CN104215217B - 一种应用于电力巡线无人机的伪像距单目测距方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于伪像距的单目测距方法，包括如下步骤：（S10）通过摄像装置获取已知参照物的影像并传输至接收显示器，在接收端测定出此时的伪像距；（S20）在保持摄像装置设置参数不变的情况下获取目标物的影像并传输至接收显示器，在接收端测定得出目标物的物距，即摄像装置与目标物的距离；其中，摄像装置为单目摄像装置。本发明通过伪像距概念的提出，提供了一种构思新颖独特的单目测距思路，相比现有的多目测距，减少了摄像头个数，节省功耗，相比其他单目测距，精度高，复杂度低，当应用于电力巡线无人机测距领域时，在不增加电力巡线无人机任何额外负载及电量的情况下，能够实时高效地获得巡视无人机与标识物的距离，达到避障目的。
Description
技术领域
本发明属于电力巡线无人机、单目测距技术领域，具体地讲，是涉及一种基于伪像距的单目测距方法，主要应用于利用无人机进行视频监控中的避障测距方面。
背景技术
单目测距，也称单相机测距，其过程中，通常利用目标大小，根据像距、物距、目标尺寸、影像尺寸的关系来得到物距，成像原理如图1所示，下式为一般单目测距过程中的计算公式：
通过上式可以达到对目标物进行测距的过程，但是此测距技术只限定在相机本身上进行测距，而在视频无线传输后的影像尺寸通过以上的方法就无法得到正确的结果，达不到对目标进行测距的目的。也就是说，现有的单相机测距主要通过在已经知晓目标物尺寸的前提下，根据相机成像原理来得到镜头与目标物之间的距离，但对于相机无线传输到地面站后的视频如果依然采用相机成像原理就得不到目标物与镜头之间的准确距离。
实际上，现目前在很多场合都是通过照相机或摄像机把实际场景的视频信号无线或有线传输到指定的处理端或监控端，通过接收端的影像信息来分析实际场景的情况，以实现远距离监控的目的。测距就是其中的一种，那么如何通过监控端的影像信息来精确计算镜头到实际场景目标物之间的距离，还是比较困难的问题。现有技术中，几乎所有的单目测距方法都是基于针孔成像模型得到的，但是由于针孔成像模型复杂，需要的参数较多，因此在很多场合并不适用。
于此，发明人对成像原理深入研究，通过本发明首次提出“伪像距”概念，为单目测距领域提供一种新的测距思路。所谓伪像距，是指假定一个类似于相机像距的常量m，其与图像经传输后在接收显示器上的影像大小L、目标尺寸S和物距d之间存在符合相机成像原理的对应关系，那么这个常量即被定义为伪像距，因此，伪像距的计算公式为：
即
发明内容
为了解决现有单目测距方法的缺陷，本发明提供一种构思新颖、简单实时有效的基于伪像距的单目测距方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种应用于电力巡线无人机的伪像距单目测距方法，包括如下步骤：
(S10)通过摄像装置获取已知参照物的影像并传输至接收显示器，在接收端测定出此时的伪像距；
(S20)在保持摄像装置设置参数不变的情况下获取目标物的影像并传输至接收显示器，在接收端测定得出目标物的物距，即摄像装置与目标物的距离；
其中，摄像装置为单目摄像装置。
为了满足数据采集需求，所述摄像装置为具有在线传输功能的照相机、摄影机或摄像头，具体地，是使用在线传输模块与相应照相机、摄影机或摄像头结合使用。
为保证先后测定的标准一致，所述摄像装置设置的参数主要是焦距和放大倍数。
为了方便数据传输，所述摄像装置通过有线连接或无线连接方式与接收显示器进行数据传输，其中，优选无线连接方式。
具体来讲，所述步骤(S10)包括：
(S11)对摄像装置进行参数设置；
(S12)获取参照物的实际尺寸S’和物距d’；
(S13)摄像装置获取影像并传输至接收显示器；
(S14)在接收端测量接收显示器上的参照物影像的尺寸L’；
(S15)根据公式计算得此时的伪像距m。
为了减小一次测量中存在的偶然误差，所述步骤(S10)还包括：
(S16)重复步骤(S12)～(S15)i次，将每次获得的伪像距mi用于计算求得伪像距m的平均值，其中，i≥2且为自然数。
进一步地，所述步骤(S20)包括：
(S21)摄像装置采用与步骤(S10)中相同的参数设置；
(S22)获取目标物的实际尺寸S；
(S23)摄像装置获取影像并传输至接收显示器；
(S24)在接收端测量接收显示器上的目标物影像的尺寸L；
(S25)根据公式变换得并以此计算得出目标物的物距d。
对于上述过程中在接收端测量伪像距对应的影像尺寸，本发明提供如下两种测量方式：
一种是在所述步骤(S14)或/和步骤(S24)中，采用长度测量工具对影像尺寸进行物理测量。为保证测量基准一致，所述步骤(S23)中所用的接收显示器与步骤(S13)中的相同。
另一种是在所述步骤(S14)或/和步骤(S24)中，采用图像识别方法计算影像的像素尺寸。由于图像识别方法为现有技术，本发明中不再赘述。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过伪像距概念的提出和使用，提供一种新颖的测距思路，仅需简单的步骤即可实现准确的单目测距，不仅简单有效，而且测距精度高，具有广泛的应用前景。
(2)本发明属于单目测距，相比现有技术中的双目测距和多目测距方法，明显减少了摄像装置的数量和投入，对整个测量设备来说更是节省了功耗，并且能够获得不输于现有技术的测距精度和效果。
(3)本发明与传统的基于测距传感器的测距方案相比，同样提高了测距精度。
(4)本发明应用广泛，可在电力、军事、汽车、无人机等诸多领域应用，如其应用于电力巡线无人机测距领域，不仅精度高，复杂度低，而且在不增加电力巡线无人机任何额外负载及电量的情况下，能够实时高效地获得巡视无人机与标识物的距离，达到避障的目的。与现有的测距与避障方案相比，没有影响巡视无人机本身的续航能力，且测距简单有效，在电力无人机巡线中具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为现有技术中相机测距的原理图。
图2为本发明中伪像距的测距原理图。
图3为本发明中步骤(S10)中伪像距的测定流程图。
图4为本发明中步骤(S20)中目标物距的测定流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
该基于伪像距的单目测距方法，所涉及到的设备有摄像装置、传输装置、显示装置、处理装置等。其中摄像装置为单目摄像装置，可以是具有在线传输功能的照相机、摄影机或摄像头等，其通常应带有在线传输模块，以满足实时数据采集需求；传输装置是根据不同的数据传输要求，选择有线连接或无线连接的方法使摄像装置与显示装置之间连通进行数据交换，本实施例优选无线连接方式；显示装置通常为远程信号接收端的接收显示器；处理装置主要是基于电子计算机的构造，能够使传输的数据信息在显示装置上显示。实现上述功能的各装置在现有技术中均能找到代替物，因此各装置的具体构造在本发明中不再赘述。
如图2至图4所示，该测距方法的过程如下：
(S10)通过摄像装置获取已知参照物的影像并传输至接收显示器，在接收端测定出此时的伪像距；具体地，
(S11)对摄像装置进行参数设置，其中主要是设定焦距参数和放大倍数，并保持其不变，本实施例中设定焦距为55mm；
(S12)获取已知参照物的实际尺寸S’＝2m和物距d’＝13m；
(S13)摄像装置获取影像并通过无线连接方式将参照物影像数据传输至接收端，接收端通过接收显示器将影像显示出；
(S14)在接收端的接收显示器上通过长度测量工具(如游标卡尺等)对其上显示的参照物影像进行物理测量，获得其尺寸为L’＝100mm；
(S15)根据公式计算得此时的伪像距
(S16)重复步骤(S12)～(S15)4次，分别获得伪像距m2～m5的值如下：
由此计算求得伪像距的平均值m＝(650+651+649+650+650.25)/5＝650.05mm，以减小一次测量中存在的偶然误差，为便于后续计算，本实施例中取m≈650mm。
(S20)在保持摄像装置设置参数不变的情况下获取目标物的影像并传输至接收显示器，在接收端测定得出目标物的物距，即摄像装置与目标物的距离；具体地，
(S21)摄像装置采用与步骤(S10)中相同的参数设置，即保持摄像装置及其设置不变，由此即可确定此时的伪像距也保持不变，如上述的m≈650mm；
(S22)获取目标物的实际尺寸S＝2.4m；
(S23)摄像装置通过与步骤(S13)相同的方式获取影像并传输至接收显示器，此时接收端的显示器需与(S13)中所用的接收显示器相同，以保证测量基准一致；
(S24)同样采用物理测量的方式在接收端测量得接收显示器上的目标物影像的尺寸为L＝96mm；
(S25)根据公式变换得并以此计算得出目标物的物距
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于所述步骤(S14)和步骤(S24)中，采用图像识别方法计算影像的像素尺寸。由于图像识别方法为现有技术，本实施例中不对如何图像识别进行赘述，直接获取其识别结果。如下仅对相对于实施例1中有变动的步骤进行描述，其他参照实施例1。
此时在步骤(S11)中还需设置的参数是摄像装置所获得的分辨率，需保持其不变。在步骤(S14)中所获得的参照物影像的尺寸为L’＝360pix。步骤(S15)中计算伪像距步骤(S16)中伪像距m2～m5的值如下： 伪像距的平均值m＝(2340+2340+2337.5+2340+2340)/5＝2339.5≈2340pix。
若如此采用图像识别方法计算尺寸，则步骤(S23)中所用的接收显示器则不一定需要与步骤(S13)中相同。在步骤(S24)中获得的目标物影像的尺寸为L＝320pix。因此步骤(S25)中计算得出目标物的物距
由此可见，本发明的方法过程简单，复杂度低，而且能够达到的精度高，具有广泛的应用前景，如其在电力巡线无人机测距过程中应用，在不增加电力巡线无人机任何额外负载及电量的情况下，能够实时高效地获得巡视无人机与标识物的距离，从而有效避障。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种应用于电力巡线无人机的伪像距单目测距方法，其特征在于，包括设置于电力巡线无人机上具有在线传输功能的单目摄像装置，位于远程信号接收端的接收显示器，将单目摄像装置和接收显示器通过无线连接方式连接的传输装置，以及与接收显示器连接的处理装置；还包括如下步骤：
(S11)对单目摄像装置进行参数设置；
(S12)获取已知参照物的实际尺寸S’和物距d’；
(S13)单目摄像装置获取该已知参照物的影像并传输至接收显示器；
(S14)在远程信号接收端采用图像识别方法计算呈现在接收显示器上的参照物影像的像素尺寸L’；
(S15)根据公式计算得此时的伪像距m；
(S16)重复步骤(S12)～(S15)i次，将每次获得的伪像距mi用于计算求得伪像距m的平均值，其中，i≥2且为自然数；
(S21)单目摄像装置采用与步骤(S11)中相同的参数设置；
(S22)获取目标物的实际尺寸S；
(S23)单目摄像装置获取目标物的影像并传输至接收显示器；
(S24)在远程信号接收端采用图像识别方法计算呈现在接收显示器上的目标物影像的像素尺寸L；
(S25)根据公式变换得并以此计算得出目标物的物距d，即单目摄像装置与目标物的距离。
2.根据权利要求1所述的一种应用于电力巡线无人机的伪像距单目测距方法，其特征在于，所述单目摄像装置为具有在线传输功能的照相机、摄影机或摄像头。
3.根据权利要求2所述的一种应用于电力巡线无人机的伪像距单目测距方法，其特征在于，所述单目摄像装置设置的参数包括焦距和放大倍数。
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