CN108088414A - 一种单目测距方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种单目测距方法，涉及图像测量技术领域，包括标定步骤、图像采集步骤、识别步骤和测距步骤，其中，标定步骤：对摄像装置进行标定，生成焦距f。图像采集步骤：对路况信息进行摄录采集，生成目标图像。识别步骤：识别目标图像，根据目标图像判断目标类型，生成图像类型信息。测距步骤：生成理论距离D 0 ，根据理论距离D 0 及图像类型信息，生成实测距离D。该技术方案缓解了现有单目测距方法存在的测量误差大，实用性差的技术问题，保证了测量方法得到的距离数据的准确度，实现了与目标待测物间的横向距离的测量，提高了单目测距方法的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及图像测量技术领域，尤其是涉及一种单目测距方法。
背景技术
图像测量技术是近年来在测量领域中新兴的一种高性能测量技术。它以光学技术为基础，将光电子学、计算机技术、激光技术、图像处理技术等多种现代科学技术融合为一体，构成光、机、电、算综合体的测量系统。通过对于获得的二维图像进行处理和分析，得到需要的三维场景的信息，最终实现测量的目的。目前视频图像的测量理论还没有通用的方法和算法，针对不同测量对象和条件，要研究不同的方法和算法。
目前，单目测距方法原理作为图像测量技术中的典型方法得到了广泛应用，单目测距方法是指在已知物体信息的条件下利用摄像机获得的目标图片得到深度信息的方法，主要应用于导航和定位，单目测距方法是基于小孔成像原理，建立在光轴方向上的测距模型，是通过几何推导来得到世界坐标系和图像坐标系之间的关系而提出的基于特征点的测距原理。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的单目测距方法的标定过程中标定量数量多，流程复杂，增加了测量误差，且测量方法通常针对于物距，不适用于与目标待测物横向距离的测量，不能满足用户的使用需求。同时，当测距设备通过道路颠簸路段时，现有的测距方法测距读数无法保持连续性。因此，现有技术中的测距方法存在测量误差大，实用性差的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单目测距方法，以缓解现有技术中存在的测量误差大，实用性差的技术问题。
本发明实施例提供了一种单目测距方法，包括：
标定步骤：对摄像装置进行标定，生成焦距f；
图像采集步骤：对路况信息进行摄录采集，生成目标图像；
识别步骤：识别目标图像，根据目标图像判断目标类型，生成图像类型信息；
测距步骤：生成理论距离D0，根据理论距离D0及图像类型信息，生成实测距离D；其中，
标定步骤具体为：将摄像装置置于平面上，使得其光轴处于水平方向；将附有中心点标记的标定板置于摄像装置前方，使得标定板的中心点位于光轴的水平延长线上，记录标定板横向两边缘与中心点的距离y，即物宽 2y；以摄像装置为原点，由近及远移动标定板直至标定板的横向两边缘开始出现在摄像装置视野内，记录此时标定板与摄像装置之间的距离，即物距x，并记录此时像平面的标定横坐标像素值为a，内参光点长度为l，得到像宽y'＝a×l，根据公式得到焦距f；
测距步骤具体为：记录像平面的纵坐标像素值b，得到像高h＝b×l，记录摄像装置距离地面高度H，根据公式得到理论距离D0的纵坐标分量Dy；记像平面的横坐标像素值为c，W0为像宽，得到像与中心点的间距基于焦距f，根据公式得到理论距离D0的横坐标分量Dx；根据图像类型信息，计算当前帧理论距离Dn与前一帧理论距离Dn-1之间的差值ΔD0，当ΔD0超出阈值范围时，计算得到实测距离D。
本发明实施例提供了第一种可能的实施方式，其中，目标类型为车辆或行人；
图像类型信息为：对应于目标类型为车辆的第一图像类型信息或对应于目标类型为行人的第二图像类型信息。
本发明实施例提供了第二种可能的实施方式，其中，根据图像类型信息，计算当前帧理论距离Dn与前一帧理论Dn-1距离之间的差值ΔD0，当ΔD0超出阈值范围时，计算得到实测距离D具体为：
当图像类型信息为第一图像类型信息时，阈值范围为当ΔD0超出阈值范围时，根据公式 D＝Dn-1×τ1+Dn×τ2，得到实测距离D，其中，τ1为第一经验系数，τ2为第二经验系数，第二经验系数为τ2＝1-τ1；
当图像类型信息为第二图像类型信息时，阈值范围为当ΔD0超出阈值范围时，根据公式得到实测距离D；
其中，V1为车辆时速，Vmax为车辆行驶最大速度，F0为图像摄录的帧率，V2为行人行走速度。
本发明实施例提供了第三种可能的实施方式，其中，第一经验系数的范围为0.7～0.9。
本发明实施例提供了第四种可能的实施方式，其中，标定横坐标像素值的范围为640～2560。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例所提供的单目测距方法，包括标定步骤、图像采集步骤、识别步骤和测距步骤，其中，标定步骤：对摄像装置进行标定，生成焦距f。图像采集步骤：对路况信息进行摄录采集，生成目标图像。识别步骤：识别目标图像，根据目标图像判断目标类型，生成图像类型信息。测距步骤：生成理论距离D0，根据理论距离D0及图像类型信息，生成实测距离D。进一步的，标定步骤具体为：将摄像装置置于平面上，使得其光轴处于水平方向；将附有中心点标记的标定板置于摄像装置前方，使得标定板的中心点位于光轴的水平延长线上，记录标定板横向两边缘与中心点的距离y，即物宽2y；以摄像装置为原点，由近及远移动标定板直至标定板的横向两边缘开始出现在摄像装置视野内，记录此时标定板与摄像装置之间的距离，即物距x，并记录此时像平面的标定横坐标像素值为a，内参光点长度为l，得到像宽y'＝a×l，根据公式得到焦距f。测距步骤具体为：记录像平面的纵坐标像素值b，得到像高h＝b×l，记录摄像装置距离地面高度H，根据公式得到理论距离D0的纵坐标分量Dy；记像平面的横坐标像素值为c，W0为像宽，得到像与中心点的间距基于焦距f，根据公式得到理论距离D0的横坐标分量Dx；根据图像类型信息，计算当前帧理论距离Dn与前一帧理论距离Dn-1之间的差值ΔD0，当ΔD0超出阈值范围时，计算得到实测距离D。该技术方案通过将光轴处于水平方向的摄像装置置于平面上，利用标定板实现对装置的标定，减少了标定量的数量，简化了标定的流程，进而降低了测量引入误差的概率，保证了测量方法得到的距离数据的准确度，同时，实现了与目标待测物间的横向距离的测量，提高了单目测距方法的实用性，满足了用户的使用需求，缓解了现有技术存在的测量误差大，实用性差的技术问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种单目测距方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的单目测距方法中，标定步骤的原理图；
图3为本发明实施例提供的单目测距方法中，测距步骤的原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
目前，现有的单目测距方法的标定过程中标定量数量多，流程复杂，增加了测量误差，且测量方法通常针对于物距，不适用于与目标待测物横向距离的测量，不能满足用户的使用需求。同时，当测距设备通过道路颠簸路段时，现有的测距方法测距读数无法保持连续性，基于此，本发明实施例提供的一种单目测距方法，可以降低测量引入误差的概率，提高单目测距方法的实用性。
参见图1，本发明实施例所提供的一种单目测距方法的流程图。本发明实施例提供的单目测距方法，包括标定步骤S100、图像采集步骤S200、识别步骤S300和测距步骤S400。
其中，标定步骤S100为采用标定装置对摄像装置进行标定，生成焦距 f。具体的，参见图2，本发明实施例提供的单目测距方法中，标定步骤的原理图。标定步骤S100具体为：将摄像装置置于标定装置的平面上，使得摄像装置的光轴处于水平方向。将附有中心点标记的标定板置于摄像装置前方，标定板平面处于竖直方向，使得标定板的中心点位于光轴的水平延长线上，通过光轴的光线垂直照射于标定板上，采用测量工具记录标定板横向两边缘与中心点的距离y，即物宽2y。以摄像装置为坐标原点，由近及远移动标定板，使得标定板与摄像装置之间的距离增加，直至标定板的横向两边缘开始出现在摄像装置视野内，此时，由摄像装置内像平面观察的图像宽度等于标定板的宽度2y，记录此时标定板与摄像装置之间的距离，即物距x，并记录此时像平面的标定横坐标像素值为a，内参光点长度为l，得到像宽y'＝a×l，且，根据小孔成像原理及相似三角形原理有公式得到焦距f。该技术方案实现了摄像装置的标定，减少了表定量的数目，简化了标定的流程，进而避免了标定量过多导致的测量数据误差。
图像采集步骤S200为摄像装置对路况信息进行摄录采集，实时记录行车轨迹，生成目标图像。摄像装置可采用照相机、摄像机、摄像头等图像采集设备。
识别步骤S300为图像识别装置识别目标图像，根据目标图像判断目标类型，生成图像类型信息。识别方法首先利用视频图像序列的帧间差分获得初步的运动对象与背景的分割，再利用分割出的背景建立动态的背景模型，然后采用背景消除的方法提取运动目标，进而确定目标类型为行人或车辆。
测距步骤S400为处理器生成理论距离D0，并根据理论距离D0及图像类型信息，计算生成实测距离D，从而实现了摄像装置与目标的距离的测定。
具体的，参见图3，本发明实施例提供的单目测距方法中，测距步骤的原理图。测距步骤S400具体为测量装置记录像平面的纵坐标像素值b，计算得到像高h＝b×l，测量装置记录摄像装置距离地面高度H，根据小孔成像原理及相似三角形原理有公式得到理论距离D0的纵坐标分量Dy。记像平面的横坐标像素值为c，W0为像宽，得到像与中心点的间距基于焦距f，根据公式得到理论距离D0的横坐标分量Dx。该技术方案实现了摄像装置与目标之间横向距离的测定，提高了单目测距的实用性，进一步满足了用户的使用需求。
基于对图像的分析处理得到图像类型信息后，再根据图像类型信息，计算不同类型图像类型信息对应的当前帧理论距离Dn与前一帧理论距离 Dn-1之间的差值ΔD0，当ΔD0超出各自的阈值范围时，计算得到实测距离D。
进一步的，本发明实施例提供的单目测距方法中，目标类型为车辆或行人。单目测距方法中处理器对图像进行分析，通过比对前后帧图像中消除背景后的像素点，绘制图像中目标的轮廓进行识别，判断目标类型为车辆或行人。
进一步的，图像类型信息为对应于目标类型为车辆的第一图像类型信息或对应于目标类型为行人的第二图像类型信息。具体的，当目标类型为车辆时，处理器生成的图像类型信息为第一图像类型信息；当目标类型为行人时，生成的图像类型信息为第二图像类型信息。
本发明实施例提供的单目测距方法中，根据图像类型信息，计算当前帧理论距离Dn与前一帧理论Dn-1距离之间的差值ΔD0，当ΔD0超出阈值范围时，计算得到实测距离D具体步骤如下：
当图像类型信息为第一图像类型信息时，设定的阈值范围为当ΔD0超出阈值范围时，根据公式 D＝Dn-1×τ1+Dn×τ2，得到实测距离D，其中，V1为车辆时速，Vmax为车辆行驶最大速度，F0为图像摄录的帧率，τ1为第一经验系数，τ2为第二经验系数，且第二经验系数为τ2＝1-τ1。
当图像类型信息为第二图像类型信息时，设定的阈值范围为当ΔD0超出阈值范围时，根据公式得到实测距离D。其中，V1为车辆时速，F0为图像摄录的帧率，V2为行人行走速度。通过采用该方法实现了距离测量值的连续性，避免因道路颠簸而导致的测量数据与实际距离偏差较大的情况的出现，进一步保证了测量距离数据的准确性。
进一步的，本发明实施例提供的单目测距方法中，第一经验系数的范围为0.7～0.9。优选的，第一经验系数τ1为0.9，即第二经验系数τ2为0.1。即，当目标类型为人时，图像类型信息为第一图像类型信息，实测距离 D＝Dn-1×0.9+Dn×0.1；当目标类型为车辆时，图像类型信息为第二图像类型信息，实测距离其中，Dn-1的初始值根据路况环境进行计算并预设的值。该技术方案将目标类型进行区分，根据道路真实路况进行测距数据的连续性保持，进一步保证了测量数据的准确性。
本发明实施例提供的单目测距方法中，标定横坐标像素值的范围为 640～2560。优选的，标定横坐标像素值为1280，即y'＝1280×l。
本发明实施例所提供的单目测距方法，包括标定步骤、图像采集步骤、识别步骤和测距步骤，其中，标定步骤：对摄像装置进行标定，生成焦距f。图像采集步骤：对路况信息进行摄录采集，生成目标图像。识别步骤：识别目标图像，根据目标图像判断目标类型，生成图像类型信息。测距步骤：生成理论距离D0，根据理论距离D0及图像类型信息，生成实测距离D。进一步的，标定步骤具体为：将摄像装置置于平面上，使得其光轴处于水平方向；将附有中心点标记的标定板置于摄像装置前方，使得标定板的中心点位于光轴的水平延长线上，记录标定板横向两边缘与中心点的距离y，即物宽2y；以摄像装置为原点，由近及远移动标定板直至标定板的横向两边缘开始出现在摄像装置视野内，记录此时标定板与摄像装置之间的距离，即物距x，并记录此时像平面的标定横坐标像素值为a，内参光点长度为l，得到像宽y'＝a×l，根据公式得到焦距f。测距步骤具体为：记录像平面的纵坐标像素值b，得到像高h＝b×l，记录摄像装置距离地面高度H，根据公式得到理论距离D0的纵坐标分量Dy；记像平面的横坐标像素值为c，W0为像宽，得到像与中心点的间距基于焦距f，根据公式得到理论距离D0的横坐标分量Dx；根据图像类型信息，计算当前帧理论距离Dn与前一帧理论距离Dn-1之间的差值ΔD0，当ΔD0超出阈值范围时，计算得到实测距离D。该技术方案通过将光轴处于水平方向的摄像装置置于平面上，利用标定板实现对装置的标定，减少了标定量的数量，简化了标定的流程，进而降低了测量引入误差的概率，保证了测量方法得到的距离数据的准确度，同时，实现了与目标待测物间的横向距离的测量，提高了单目测距方法的实用性，满足了用户的使用需求，缓解了现有技术存在的测量误差大，实用性差的技术问题。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种单目测距方法，其特征在于，包括：
标定步骤：对摄像装置进行标定，生成焦距f；
图像采集步骤：对路况信息进行摄录采集，生成目标图像；
识别步骤：识别所述目标图像，根据所述目标图像判断目标类型，生成图像类型信息；
测距步骤：生成理论距离D0，根据所述理论距离D0及所述图像类型信息，生成实测距离D；其中，
所述标定步骤具体为：将摄像装置置于平面上，使得其光轴处于水平方向；将附有中心点标记的标定板置于摄像装置前方，使得标定板的中心点位于所述光轴的水平延长线上，记录标定板横向两边缘与中心点的距离y，即物宽2y；以摄像装置为原点，由近及远移动标定板直至标定板的横向两边缘开始出现在摄像装置视野内，记录此时标定板与摄像装置之间的距离，即物距x，并记录此时像平面的标定横坐标像素值为a，内参光点长度为l，得到像宽y'＝a×l，根据公式得到焦距f；
所述测距步骤具体为：记录像平面的纵坐标像素值b，得到像高h＝b×l，记录摄像装置距离地面高度H，根据公式得到理论距离D0的纵坐标分量Dy；记像平面的横坐标像素值为c，W0为像宽，得到像与中心点的间距基于所述焦距f，根据公式得到理论距离D0的横坐标分量Dx；根据所述图像类型信息，计算当前帧理论距离Dn与前一帧理论距离Dn-1之间的差值ΔD0，当ΔD0超出阈值范围时，计算得到实测距离D。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标类型为车辆或行人；
所述图像类型信息为：对应于所述目标类型为车辆的第一图像类型信息或对应于所述目标类型为行人的第二图像类型信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述图像类型信息，计算当前帧理论距离Dn与前一帧理论Dn-1距离之间的差值ΔD0，当ΔD0超出阈值范围时，计算得到实测距离D具体为：
当所述图像类型信息为所述第一图像类型信息时，所述阈值范围为当ΔD0超出阈值范围时，根据公式D＝Dn-1×τ1+Dn×τ2，得到实测距离D，其中，τ1为第一经验系数，τ2为第二经验系数，所述第二经验系数为τ2＝1-τ1；
当所述图像类型信息为所述第二图像类型信息时，所述阈值范围为当ΔD0超出阈值范围时，根据公式得到实测距离D；
其中，V1为车辆时速，Vmax为车辆行驶最大速度，F0为图像摄录的帧率，V2为行人行走速度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一经验系数的范围为0.7～0.9。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定横坐标像素值的范围为640～2560。
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