自视频监控系统从传统的模拟视频监控、数字视频监控阶段发展成为第三代网络视频监控阶段以来,其应用场景、功能服务和衍生技术逐渐多元化,融合监控视频和三维地理信息所产生的增强虚拟环境成为热门应用;但目前关于增强虚拟环境的研究主要集中于固定枪机视频的注册显示,对相机位姿可变的云台相机的视频注册问题讨论较少。本文为了将云台相机所拍摄的实时视频图像信息在增强虚拟环境中进行动态注册,对云台相机的自动注册及参数自适应更新方法进行了相关的研究和分析,针对传统相机标定求解复杂、应用繁琐,难以应用于增强虚拟环境中的问题,设计了一种简化的云台相机初始化注册和相机参数自适应更新方法,该方法的主要研究内容和研究成果如下:(1)本文提出虚拟影像的概念并介绍了其相关的技术原理,分析了三维虚拟环境中的顶点处理及显示方法,并描述了从虚拟影像及其深度图中恢复顶点三维空间地理坐标的方法;面对视频影像在三维场景中的注册问题,探索并应用了基于Shadow Map算法的纹理映射方法并对其算法处理流程进行了阐述。(2)为了研究相机在真实世界中的地理位置、旋转姿态和焦距等信息如何作为必要的参数来描述相机在虚拟三维环境中的位姿,本文对基于小孔成像原理所推导的相机模型进行了分析,并对其齐次线性方程组和非齐次线性方程组这两种形式直接线性变换求解方法进行了研究、归纳和整理。(3)针对虚拟影像以及相机拍摄影像的成像特点,探索分析了基于点特征和直线特征的图像特征提取、描述以及匹配方法,建立了基于同名直线特征约束的相机模型求解模型,在此基础上对综合点线特征的云台相机初始化注册方法进行了相关的研究探索和实验论证。(4)分析云台相机的运动特性,根据其拍摄影像的不同探索其在相机发生运动时可能产生的两种情况,从云台相机的局部运动和相机的超限运动等两方面分别设计了基于本征矩阵求解的局部运动注册模型和基于全景图的云台相机半球注册模型,并针对这两种情况进行了相关的实验。(5)通过对以上内容和方法的研究,本文利用三维地理信息平台和相关数据对云台相机在增强虚拟环境中的自动注册问题进行了模拟实验,实验结果证明了上述方法的正确性和可行性,为增强虚拟环境的进一步发展贡献了力量。通过上述工作,本文在很大程度上解决了云台相机在增强虚拟环境中的自动注册问题,对如何将相机位姿的变化反馈到增强虚拟环境中提供了相关的理论方法,对增强虚拟环境以及三维视频GIS的发展产生了一定的贡献,有助于进一步丰富智慧城市的应用研究场景。