采用matlab的VideoReader、read提取视频帧数，再进行灰度处理，计算出杆长的“视频值”，然后通过杆长求出“视频值”与实际值的比例，计算出杆长实际值，再通过影长与参变量模型计算出视频中长杆的所在地(约位于内蒙古鄂尔多斯东胜区附近)。本文后续，我们对所得模型进行了误差检验和评价推广，对模型进行了相应的改进。

关键词：matlab，影长模型，误差检验，灰度处理

1、建模分析

根据找到的数据显示固定长度为2m的直杆在太阳下的影子变化的视频，本文先对视频分帧，使用matlab软件进行灰度处理以及建立坐标系，从视频中提取出各个时刻值对应的影长值。若拍摄日期已知，可利用已有的模型和求解方法求解拍摄地点;若拍摄日期未知，可利用影长模型和求解方法求解拍摄地点和拍摄日期。

2、模型的建立

视频是由若干帧画面组合而成的，每一时刻对应一帧画面，画面包含着与这一时刻相对应的重要的影长信息。视频中连续的图像变化能达到每秒24帧以上，我们只需要取定合理时间间隔能确保计算的精准度即可。我们每2分钟取一帧画面，整个视频中共取21帧画面，将得到24组时间和影长的对应数据。利用matlab软件对取得的画面进行灰度处理，经过灰度化处理的图像只包含亮度信息，不包含色彩信息，处理后的图像避免了背景图的干扰，也能让影长信息更明确，便于后续将其提取成数值。

3、模型求解

由于图像中的长度是使用像素表示，而在我们的求解过程中长度是以米来度量的，我们利用已知杆长d为2m和对图像处理得到杆对应的像素s，可以计算出每一个像素点对应的以m为单位的长度u: u=对图像中杆长像素点计算得s=008，通过上式计算得u=004。再根据图像中影子对应的像素值，可以计算出影子的以m为单位的长度。由于提取出的图像为一平面，所以在提取出的图像中影子顶点所在的坐标系为二维图片坐标系下的坐标，要将其转化为斜坐标系。在平面二维坐标系中，选定过直杆底端的并在实际情况中与x轴垂直的线作为斜坐标系下的v轴，xy轴在平面图片中的夹角定义为γ，根据夹角可以求出斜坐标系下x和y的值。

图1、坐标系

我们在将斜坐标转化为实际情景的二维直角坐标，可以理解为俯视角度杆影的长度变化。

tan坐标值之间的计算公式为:

利用matlab进行拟合，得到杆所在地的经度为东经110度48分20秒。再利用下面的模型，并通过matlab的拟合可以求解出杆所在地的纬度。

求解出杆所在地纬度为北纬40度10分30秒。

综上求解，杆所在地为东经110度48分20秒，北纬40度10分30秒，大概位于内蒙古鄂尔多斯东胜区

4、结论

该模型能够建立出直杆高度、影长和太阳高度角三者之间的数学关系可得出同一地区影子长度变化的数学模型并从中得出规律总结。通过matlab的二次拟合也可以得出杆影长度与时间的变化方程得出影长与时间的普遍规律。该方法开创性的使用了控制变量法、二次拟合、最小二乘法相结合的方式，二次拟合对现有数据进行加工把数据初步加工得到符合数据的函数关系，从而能更好地理解数据背后的数学、物理意义。进而对实验的各个参数有更深入的理解，能分析出各个参数对实验结果的影响。最小二乘法用于函数的优化和精确得出最佳函数解，最后通过控制变量的思想，把原本把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决。通过此方法简单化模型，使结果更加容易得出。在日常生活应用中，此模型由于简单快捷的算法，可以迅速求出解。这对日常生活中根据杆影长度变化求出杆所在经纬度有重要意义，可以说由此模型根据视频求得的频拍摄地点，确定出拍摄地点与日期都是完全能够满足日常需求。其至在A1人工智能面前，此模型的算法也大有可为。

5、参考文献

[1]王亚平. 基于SDN的移动边缘计算环境下边缘缓存和服务迁移研究[D].武汉理工大学,2020.

[2]朱玉麟. 一种网络视频VIP账号共享系统的设计及实现[D].电子科技大学,2019.

[3]田若坪. 基于人工标注的视频检索系统的设计与实现[D].北京交通大学,2015.

[4]张舒. 移动互联网音视频内容监控机制的研究[D].南京邮电大学,2014.

冯建行，男，1999/08/22，汉族，河北省沧州市沧县汪家铺乡张牛庄村124号，本科在读，华北理工大学，063210

李忠奕，男，2000年3月23日 汉 云南省昆明市东川区铜都街道办事处凯通路79号2幢1单元301室，本科在读，华北理工大学，063210

毛杰，男，1999年12月，汉族，安徽省阜阳市颍上县，本科学历，华北理工大学，063210，采矿工程