CN109752709A - 一种基于图像的距离测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆测距技术领域，具体涉及一种基于图像的距离测量方法和装置，其中对于车辆预设方向的任一待测点，在采集图像后，方法包括：通过图像采集装置内部标定，确定图像光心点G’的坐标以及焦距；在预设方向选定近场参考点，并确定近场参考点在图像中的投影点Q’的坐标以及近场参考点至车辆的距离d₁；在预设方向选定远场参考点，并确定远场参考点在图像中的投影点H’的坐标；确定待测点在图像中的投影点P’的坐标，并根据焦距、d₁以及P’、Q’、H’和G’的坐标，计算待测点至车辆的距离。本发明基于二维图像信息，通过参数标定，对于任一成像点均可计算得到对应的三维距离信息，无需特殊设备，处理简便、成本低廉。

Description

一种基于图像的距离测量方法和装置

【技术领域】

本发明涉及车辆测距技术领域，具体涉及一种基于图像的距离测量方法和装置。

【背景技术】

近年来，随着经济的快速增长，机动车的数量显著增加，随之而来的道路交通安全形势越来越严峻，车辆与其他车辆之间、与路边障碍物之间、与行人之间等的交通事故时有发生，比如，车辆之间的追尾碰撞事故、超车侧向碰撞事故等。

目前，车辆上通常都装有摄像头用于采集车辆周围的图像和视频信息，有利于驾驶员在一定程度上了解行车情况，但现有的车装摄像头通常只能记录二维视频信息，而没有其他功能。然而，在车辆行驶的实际应用中，车辆与其他车辆等物体之间的三维距离信息也十分重要，比如车辆的安防监控和驾驶行车，如果能够对行车间距进行测定，驾驶员可及时了解行车情况，对减少和预防交通事故的发生是非常有用的。在传统测距方案中，通常需要利用专业的激光雷达等设备获取距离信息，不仅设备复杂，而且价格昂贵，不利于广泛投入使用。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明需要解决的技术问题是：

现有的车装摄像头通常只能记录二维视频信息，而三维距离信息的获取通常需要利用专业的激光雷达等设备，不仅设备复杂，而且价格昂贵，不利于广泛投入使用。

本发明通过如下技术方案达到上述目的：

第一方面，本发明提供了一种基于图像的距离测量方法，对于车辆预设方向的任一待测点P，在采集车辆预设方向包括点P在内的图像后，距离测量方法包括：

通过图像采集装置内部标定，确定图像光心点G’的坐标以及图像采集装置的焦距f；

在车辆预设方向选定近场参考点Q，并确定近场参考点Q在图像中的投影点Q’的坐标以及近场参考点Q至车辆之间的距离d₁；

在车辆预设方向选定远场参考点H，并确定远场参考点H在图像中的投影点H’的坐标；

确定待测点P在图像中的投影点P’的坐标，并根据焦距f、距离d₁以及P’、Q’、H’和G’的坐标信息，计算待测点P至车辆之间的距离d₂。

优选的，所述在车辆预设方向选定近场参考点Q，并确定近场参考点Q在图像中的投影点Q’的坐标以及近场参考点Q至车辆之间的距离d₁，具体包括：

通过发射激光在车辆预设方向的地面上寻找近场参考点Q，使得Q点在图像中的投影点Q’位于图像底部；

获取近场参考点Q与激光发射装置之间的距离d₀，以及激光发射装置相对于近场参考点Q的俯视角β，进而计算得到近场参考点Q至车辆之间的距离d₁；

在图像底部寻找近场参考点Q的投影点Q’，并记录Q’的坐标。

优选的，所述在车辆预设方向选定远场参考点H，并确定远场参考点H在图像中的投影点H’的坐标，具体包括：

通过发射激光在车辆预设方向寻找远场参考点H，使得H点在图像中的投影点H’位于图像顶部；

在图像顶部寻找远场参考点H的投影点H’，并记录H’的坐标。

优选的，所述待测点P至车辆之间的距离d₂的计算公式为：

优选的，所述方法还包括：

通过测定车辆行驶的加速度和/或车辆相对于地面的倾斜角度，判断车辆的行驶稳定性；

当车辆处于不稳定状态时，在d₂的基础上增加或减去预设偏移量，作为待测点P至车辆之间的距离。

第二方面，本发明还提供了一种基于图像的距离测量装置，可用于完成上述第一方面所述的距离测量方法，所述装置包括图像采集装置和定标装置，所述图像采集装置包括相机和处理器；其中，所述相机用于采集车辆外预设方向的图像，所述定标装置用于对车辆外预设方向的参考点进行标定；所述处理器用于确定所述参考点在图像中的坐标信息，并计算得到待测点与车辆之间的距离。

优选的，所述定标装置包括测距仪和陀螺仪，所述测距仪用于通过发射单色激光进行近场参考点和远场参考点的标定，并在进行测距后将测得的数据反馈至所述处理器；所述陀螺仪用于进行角度测定，并将测得的数据反馈至所述处理器。

第三方面，本发明还提供了另一种基于图像的距离测量方法，对于车辆预设方向的任一待测点P，距离测量方法包括：

预先测定图像采集装置与地面之间的垂直距离h，以及图像采集装置相对于图像光心点对应的实际场景点G的俯视角

通过图像采集装置内部标定，确定图像光心点G’的坐标以及图像采集装置的焦距f；

确定待测点P在图像中的投影点P’的坐标，并根据焦距f、俯视角以及P’和G’的坐标信息，计算待测点P至车辆之间的距离d₂。

优选的，俯视角的确定方法具体为：

通过图像采集确定图像光心点G’在车辆预设方向地面上对应的实际场景点G；

测定实际场景点G与车辆之间的距离d₃，并结合d₃和h计算图像采集装置相对于实际场景点G的俯视角其中，

优选的，所述待测点P至车辆之间的距离d₂的计算公式为：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的距离测量方法可基于现有的摄像头记录的二维视频图像信息，通过对参考点、图像光心点、相机焦距等各参数的标定，对于图像中的任一成像点，均可计算得到其对应的三维距离信息。该方法计算准确、处理简便，且无需特殊设备，成本低廉，可用于行车记录、距离预警等一系列应用。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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基于图像的距离测量方法中路面与成像平面的位置关系示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于图像的距离测量方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的一种近场参考点标定方法的流程图；

图4为本发明实施例提供的一种近场参考点的标定示意图；

图5为本发明实施例提供的一种远场参考点标定方法的流程图；

图6为本发明实施例提供的一种基于图像的距离测量装置的示意图；

图7为本发明实施例提供的俯视角的测定示意图；

图8为本发明实施例提供的另一种基于图像的距离测量方法的流程图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“左”、“右”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而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

在本发明各实施例中，符号“/”表示同时具有两种功能的含义，而对于符号“A和/或B”则表明由该符号连接的前后对象之间的组合包括“A”、“B”、“A和B”三种情况。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

实施例1：

本发明实施例提供了一种基于图像的距离测量方法，用于测量车辆预设方向上的任一点到车辆的距离；其中，所述预设方向可以是车辆的前方、后方、左方、右方等，进而测定车辆与前方、后方、左方或右方的任一点间的距离。在实际应用中，使用较多的是测定车辆与其前方某一点的距离，因此本发明实施例以预设方向为前方为例说明，但并不用以限制本发明。在介绍方法之前，首先结合图1对图中的各点进行简要说明：

I表示车辆在地面上的位置，Q、G和P表示车辆前方(即图1中右侧)地面上的实际三维场景点，H表示车辆前方的一实际三维场景点，I、Q、G和P形成的直线表示地面；H’、P’、G’和Q’表示图像中对应的成像点(也可称为投影点)，H’、P’、G’和Q’形成的直线表示图像平面。在本发明实施例中，所述方法采用设于车辆上的图像采集装置和定标装置来完成，图1中点O_c即表示图像采集装置和定标装置所在位置。

结合图1，在车辆行驶过程中，对于车辆前方的任一待测点P，当通过图像采集装置对车辆前方的图像(包括点P在内)进行采集后，本发明实施例提供的距离测量方法可参考图2，具体包括以下步骤：

步骤10，通过图像采集装置内部标定，确定图像光心点G’的坐标以及图像采集装置的焦距f。

其中，所述图像采集装置中包括相机，用于进行图像拍摄采集，则图1中点O_c具体也可表示相机所在位置。所述图像光心点G’的坐标以及相机的焦距f可直接采用现有的标定工具箱获得，如图1，点O_c到图像光心点G’之间的距离即为焦距f。在相机不做更换或调整的情况下，图像光心点G’的坐标和焦距f的值是固定不变的，因此可只在首次使用时进行标定并保存，后续直接提取使用即可，无需每次测距时都进行标定。

步骤20，在车辆前方选定近场参考点Q，并确定近场参考点Q在图像中的投影点Q’的坐标以及近场参考点Q至车辆之间的距离d₁。

如图1所示，所述近场参考点Q为车辆前方地面上的一个场景点，其在图像中对应的投影点Q’位于图像底部，这里的图像底部是指图像光心点G’下方的部分，包括图像的最底部位；近场参考点Q至车辆之间的距离即点Q到点I之间的距离d₁。其中，所述近场参考点Q的标定通过定标装置来完成，具体将在后文详细介绍。

步骤30，在车辆前方选定远场参考点H，并确定远场参考点H在图像中的投影点H’的坐标。

如图1所示，所述远场参考点H为车辆前方的一个场景点，具体可以是定标装置(即点O_c位置)前方水平方向上的一点，也可以是与偏离水平方向一定角度以内的一点。其中，在进行标定时，偏离的角度需满足：H在图像中对应的投影点H’位于图像顶部，这里的图像顶部是指图像光心点G’上方的部分，包括图像的最顶部位。所述远场参考点H的标定通过定标装置来完成，具体将在后文详细介绍。其中，步骤10-30的顺序并不唯一限定，三个步骤之间可互相变换，不同的执行顺序均在本发明的保护范围之内。

步骤40，确定待测点P在图像中的投影点P’的坐标，并根据焦距f、距离d₁以及P’、Q’、H’和G’的坐标信息，计算待测点P至车辆之间的距离d₂。

其中，所述图像采集装置中还包括具有计算和分析能力的处理器(具体可以是芯片)，则获取上述各标定参数之后，即可由所述处理器根据各参数计算得到待测点P至车辆之间的距离d₂(即点P到点I之间的距离)。具体计算过程将在后文介绍，此处不再赘述。

需要注意的是，虽然图1中I、Q、G和P形成一直线，但实际标定时，点Q、G和P并不要求必须位于一条线上；同样地，虽然像点H’、P’、G’和Q’形成一直线，但实际应用中，点H’、P’、G’和Q’并不要求必须位于一条线上。

本发明实施例提供的距离测量方法中，基于现有的摄像头记录的二维视频图像信息，通过对参考点、图像光心点、相机焦距等各参数的标定，对于图像中的任一成像点，均可计算得到其对应的三维距离信息。该方法计算准确、处理简便，且无需特殊设备，成本低廉，可用于行车记录、距离预警等一系列应用。

在本发明实施例中，所述近场参考点Q和所述远场参考点H的标定均通过定标装置来完成，所述定标装置包括测距仪和陀螺仪，其中，所述测距仪可发射单色激光进行测距，所述陀螺仪用于进行角度测定。在此结构基础上，两个参考点的标定具体如下：

参考图3，所述近场参考点Q的标定过程(即步骤20)具体包括以下步骤：

步骤201，通过发射激光在车辆前方的地面上寻找近场参考点Q，使得Q点在图像中的投影点Q’位于图像底部。

如图4所示，所述测距仪位于图1中点O_c所示位置，与地面之间有一定距离；所述测距仪发出单色激光至车辆前方地面的Q点(如图4中点O_c指向点Q单向箭头所示)，通过不断调整发射激光的角度，使得Q点在采集图像中的成像点Q’位于图像底部，如图1所示，则对应的Q点即为近场参考点。其中，这里的图像底部是指图像光心点G’下方的部分，包括图像的最底部位。

步骤202，获取近场参考点Q与激光发射装置之间的距离d₀，以及激光发射装置相对于近场参考点Q的俯视角β，进而计算得到近场参考点Q至车辆之间的距离d₁。

参考图4，确定近场参考点Q后，所述测距仪得到其与Q点间的距离d₀，并将d₀反馈至图像采集装置的处理器；所述陀螺仪测定得到所述测距仪与Q点间的俯视角β，并将β反馈至图像采集装置的处理器。所述处理器根据距离d₀和俯视角β，计算得到Q点与车辆I间的距离d₁：d₁＝d₀·cosβ。当然，所述定标装置内也可设有具有计算和分析能力的处理器，直接由定标装置内的处理器完成相应计算，此处不再赘述。

步骤203，在图像底部寻找近场参考点Q的投影点Q’，并记录Q’的坐标。其中，在图像采集装置中，可针对图像成像平面预先建立有坐标系，并保存于处理器中，则成像点确认后，坐标信息具体可由图像采集装置中的处理器确认。需要注意的是，所述步骤202与步骤203的顺序可以互换，并不唯一限定，即可以先执行步骤203再执行步骤202。

参考图5，所述远场参考点H的标定过程(即步骤30)具体包括以下步骤：

步骤301，通过发射激光在车辆预设方向寻找远场参考点H，使得H点在图像中的投影点H’位于图像顶部。

参考图1，为便于标定，所述远场参考点H可以是定标装置(即点O_c位置)前方水平方向上的一点，则标定时保持所述测距仪的位置不动，将发射激光的方向调整为水平，所述测距仪发出单色激光至车辆前方的H点，则H点在采集图像中的成像点H’位于图像顶部。当然，H点也可以是O_c点前方偏离水平方向一定角度的一点，偏离程度满足成像点H’位于图像顶部即可，这里的图像顶部是指图像光心点G’上方的部分，包括图像的最顶部位。

步骤302，在图像顶部寻找远场参考点H的投影点H’，并记录H’的坐标。其中，坐标信息具体可由图像采集装置中的处理器确认。

在本发明实施例中，所述待测点P至车辆之间的距离d₂的计算公式具体如下：

结合图1，O_cI⊥IP；G’为图像光心点，O_cG’＝f，则有O_cG’⊥Q’H’。因此，上述计算公式(1)的推导过程具体如下：

另外，关于d₂和d₁，满足以下关系：

根据式(3)，得到以下关系：

根据图1，可得到以下角度关系：

将式(1)和式(5)代入式(4)中，得到以下关系式(1)：

因此，只需确定图像中各个成像点(H’、Q’、G’和P’)的坐标、距离d₁以及焦距f，即可准确、简便地计算得到待测距离d₂。

结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，考虑到车辆在行驶中的稳定性对距离测定的影响，比如车辆经过颠簸路段，或者车轮突然轧过石头等障碍物，会造成车辆的行驶突发性不稳定，这种不稳定可能使计算得到的距离具有一定误差。考虑到上述情况，所述方法还包括：

通过测定车辆行驶的加速度和/或车辆相对于地面的倾斜角度，判断车辆的行驶稳定性；当车辆处于不稳定状态时，在d₂的基础上增加或减去预设偏移量，作为待测点P至车辆之间的距离。例如，可通过加速度计测定车辆的横向加速度和/或纵向加速度，当加速度发生突变或者超过预设加速度值时，所述处理器可判定为不稳定状态；还可通过陀螺仪测定车辆的横摆角速度，当角速度发生突变或超过预设角速度值时，所述处理器可判定为不稳定状态；还可通过陀螺仪测定车辆相对于地面的倾斜角度，当倾斜角度发生突变或者超过预设角度时，所述处理器可判定为不稳定状态。其中，所述预设加速度值、预设角速度值以及预设角度均可根据车辆参数、行驶经验等进行设定；所述预设偏移量可根据多次模拟测试进行设定。

结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，车辆内还设有与所述处理器相连的预警装置，所述处理器内保存有预设距离值。则在计算得到待测点P至车辆之间的距离d₂后，所述方法还包括：

所述处理器将距离d₂与预设距离值进行比较，当距离d₂超过预设距离值时，所述预警装置发出预警，以提醒司机注意路段情况。其中，所述预设距离值具体可根据车辆的刹车距离、惯性、标准安全车距等参数进行设定。预警方式具体可以是声音预警，也可是灯光闪烁预警，还可以是在车内的显示屏上通过显眼的图像进行预警，此处并不做限定。

在上述各实施例中，均是以预设方向为前方为例说明，在其他可选的方案中，当需要对车辆后方、左方或右方进行安全监控和距离测定时，均可参照上述方法进行，此处不再赘述。

实施例2：

在上述实施例1的基础上，本发明实施例还提供了一种基于图像的距离测量装置，可用于实现实施例1所述的基于图像的距离测量方法。如图6所示，所述距离测量装置包括图像采集装置(左侧虚线框内)和定标装置(右侧虚线框内)，均设置于车辆上；其中，所述图像采集装置用于进行图像采集以及对数据进行计算分析，所述定标装置用于对车辆以外预设方向上的参考点进行标定。在这里，所述预设方向可以是车辆的前方、后方、左方、右方等，在此不做限定。

所述图像采集装置包括相机和处理器，所述相机对车辆外预设方向上的图像进行拍摄采集，所述处理器具有一定的计算和分析能力，具体可以是芯片，可用于确定所述参考点在图像中的坐标信息，并计算得到待测点与车辆之间的距离。所述定标装置包括测距仪和陀螺仪，所述测距仪用于通过发射单色激光进行近场参考点和远场参考点的标定，并在进行测距后将测得的数据反馈至所述处理器；所述陀螺仪用于进行角度测定，并将测得的数据反馈至所述处理器。

结合图4，各结构的具体功能可结合实施例1：在步骤20中，所述测距仪通过发射单色激光，对车辆预设方向上的近场参考点Q进行标定，并测得其与点Q之间的距离d₀，进而将d₀反馈至所述处理器；所述陀螺仪用于测定其与Q点间的俯视角β，并将β反馈至所述处理器；所述处理器根据d₀和β计算Q点与车辆I间的距离d₁，并确认点Q对应的成像点Q’及其坐标。在步骤30中，所述测距仪通过发射单色激光，对车辆预设方向上的远场参考点H进行标定，所述处理器确认点H对应的成像点H’及其坐标；其中，所述定标装置还可包括水平仪，用于在调整测距仪的角度时进行水平标定，比如，当点H位于点O_c前方水平方向上时，通过水平仪可迅速将测距仪的发射激光方向调至水平，进而快速完成标定。在步骤40中，所述处理器可根据焦距f以及P’、Q’、H’和G’的坐标信息，通过公式(1)计算待测点P至车辆之间的距离d₂。

在优选方案中，所述距离测量装置还可包括加速度计，用于测定车辆的横向加速度和/或纵向加速度，并反馈至所述处理器，当加速度发生突变或者超过预设加速度值时，所述处理器可判定车辆行驶为不稳定状态。所述陀螺仪还可用于测定车辆的横摆角速度，并反馈至所述处理器，当角速度发生突变或超过预设角速度值时，所述处理器可判定车辆行驶为不稳定状态；所述陀螺仪还可用于测定车辆相对于地面的倾斜角度，并反馈至所述处理器，当倾斜角度发生突变或者超过预设角度时，所述处理器可判定车辆行驶为不稳定状态。当车辆处于不稳定状态时，所述处理器在d₂的基础上增加或减去预设偏移量，作为待测点P至车辆之间的距离。其中，所述预设加速度值、预设角速度值以及预设角度均可根据车辆参数、行驶经验等进行设定；所述预设偏移量可根据多次模拟测试进行设定。

结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，所述距离测量装置还可包括与所述处理器相连的预警装置，用于根据距离d₂的大小进行预警。所述处理器在计算得到距离d₂后，将距离d₂与预设距离值进行比较，当距离d₂超过预设距离值时，由所述预警装置发出预警，以提醒司机注意路段情况。其中，所述预设距离值具体可根据车辆的刹车距离、惯性、标准安全车距等参数进行设定。所述预警装置的预警方式具体可以是声音预警，也可是灯光闪烁预警，还可以是图像预警，此处不做限定。

本发明实施例提供的上述测量装置结构简单、成本低，通过采集二维视频图像信息，并对参考点、图像光心点、相机焦距等各参数的标定，对于图像中的任一成像点，即可计算得到其对应的三维距离信息，可用于行车记录、距离预警等一系列应用。

实施例3：

在上述实施例1和实施例2的基础上，本发明实施例还提供了另一种基于图像的距离测量方法，与实施例1所述方法的不同之处在于：在进行实际的车辆距离测量时，本发明实施例所述方法无需进行近场参考点和远场参考点的标定，而是在进行实际的车辆距离测量之前，预先确定图像采集装置与地面之间的垂直距离h，以及图像采集装置相对于图像光心点对应的实际场景点G的俯视角即增加了一部分前序工作，而简化了后期距离测量的步骤。

结合图1和图7，各点的意义与实施例1中相同，点O_c与点I之间的距离即为h，∠O_cGI即图像采集装置相对于点G的俯视角仍以预设方向为前方为例说明，则本发明实施例提供的距离测量方法可参考图8，具体包括以下步骤：

步骤10’，预先测定图像采集装置与地面之间的垂直距离h，以及图像采集装置相对于图像光心点对应的实际场景点G的俯视角

该步骤即为前序工作，在前序工作中，h可直接通过测量得到。在相机不做更换或调整的情况下，对应的图像光心点G’是固定的，因此对应的实际场景点G与车辆间的距离也是一定的，则俯视角可采用以下方法得到：通过图像采集确定图像光心点G’在车辆预设方向地面上对应的实际场景点G；测定实际场景点G与车辆之间的距离d₃，并结合d₃和h计算图像采集装置相对于实际场景点G的俯视角具体为：在保持车辆静止不动时采集车辆前方的图像，通过相机内部标定确定图像光心点G’后，找到对应的车辆前方的实际场景点G并标记，直接测量距离d₃，则得到俯视角

除上述方法以外，标记实际场景点后，还可通过实施例2中所述的测距仪得到点O_c与点G间的距离d₄，则或者，也可以通过实施例2中的陀螺仪直接测定俯视角上述几种测定方法均在本发明的保护范围之内。在前序工作中测定的距离h和俯视角可直接保存于所述处理器中，后续进行实际测距时直接使用。

步骤20’，通过图像采集装置内部标定，确定图像光心点G’的坐标以及图像采集装置的焦距f。

其中，所述图像光心点G’的坐标以及相机的焦距f可直接采用现有的标定工具箱获得，如图1，点O_c到图像光心点G’之间的距离即为焦距f。在相机不做更换或调整的情况下，图像光心点G’的坐标和焦距f的值是固定不变的，因此可只在首次使用时进行标定并保存，后续直接提取使用即可，无需每次测距时都进行标定。

步骤30’，确定待测点P在图像中的投影点P’的坐标，并根据焦距f、俯视角以及P’和G’的坐标信息，计算待测点P至车辆之间的距离d₂。

在车辆行驶过程中，对于车辆前方的任一待测点P，当通过图像采集装置对车辆前方的图像(包括点P在内)进行采集后，所述处理器可确定对应的成像点P’的坐标信息，进而根据以下公式(6)计算待测点P至车辆之间的距离d₂：

结合图1和图7，上述计算公式(7)的推导过程具体如下：

∠IO_cP＝∠IO_cG+∠GO_cP (9)

根据图1以及式(7)-式(9)，得到以下关系：

另外，关于d₂，满足以下关系：

d₂＝h·tan∠IO_cP (11)

将式(11)带入式(10)中，得到以下关系式：

因此，只需确定图像中成像点G’和P’的坐标、距离h、俯视角以及焦距f，即可准确、简便地计算得到待测距离d₂。

结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，考虑到车辆在行驶中的稳定性对距离测定的影响，比如车辆经过颠簸路段，或者车轮突然轧过石头等障碍物，会造成车辆的行驶突发性不稳定，这种不稳定可能使计算得到的距离具有一定误差。考虑到上述情况，所述方法还包括：

通过测定车辆行驶的加速度和/或车辆相对于地面的倾斜角度，判断车辆的行驶稳定性；当车辆处于不稳定状态时，在d₂的基础上增加或减去预设偏移量，作为待测点P至车辆之间的距离。例如，可通过加速度计测定车辆的横向加速度和/或纵向加速度，当加速度发生突变或者超过预设加速度值时，所述处理器可判定为不稳定状态；还可通过陀螺仪测定车辆的横摆角速度，当角速度发生突变或超过预设角速度值时，所述处理器可判定为不稳定状态；还可通过陀螺仪测定车辆相对于地面的倾斜角度，当倾斜角度发生突变或者超过预设角度时，所述处理器可判定为不稳定状态。其中，所述预设加速度值、预设角速度值以及预设角度均可根据车辆参数、行驶经验等进行设定；所述预设偏移量可根据多次模拟测试进行设定。

结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，车辆内还设有与所述处理器相连的预警装置，所述处理器内保存有预设距离值。则在计算得到待测点P至车辆之间的距离d₂后，所述方法还包括：

所述处理器将距离d₂与预设距离值进行比较，当距离d₂超过预设距离值时，所述预警装置发出预警，以提醒司机注意路段情况。其中，所述预设距离值具体可根据车辆的刹车距离、惯性、标准安全车距等参数进行设定。预警方式具体可以是声音预警，也可是灯光闪烁预警，还可以是在车内的显示屏上通过显眼的图像进行预警，此处并不做限定。

在上述各实施例中，均是以预设方向为前方为例说明，在其他可选的方案中，当需要对车辆后方、左方或右方进行安全监控和距离测定时，均可参照上述方法进行，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于图像的距离测量方法，其特征在于，对于车辆预设方向的任一待测点P，在采集车辆预设方向包括点P在内的图像后，距离测量方法包括：

通过图像采集装置内部标定，确定图像光心点G’的坐标以及图像采集装置的焦距f；

在车辆预设方向选定近场参考点Q，并确定近场参考点Q在图像中的投影点Q’的坐标以及近场参考点Q至车辆之间的距离d₁；

在车辆预设方向选定远场参考点H，并确定远场参考点H在图像中的投影点H’的坐标；

确定待测点P在图像中的投影点P’的坐标，并根据焦距f、距离d₁以及P’、Q’、H’和G’的坐标信息，计算待测点P至车辆之间的距离d₂。

2.根据权利要求1所述的基于图像的距离测量方法，其特征在于，所述在车辆预设方向选定近场参考点Q，并确定近场参考点Q在图像中的投影点Q’的坐标以及近场参考点Q至车辆之间的距离d₁，具体包括：

通过发射激光在车辆预设方向的地面上寻找近场参考点Q，使得Q点在图像中的投影点Q’位于图像底部；

获取近场参考点Q与激光发射装置之间的距离d₀，以及激光发射装置相对于近场参考点Q的俯视角β，进而计算得到近场参考点Q至车辆之间的距离d₁；

在图像底部寻找近场参考点Q的投影点Q’，并记录Q’的坐标。

3.根据权利要求1所述的基于图像的距离测量方法，其特征在于，所述在车辆预设方向选定远场参考点H，并确定远场参考点H在图像中的投影点H’的坐标，具体包括：

通过发射激光在车辆预设方向寻找远场参考点H，使得H点在图像中的投影点H’位于图像顶部；

在图像顶部寻找远场参考点H的投影点H’，并记录H’的坐标。

4.根据权利要求1所述的基于图像的距离测量方法，其特征在于，所述待测点P至车辆之间的距离d₂的计算公式为：

5.根据权利要求1-4任一所述的基于图像的距离测量方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过测定车辆行驶的加速度和/或车辆相对于地面的倾斜角度，判断车辆的行驶稳定性；

当车辆处于不稳定状态时，在d₂的基础上增加或减去预设偏移量，作为待测点P至车辆之间的距离。

6.一种基于图像的距离测量装置，其特征在于，包括图像采集装置和定标装置，所述图像采集装置包括相机和处理器；其中，所述相机用于采集车辆外预设方向的图像，所述定标装置用于对车辆外预设方向的参考点进行标定；所述处理器用于确定所述参考点在图像中的坐标信息，并计算得到待测点与车辆之间的距离。

7.根据权利要求6所述的基于图像的距离测量装置，其特征在于，所述定标装置包括测距仪和陀螺仪，所述测距仪用于通过发射单色激光进行近场参考点和远场参考点的标定，并在进行测距后将测得的数据反馈至所述处理器；所述陀螺仪用于进行角度测定，并将测得的数据反馈至所述处理器。

8.一种基于图像的距离测量方法，其特征在于，对于车辆预设方向的任一待测点P，距离测量方法包括：

预先测定图像采集装置与地面之间的垂直距离h，以及图像采集装置相对于图像光心点对应的实际场景点G的俯视角

通过图像采集装置内部标定，确定图像光心点G’的坐标以及图像采集装置的焦距f；

确定待测点P在图像中的投影点P’的坐标，并根据焦距f、俯视角以及P’和G’的坐标信息，计算待测点P至车辆之间的距离d₂。

9.根据权利要求8所述的基于图像的距离测量方法，其特征在于，俯视角的确定方法具体为：

通过图像采集确定图像光心点G’在车辆预设方向地面上对应的实际场景点G；

测定实际场景点G与车辆之间的距离d₃，并结合d₃和h计算图像采集装置相对于实际场景点G的俯视角其中，

10.根据权利要求8所述的基于图像的距离测量方法，其特征在于，所述待测点P至车辆之间的距离d₂的计算公式为：