CN109931906A - 摄像机测距方法、装置以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种摄像机测距方法、装置以及电子设备，包括：利用第一摄像机以及第二摄像机采集目标物所处环境的区域图像，分别得到第一图像以及第二图像，目标物包括：包含待测点的待测物以及多个参考点的参考物；在第一图像以及第二图像中查找像素点，分别得到与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点以及第二像素点；分别对多个参考点相对应的第一像素点间的距离值及第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值以及第二实际距离值；对第一实际距离值以及第二实际距离值进行计算，得到待测点在多个参考点所在平面的投影距离值，进而计算得到待测点的实际位置值，该方式降低了摄像机测距操作的复杂度。

Description

摄像机测距方法、装置以及电子设备

技术领域

本发明涉及智能监控技术领域，尤其是涉及一种摄像机测距方法、装置以及电子设备。

背景技术

随着视频监控技术的发展，监控摄像机被广泛应用于生产和生活中的方方面面，利用摄像机进行自动测距有利于对目标进行检测、识别和行为分析。

现在常用的双目摄像机测距方法包含相机标定、双目校正、双目匹配和计算深度信息四个步骤。相机预标定是计算深度信息不可或缺的前置性工作，当改变摄像机类型或者位置时，往往需要重新进行标定，操作繁琐，也易引入误差。因此，对于现有技术来说，目前的摄像机测距操作较为复杂，而且对于云台和镜头可控制的视频监控系统，无法进行相机标定。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种摄像机测距方法、装置以及电子设备，以解决现有技术中存在的摄像机测距操作复杂的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种摄像机测距方法，包括：利用第一摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第一图像，以及，利用第二摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第二图像，其中，目标物包括：包含待测点的待测物以及包含多个参考点的参考物；在第一图像以及第二图像中进行像素点查找，分别得到与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点；分别对多个参考点相对应的第一像素点间的距离值以及多个参考点相对应的第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值以及第二实际距离值；对第一实际距离值以及第二实际距离值进行计算，得到待测点在多个参考点所处平面的投影距离值；对投影距离值进行计算，得到待测点的实际位置值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，在第一图像以及第二图像中进行像素点查找，分别得到与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点之后，还包括：对多个参考点相对应的第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第二实际距离值，或，对多个参考点相对应的第一像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值；计算第一图像至第二图像或第二图像至第一图像的单应性矩阵；利用单应性矩阵将第一图像中的待测点的像素点映射到第二图像中，或，利用单应性矩阵将第二图像中的待测点的像素点映射到第一图像中，得到目标映射点；通过对待测点的像素点与目标映射点的位置值进行计算，得到目标距离值，其中，待测点的像素点为第二图像中或第一图像中的待测点的像素点；将第二实际距离值或第一实际距离值，与目标距离值进行乘法计算，得到投影距离值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，待测点的实际位置值包括：待测点在X坐标轴的坐标值、待测点在Y坐标轴的坐标值以及待测点在Z坐标轴的坐标值，其中，所述X坐标轴、所述Y坐标轴以及所述Z坐标轴均为世界坐标系中的坐标轴。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，对投影距离值进行计算，得到待测点的实际位置值，包括：利用相似三角形判定算法对投影距离值进行计算，得到待测点在Z坐标轴的坐标值；将多个参考点映射至待测点所在平面，得到单位像素对应的Y坐标轴的距离值，其中，待测点所在平面为与Z坐标轴垂直的平面，即在待测点Z坐标位置的X-Y平面；对单位像素对应的Y坐标轴的距离值进行计算，得到待测点在Y坐标轴的坐标值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，利用相似三角形判定算法对投影距离值进行计算，得到待测点在Z坐标轴的坐标值之后，还包括：将多个参考点映射至待测点所在平面，得到单位像素对应的X坐标轴的距离值；对单位像素对应的X坐标轴的距离值进行计算，得到待测点在X坐标轴的坐标值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，在第一图像以及第二图像中进行像素点查找，分别得到与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点，包括以下方式中的至少一种：

根据用户输入在第一图像或第二图像中查找待测物以及参考物的多个像素点，利用图像匹配方法，根据第一图像中的多个像素点选取与第二图像对应的像素点，或，根据第二图像中的多个像素点选取与第一图像对应的像素点；

根据待测点以及多个参考点的位置关系，在第一图像中查找与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及，根据待测点以及多个参考点的位置关系，在第二图像中查找与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点。

第二方面，本发明实施例还提供一种摄像机测距装置，包括：

采集模块，用于利用第一摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第一图像，以及，利用第二摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第二图像，其中，目标物包括：包含待测点的待测物以及包含多个参考点的参考物；查找模块，用于在第一图像以及第二图像中进行像素点查找，分别得到与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点；第一计算模块，用于分别对多个参考点相对应的第一像素点间的距离值以及多个参考点相对应的第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值以及第二实际距离值；第二计算模块，用于对第一实际距离值以及第二实际距离值进行计算，得到待测点在多个参考点所处平面的投影距离值；第三计算模块，用于对投影距离值进行计算，得到待测点的实际位置值。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，查找模块包括以下单元中的至少一种：第一查找单元，用于根据用户输入在第一图像或第二图像中查找所述待测物以及参考物的多个像素点，利用图像匹配方法，根据第一图像中的多个像素点选取与第二图像对应的像素点，或，根据第二图像中的多个像素点选取与第一图像对应的像素点；第二查找单元，用于根据待测点以及多个参考点的位置关系，在第一图像中查找与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及，根据待测点以及多个参考点的位置关系，在第二图像中查找与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述如第一方面所述的方法的步骤。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行如第一方面所述的方法。

本发明实施例提供的技术方案带来了以下有益效果：本发明实施例提供了一种摄像机测距方法、装置以及电子设备，包括：首先利用第一摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第一图像，以及，利用第二摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第二图像，其中，目标物包括：包含待测点的待测物以及包含多个参考点的参考物，然后在第一图像以及第二图像中进行像素点查找，分别得到与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点，再者分别对多个参考点相对应的第一像素点间的距离值以及多个参考点相对应的第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值以及第二实际距离值，之后对第一实际距离值以及第二实际距离值进行计算，得到待测点在多个参考点所处平面的投影距离值，最后对投影距离值进行计算，从而得到待测点的实际位置值，因此，通过第一摄像机以及第二摄像机分别采集目标物所处环境的区域图像后得到第一图像以及第二图像，其中目标物包括：包含待测点的待测物以及包含多个参考点的参考物，在第一图像以及第二图像中分别找到与待测点以及参考点对应的像素点，计算第一图像以及第二图像中单位像素对应的实际距离值，并对单位像素对应的实际距离值进行计算，得到待测点在参考点所处平面的投影距离值，进而计算得到待测点的实际距离值，该方式使摄像机测距方法的操作复杂度降低，且提升了用户的体验度，从而解决了现有技术中存在的摄像机测距操作复杂的技术问题。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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示出了本发明实施例一提供的一种摄像机测距方法的流程图；

图2示出了本发明实施例一提供的待测点成像在参考物外侧的示意图；

图3示出了本发明实施例一提供的待测点成像在参考物内侧的示意图；

图4示出了本发明实施例一提供的另一待测点成像在参考物内侧的示意图；

图5示出了本发明实施例一提供的摄像机光心连线与参考物所在平面不平行的示意图；

图6示出了本发明实施例二提供的一种摄像机测距方法的流程图；

图7示出了本发明实施例二提供的像素点映射的示意图；

图8示出了本发明实施例二提供的摄像机光轴与参考物所在平面不垂直的示意图；

图9示出了本发明实施例三提供的一种摄像机测距方法的流程图；

图10示出了本发明实施例三提供的待测点在Y坐标轴的坐标值测量场景示意图；

图11示出了本发明实施例三提供的摄像机采集的待测点在Y坐标轴的坐标值测量场景的图像；

图12示出了本发明实施例三提供的另一种测量待测点在Y坐标轴的坐标值的场景示意图；

图13示出了本发明实施例三提供的待测点在X坐标轴的坐标值测量场景示意图；

图14出了本发明实施例三提供的摄像机采集的待测点在X坐标轴的坐标值测量场景的图像；

图15示出了本发明实施例四提供的一种摄像机测距装置的结构示意图；

图16示出了本发明实施例五提供的电子设备的结构示意图。

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，现有的摄像机测距，主要通过预先标定好的双目摄像机测距，该摄像机测距方法在应用时，首先需要分别获取两台摄像机的内部参数，然后需要测量两台摄像机之间的相对位置，最后根据单目内参数据和双目相对位置关系进行双目校正。该方法标定要求繁杂，不利于操作，很难用于一般视频监控系统中。

摄像机测距的一个重要应用是高压线走廊异物入侵检测，目前应用于高压线异物入侵检测的方法主要有：通过分析无人机对输电线路航拍得到的视频图像做出判断，然而该方法成本高、操作不便且无法保证实时监控；通过摄像机拍摄在电线上悬挂特定指示物的图像来对电线的状态进行分析，然而该方法操作过程麻烦，需为每条待检测电线悬挂特定指示物；通过在视频画面上设置虚拟警戒线进行检测，但由于只能在二维图像上检测，无法获得实际的三维坐标，不能测得实际距离，无法进行正确判断。此外通过放置于地面上的摄像机拍摄的画面进行分析，但其使用的摄像机往往都是提前经过标定，获取摄像机内部参数，一旦更换摄像机，则会导致之前的标定操作失效，需要重新标定，不能用于双目独立控制的场合，而视频监控系统中往往需要对摄像机进行参数控制，以扩大监控视野。因此，现有的技术中存在的摄像机测距操作复杂的技术问题。

基于此，本发明实施例提供的一种摄像机测距方法、装置以及电子设备，可以解决现有技术中存在的摄像机测距操作复杂的技术问题。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种摄像机测距方法、装置以及电子设备进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供一种摄像机测距方法，如图1所示，该方法包括：

步骤S102，利用第一摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第一图像，以及，利用第二摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第二图像，其中，目标物包括：包含待测点的待测物以及包含多个参考点的参考物。

具体地，设置第一摄像机以及第二摄像机的地理位置时，假定两台摄像机光学中心间的距离为d，其中，d的数值大于0，利用第一摄像机采集目标物所处环境的区域图像得到第一图像，与此同时利用第二摄像机采集目标物所处的环境区域得到第二图像，其中目标物所处的区域即包含有参考物以及待测物，其中，参考物的位置信息是已知的，且参考物上参考点的位置是已知的，即参考点在世界地理坐标系中坐标值是已知的(参考物上至少两个参考点的坐标值是已知的)；待测物的位置信息是未知的，且待测物上待测点的位置是未知的，即待测点在世界地理坐标系中的坐标值是未知的。此外，第一摄像机以及第二摄像机上设置有云台和预置位，以便更好地采集目标物所处环境的图像。

步骤S104，在第一图像以及第二图像中进行像素点查找，分别得到与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点。

需要说明的是，在待测物的左侧后方、右侧后方、左侧前方、右侧前方或正前方选取参考物上的参考点，因此，参考物的多个参考点所在的平面与待测物不在同一平面。摄像机对待测物以及参考物进行图像采集后得到第一图像以及第二图像，第一图像以及第二图像中均包括待测物以及参考物的成像，在图像中选取待测物上的待测点以及参考物上的多个参考点对应的像素点，由上述待测物与参考点的位置关系可知，待测点对应的像素点成像在参考点对应的像素点的外侧或内侧，在第一图像中选取的待测点以及多个参考点对应的像素点即为第一像素点，在第二图像中对应的待测点以及多个参考点对应的像素点即为第二像素点。

上述的待测点以及多个参考点对应的像素点可通过用户操作鼠标点击或其它人机交互方式进行选取，此外，待测点对应的像素点还可以根据帧间差分法或目标检测法进行自动选择，如树木顶端待测点的选择，或工程车辆中待测点的选择。其中，在第一图像以及第二图像中进行像素点查找，分别得到与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点，包括以下方式中的至少一种：根据用户输入在第一图像或第二图像中指定所述待测物以及参考物的多个像素点，利用图像匹配方法，如：利用尺度不变特征转换(Scale-invariant feature transform，简称SIFT)方法进行图像匹配，根据第一图像中的多个像素点选取与第二图像对应的像素点，或，根据第二图像中的多个像素点选取与第一图像对应的像素点。即：通过鼠标点击或者其他人机交互的方式在第一图像中指定待测物的像素点以及参考物的多个像素点，然后利用图像匹配方法在第二图像中查找与第一图像中的所指定的多个像素点对应的像素点，或者，通过鼠标点击或者其他人机交互的方式在第二图像中指定待测物的像素点以及参考物的多个像素点，然后利用图像匹配方法在第一图像中的多个像素点选取与第二图像对应的像素点。无论先在第一图像还是第二图像中进行像素点的选择，最终在第一图像以及第二图像两幅图像中均完成了二图像间待测点像素点的匹配以及多个参考点像素点的匹配。

根据待测点以及多个参考点的位置关系，在第一图像中查找与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及，根据待测点以及多个参考点的位置关系，在第二图像中查找与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点。即：根据参考点在参考物上的位置关系以及待测点在待测物上的位置关系，在第一图像以及第二图像中分别对应查找到待测点以及多个参考点对应的像素点。

步骤S106，分别对多个参考点相对应的第一像素点间的距离值以及多个参考点相对应的第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值以及第二实际距离值。

具体地，在第一像素点中找到参考点对应的像素点，计算出参考点对应的像素点间距值，将参考点间的实际距离值除以参考点对应的像素点间距值，即可得到单位像素对应的第一实际距离值，同理可知，在第二像素点中找到参考点对应的像素点，计算出参考点对应的像素点间距值，将参考点间的实际距离值除以参考点对应的像素点间距值，即可得到单位像素对应的第二实际距离值。

通常通过2个像素点间的距离值就可计算单位像素对应的实际距离值，除此之外，还可以通过多个像素点间的距离值求和取平均值计算单位像素对应的实际距离值，该方式可提高单位像素对应实际距离值的计算精确度，降低误差。

步骤S108，对第一实际距离值以及第二实际距离值进行计算，得到待测点在多个参考点所处平面的投影距离值。

需要说明的是，根据步骤S106求得的单位像素对应的第一实际距离以及单位像素对应的第二实际距离，可得到待测点在多个参考点所处平面对应的距离值，经过减法或加法的运算，(当待测点对应的像素点在参考点对应的像素点的外侧时进行减法运算；当待测点对应的像素点在参考点对应的像素点的内侧时进行加法运算)得到待测点在多个参考点所在平面的投影距离值。此外，所述的参考点所处平面是指参考点所在垂直于摄像机光轴的平面，参考点不能严格地在一个平面上时，可以是一个接近于参考点的垂直于摄像机光轴的平面。

步骤S110，对投影距离值进行计算，得到待测点的实际位置值。

其中，待测点的实际位置值包括：待测点在X坐标轴的坐标值、待测点在Y坐标轴的坐标值以及待测点在Z坐标轴的坐标值，其中，X坐标轴、Y坐标轴以及Z坐标轴均为世界坐标系中的坐标轴。需要说明的是，世界坐标系中包括三条坐标轴分别为：X坐标轴、Y坐标轴以及Z坐标轴，本发明中实施例中将摄像机光心连线的方向作为X轴方向，将摄像机光轴方向作为Z轴方向，将与X轴与Z轴组成平面垂直的方向作为Y轴方向。

具体地，图2为待测点成像在参考物外侧的示意图，该图为俯视效果图。假定在该情况下，两台摄像机的光轴平行，参考物所在平面与光轴垂直，两台摄像机光心的连线与参考物所在平面平行。

假设M是待测点，参考物N上的两个参考点为P和Q，P和Q之间的距离为X，摄像机1和摄像机2的光心分别为O₁和O₂，两个光心之间的距离为d，图中为O₁和O₂连接线的距离，且朝上的带箭头的射线分别表示摄像机1和摄像机2的光轴，参考点P和Q所在平面与摄像机光轴所在的平面垂直，同时与O₁和O₂两光心连线所在的平面平行，且与O₁和O₂两光心连线所在的平面间的距离为L。

若选用摄像机的线性模型，取摄像机1的光心O₁为世界坐标系的原点，摄像机1的光轴作为Z坐标轴，O₁和O₂两光心连线作为X坐标轴，垂直示意图向内方向为Y坐标轴，建立世界坐标系。该建立世界坐标系的方式以及原点的位置并不唯一，也可以以摄像机2的光心作为坐标系原点，或者以参考物PQ之间的中点作为世界坐标系原点。

假设M₁、M₂、P₁、P₂、Q₁以及Q₂分别是待测点M和参考物上的P、Q点分别在摄像机1和摄像机2成像面上所成的像，令u₁表示在摄像机1的成像面上P₁Q₁的像素点在摄像机坐标中X坐标轴的差值，u₂表示在摄像机2的成像面上P₂Q₂的像素点在摄像机坐标中X坐标轴的差值，u₃表示在摄像机1的成像面上P₁M₁的像素点在摄像机坐标中X坐标轴的差值，u₄表示在摄像机2的成像面上P₂M₂的像素点在摄像机坐标中X坐标轴的差值。

参考物N的在Z坐标轴坐标值L处的摄像机1拍摄的图像的单位像素距离p₁和摄像机2拍摄的图像的单位像素距离p₂，分别为：

将待测点M投影到Z坐标轴坐标值L处所在平面，得到M₁'和M'₂点。通过单位像素距离p₁和p₂，和在摄像机1的成像面上P₁M₁的像素横坐标差值u₃，在摄像机2的成像面上P₂M₂的像素横坐标差值u₄，计算M₁'和M'₂点分别到点P的距离值X₁和X₂，X₁和X₂的差值即为M₁'和M'₂点的距离值D(即待测点在多个参考点所在平面的投影距离值)：

根据相似三角形判定算法，计算待测点M在Z坐标轴的坐标值Z为：

图3和图4均为待测点成像在参考物内侧的示意图，为俯视效果图。与图2相同，假设两台摄像机的光轴平行，参考物所在平面与光轴垂直，两台摄像机光心的连线与参考物所在平面平行。与图2的情况的区别是待测点M的位置发生了变化，以使距离D的计算与图2的情况有所差别，图3计算D的公式为：

图4计算D的公式为：

同理，可以计算出待测点M在Z坐标轴的坐标值Z。

图5所示为摄像机光心连线与参考物所在平面不平行的示意图，为俯视效果图。两个摄像机光心连线与两个摄像机的光轴不垂直，但参考物所在平面仍与两摄像机的光轴垂直的情况。

假设两个摄像机光心O₁和O₂连线与参考物所在平面夹角为θ，通常情况下θ的值很小。作辅助线O₁W平行于参考物N的平面交O₂M于点W，O₂点在Z坐标轴坐标值L处的投影为O'₂点，O'₂点与摄像机2的中心点O₂相对应。将待测点M投影到Z坐标轴坐标值L处所在平面，通过步骤S106至步骤S108的计算，得到投影点M′₁和M'₂点的距离D。根据O₁和O₂的间距d以及倾角θ，可得到O₂点的三维坐标值，且P和Q点的三维坐标值是已知量，因此可以计算M'₂O′₂的距离值。在ΔM'₂O'₂O₂中，

由于∠O'₂M'₂O₂＝∠M'₂WO₁，且∠M'₂WO₁+∠O₂WO₁＝180°，因此可知∠O₂WO₁的角度值。此外，在ΔO₂WO₁中，∠WO₁O₂＝θ，O₁和O₂的间距d，因此可以计算出WO₁的距离值。那么，O₁距离参考物所在平面的距离为：L'＝L-d·sinθ，且可知Z'＝Z-d·sinθ。根据相似三角形判定算法，可知：由此，可以得到待测点M到摄像机光心O₂在Z坐标轴上的坐标值。

本发明实施例提供的摄像机测距方法，利用两个摄像机在现场实时标定后就计算待测点在世界坐标系下的三维坐标，可用于目标检测、识别和行为分析，该方法成本低，安装方便，操作简单，实时性好，为用户带来良好的体验。

实施例二：

本发明实施例提供一种摄像机测距方法，如图6所示，该方法包括：

步骤S602，利用第一摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第一图像，以及，利用第二摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第二图像，其中，目标物包括：包含待测点的待测物以及包含多个参考点的参考物。

步骤S604，在第一图像以及第二图像中进行像素点查找，分别得到与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点。

步骤S606，对多个参考点相对应的第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第二实际距离值，或，对多个参考点相对应的第一像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值。

步骤S608，计算第一图像至第二图像或第二图像至第一图像的单应性矩阵。

具体地，可以通过计算第一图像至第二图像的单应性矩阵，也可以通过计算第二图像至第一图像的单应性矩阵这两种方式来进行单应性矩阵的计算。

需要说明的是，当步骤S606为对多个第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第二实际距离值时，则是计算第一图像至第二图像的单应性矩阵；当步骤S606为对多个第一像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值时，对应步骤S608，则是计算第二图像至第一图像的单应性矩阵。

步骤S610，利用单应性矩阵将第一图像中的待测点的像素点映射到第二图像中，或，利用单应性矩阵将第二图像中的待测点的像素点映射到第一图像中，得到目标映射点。

需要说明的是，在步骤S608中，若是计算的第一图像至第二图像的单应性矩阵，目标映射点则是利用单应性矩阵将第一图像中的待测点的像素点映射到第二图像中；若是计算的第二图像至第一图像的单应性矩阵，目标映射点则是利用单应性矩阵将第二图像中的待测点的像素点映射到第一图像中。

步骤S612，通过对待测点的像素点与目标映射点的位置值进行计算，得到目标距离值，其中，待测点的像素点为第二图像中或第一图像中的待测点的像素点。

需要说明的是，步骤S610中，若目标映射点是利用单应性矩阵将第一图像中的待测点的像素点映射到第二图像中，则通过对第二图像中待测点的像素点以及目标映射点的位置值进行计算，得到目标距离值；若目标映射点则是利用单应性矩阵将第二图像中的待测点的像素点映射到第一图像中，则通过对第一图像中待测点的像素点以及目标映射点的位置值进行计算，得到目标距离值。

步骤S614，将第二实际距离值或第一实际距离值，与目标距离值进行乘法计算，得到投影距离值。

需要说明的是，步骤S612中，若通过对第二图像中待测点的像素点以及目标映射点的位置值进行计算，得到目标距离值，则将步骤S606中计算得到第二实际距离值与目标距离值进行乘法计算，得到投影距离值；若通过对第一图像中待测点的像素点以及目标映射点的位置值进行计算，得到目标距离值，则将步骤S606计算得到第一实际距离值与目标距离值进行乘法计算，得到投影距离值。

具体而言，假定第一摄像机采集的图像为A，第二摄像机采集的图像为B，利用参考物N上同时出现在图像A和图像B中的若干对像点，并基于常用的计算机视觉方法，计算从图像A到图像B的单应性矩阵H，通常需要二对以上的像点对。若图像A与图像B间只有平移、旋转和缩放关系，利用参考物N上同时出现在图像A和图像B中的二对像点P₁、P₂、Q₁以及Q₂即可计算单应性矩阵H，利用单应性矩阵H将待测点M在图像A中的像点映射到图像B中，如图7所示，也可将图像B中的像点映射到图像A中，在此不再进行具体计算，其中图A和图B中的黑色线形1和2分别代表参考物在两幅图中的成像，P₁、Q₁、P₂以及Q₂分别是参考物N上的二个点P和Q分别在摄像机1和摄像机2成像面上所成的像，待测点M在摄像机1和摄像机2成像面上成的像分别为M₁和M₂，将图像A中的点M₁映射到图像B，假设M₃是M₁通过单应性矩阵H映射得到的点，利用图像B中的像点M₂与从图像A映射过来的像点M₃之间的距离b，计算投影距离值D，其中，p₂为第二摄像机对应的单位像素的实际距离值，D＝b*p₂。

图8所示为摄像机光轴与参考物所在平面不垂直的示意图，为俯视效果图。两台摄像机的光轴不平行，且两个摄像机光心连线与两台摄像机的光轴不都垂直，参考物不在垂直于两个光轴的平面上。设两个摄像机光心连线O₁O₂与参考物所在平面夹角为β，将参考物N上的点P按照摄像机1的成像效果映射到平行于摄像机1的成像面且第一坐标轴L处的平面上的点P'。由于P点和Q点的三维坐标已知，可计算得到P'的三维坐标。

由于两台摄像机光轴不平行，所以利用单应性矩阵将待测点M在摄像机2的成像面图像B中的像点映射到摄像机1的成像面图像A中，再计算待测点M投影到参考物N的第一坐标轴L处的平面上的M′₁和M'₂点的距离值D，进而利用相似三角形判定算法，求得待测点M在Z轴的坐标值。

步骤S616，对投影距离值进行计算，得到待测点的实际位置值。

本发明实施例提供的摄像机测距方法，利用单应性矩阵的方法计算投影距离值，该方法更能适应摄像机测距的实际应用场景中，摄像机有一定的倾角、变形的情况，该方法成本低，安装方便，操作简单，实时性好，为用户带来良好的体验。

实施例三：

本发明实施例提供的一种摄像机测距方法，如图9所示，该方法包括：

步骤S902，利用第一摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第一图像，以及，利用第二摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第二图像，其中，目标物包括：包含待测点的待测物以及包含多个参考点的参考物。

步骤S904，在第一图像以及第二图像中进行像素点查找，分别得到与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点。

步骤S906，分别对多个第一像素点间的距离值以及多个第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值以及第二实际距离值。

步骤S908，对第一实际距离值以及第二实际距离值进行计算，得到待测点在多个参考点所在平面的投影距离值。

步骤S910，利用相似三角形判定算法对投影距离值进行计算，得到待测点在Z坐标轴的坐标值。

步骤S912，将多个参考点映射至待测点所在平面，得到单位像素对应的Y坐标轴的距离值，其中，待测点所在平面为与Z坐标轴垂直的平面。

具体而言，假设图像为正方形采样，即水平和垂直方向的单位像素距离相同，利用点对间的物体距离计算单位像素距离。在非正方形采样时，由于已知摄像机传感器像素的排列或图像中像素的排列，只需投影折算就可计算X坐标轴方向或Y坐标轴方向单位像素距离，也可根据X坐标轴方向单位像素距离推算垂直方向单位像素对应的Y坐标轴的距离值。若选择在Y坐标轴方向上坐标值存在差值的参考点，可将参考点在Y坐标轴方向上存在的坐标差值与参考点对应的像素距离进行相除，求解单位像素对应的Y坐标轴的距离值。

步骤S914，对单位像素对应的Y坐标轴的距离值进行计算，得到待测点在Y坐标轴的坐标值。

需要说明的是，首先将单位像素对应的Y坐标轴的坐标值与待测点在第一图像(第二图像)中对应的像素距离进行乘法运算，然后将计算结果减去第一摄像机(第二摄像机)在Y坐标轴的坐标值，最后得到待测点在Y坐标轴的坐标值。具体地，假设参考物所在平面与摄像机的光轴垂直，光轴与地平面平行。图10为待测点在Y坐标轴的坐标值测量场景示意图，是侧视效果图；图11为摄像机拍摄的画面，图中以摄像机1采集的图像A为例，也可以用摄像机2采集的图像B进行分析。设P、Q为参考物N上的点，PQ之间的高度差为H_QP，摄像机1的光心为O₁，摄像机1距离地面的高度为H_O1G，待测点M在地面上的投影为M'点，P在摄像机上的成像点为P₁，Q在摄像机上的成像点为Q₁，图10中的P₁和Q₁分别对应于图11中的P₁和Q₁。利用相似三角形判定算法，计算将参考物N映射到待测点M的Z坐标轴坐标值Z处的高度H_KJ为：其中，H_QP为参考物N上点P和Q的实际高度差值。根据参考物N在摄像机成像面上的像的像素高度h，计算在Z坐标轴坐标值Z处的单位像素高度代表的实际高度值H_KJ/h，假定待测点M在摄像机成像面上的像M₁与P₁的像素高度差值为h₁，待测点M与点J的高度差值H_MJ为：根据摄像机的安装高度以及相似三角形判定算法，可知H_JM'为：H_MJ与H_JM'的和为待测点M的实际高度值。将待测点M的实际高度值减去摄像机1距离地面的高度为得到待测点在Y坐标轴的坐标值。

图12为另一种测量待测点在Y坐标轴的坐标值的场景示意图，为侧视效果图。在野外电线塔架可能位于山坡等高处，此时摄像机的光轴与地平面并不平行，且光轴与参考物所在平面也不平行。假设光轴的倾斜角为α，把参考物N上的点P按照摄像机1的成像效果映射到点P'，QP'所在平面与光轴垂直，可计算P'的三维坐标。把参考物N映射到待测点M的Z坐标轴坐标值Z处的高度H_KJ为：K、J点的三维坐标也可以计算得到，在摄像机1成像面上的像点M₁与P在摄像机成像面上的像P₁的像素高度差值M₁P₁为h₁，可计算得到MJ的距离，进而可得到M点在世界坐标系中的坐标值，即待测点的高度值。在已知M点的坐标情况下，此外在山坡海拔高度和摄像机的安装高度已知的情况下，即可得到待测点M的实际高度。

其中，利用相似三角形判定算法对投影距离值进行计算，得到待测点在X坐标轴的坐标值之后，还包括：

步骤S916，将多个参考点映射至待测点所在平面，得到单位像素对应的X坐标轴的距离值。

具体而言，参考点在世界坐标系中的坐标值是已知的，选择在X坐标轴方向上坐标值存在差值的参考点，并将其映射至存在待测点且与Z坐标轴垂直的平面，以便计算出单位像素对应的X坐标轴的距离值。

步骤S918，对单位像素对应的X坐标轴的距离值进行计算，得到待测点在X坐标轴的坐标值。

需要说明的是，图13是一种待测点在X坐标轴的坐标值测量的场景示意图，为俯视效果图，假设参考物所在平面与光轴垂直，光轴与地平面平行。图14为摄像机拍摄的画面，图中以摄像机1采集的图像A为例，也可以用摄像机2采集的图像B进行分析。设P、Q为参考物N上的点，PQ间在X轴的差值为X，O₁为摄像机1的光心，利用相似三角形判定算法和参考点PQ间在X轴的差值X，计算把参考物N映射到待测点M在Z坐标轴坐标值Z处的值W_KJ为：根据参考物N在摄像机1成像面上像的像素宽度u₁，计算单位像素宽度代表的实际宽度值W_KJ/u₁，根据待测点M在摄像机成像面上的像M₁与P在摄像机成像面上的像P₁的水平像素距离差值u₃，计算待测点M与点J的水平宽度距离差值W_MJ为:结合P的X轴坐标，可计算得到J点的X轴坐标值，进而计算得到待测点M在X坐标轴的坐标值。

本发明实施例提供的摄像机测距方法，成本低，安装方便，操作简单，实时性好，为用户带来良好的体验。

实施例四：

本发明实施例提供一种摄像机测距装置，如图15所示，包括：采集模块151、查找模块152、第一计算模块153、第二计算模块154以及第三计算模块155。

需要说明的是，采集模块151用于利用第一摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第一图像，以及，利用第二摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第二图像，其中，目标物包括：包含待测点的待测物以及包含多个参考点的参考物。查找模块152用于在第一图像以及第二图像中进行像素点查找，分别得到与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点。

其中，查找模块152包括以下单元中的至少一种：第一查找单元，用于根据用户输入在第一图像或第二图像中查找所述待测物以及参考物的多个像素点，利用图像匹配方法，根据第一图像中的多个像素点选取与第二图像对应的像素点，或，根据第二图像中的多个像素点选取与第一图像对应的像素点。第二查找单元，用于根据待测点以及多个参考点的位置关系，在第一图像中查找与待测点以及多个参考点相对应的多个第一像素点，以及，根据待测点以及多个参考点的位置关系，在第二图像中查找与待测点以及多个参考点相对应的多个第二像素点。

第一计算模块153用于分别对多个参考点相对应的第一像素点间的距离值以及多个参考点相对应的第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值以及第二实际距离值。第二计算模块154用于对第一实际距离值以及第二实际距离值进行计算，得到待测点在多个参考点所处平面的投影距离值。第三计算模块155用于对投影距离值进行计算，得到待测点的实际位置值。

本发明实施例提供的摄像机测距装置，与上述实施例提供的摄像机测距方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

实施例五：

本发明实施例提供的一种电子设备，如图16所示，电子设备16包括存储器161、处理器162，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例一、实施例二或实施例三提供的方法的步骤。

参见图16，电子设备还包括：总线163和通信接口164，处理器162、通信接口164和存储器161通过总线163连接；处理器162用于执行存储器161中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器161可能包含高速随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)或磁盘存储器。通过至少一个通信接口164(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等，以实现远程监控。

总线163可以是各种并行或串行总线。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图16中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器161用于存储程序，所述处理器162在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明任一实施例揭示的过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器162中，或者由处理器162实现。

处理器162是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器162中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器162可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器，硬盘等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器161，处理器162读取存储器161中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

实施例六：

本发明实施例提供的一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述实施例一、实施例二或实施例三提供的方法。

本发明实施例提供的具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，与上述实施例提供的摄像机测距方法、装置以及电子设备具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。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。

本发明实施例所提供的进行摄像机测距方法、装置以及电子设备的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种摄像机测距方法，其特征在于，包括：

利用第一摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第一图像，以及，利用第二摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第二图像，其中，所述目标物包括：包含待测点的待测物以及包含多个参考点的参考物；

在所述第一图像以及所述第二图像中进行像素点查找，分别得到与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第二像素点；

分别对多个所述参考点相对应的第一像素点间的距离值以及多个所述参考点相对应的第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值以及第二实际距离值；

对所述第一实际距离值以及所述第二实际距离值进行计算，得到所述待测点在所述多个参考点所处平面的投影距离值；

对所述投影距离值进行计算，得到所述待测点的实际位置值。

2.根据权利要求1所述的摄像机测距方法，其特征在于，所述在所述第一图像以及所述第二图像中进行像素点查找，分别得到与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第二像素点之后，还包括：

对多个所述参考点相对应的第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第二实际距离值，或，对多个所述参考点相对应的第一像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值；

计算所述第一图像至所述第二图像或所述第二图像至所述第一图像的单应性矩阵；

利用所述单应性矩阵将所述第一图像中的所述待测点的像素点映射到所述第二图像中，或，利用所述单应性矩阵将所述第二图像中的所述待测点的像素点映射到所述第一图像中，得到目标映射点；

通过对所述待测点的像素点与所述目标映射点的位置值进行计算，得到目标距离值，其中，所述待测点的像素点为所述第二图像中或所述第一图像中的待测点的像素点；

将所述第二实际距离值或所述第一实际距离值，与所述目标距离值进行乘法计算，得到投影距离值。

3.根据权利要求1所述的摄像机测距方法，其特征在于，所述待测点的实际位置值包括：待测点在X坐标轴的坐标值、待测点在Y坐标轴的坐标值以及待测点在Z坐标轴的坐标值，其中，所述X坐标轴、所述Y坐标轴以及所述Z坐标轴均为世界坐标系中的坐标轴。

4.根据权利要求3所述的摄像机测距方法，其特征在于，所述对所述投影距离值进行计算，得到所述待测点的实际位置值，包括：

利用相似三角形判定算法对所述投影距离值进行计算，得到待测点在Z坐标轴的坐标值；

将多个所述参考点映射至待测点所在平面，得到单位像素对应的Y坐标轴的距离值，其中，所述待测点所在平面为与所述Z坐标轴垂直的平面；

对所述单位像素对应的Y坐标轴的距离值进行计算，得到待测点在Y坐标轴的坐标值。

5.根据权利要求4所述的摄像机测距方法，其特征在于，所述利用相似三角形判定算法对所述投影距离值进行计算，得到待测点在Z坐标轴的坐标值之后，还包括：

将多个所述参考点映射至所述待测点所在平面，得到单位像素对应的X坐标轴的距离值；

对所述单位像素对应的X坐标轴的距离值进行计算，得到待测点在X坐标轴的坐标值。

6.根据权利要求1所述的摄像机测距方法，其特征在于，所述在所述第一图像以及所述第二图像中进行像素点查找，分别得到与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第二像素点，包括以下方式中的至少一种：

根据用户输入在所述第一图像或所述第二图像中查找所述待测物以及所述参考物的多个像素点，利用图像匹配方法，根据所述第一图像中的多个像素点选取与所述第二图像对应的像素点，或，根据所述第二图像中的多个像素点选取与所述第一图像对应的像素点；

根据所述待测点以及所述多个参考点的位置关系，在所述第一图像中查找与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第一像素点，以及，根据所述待测点以及所述多个参考点的位置关系，在所述第二图像中查找与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第二像素点。

7.一种摄像机测距装置，其特征在于，包括：

采集模块，用于利用第一摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第一图像，以及，利用第二摄像机采集目标物所处环境的区域图像，得到第二图像，其中，所述目标物包括：包含待测点的待测物以及包含多个参考点的参考物；

查找模块，用于在所述第一图像以及所述第二图像中进行像素点查找，分别得到与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第一像素点，以及与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第二像素点；

第一计算模块，用于分别对多个所述参考点相对应的第一像素点间的距离值以及多个所述参考点相对应的第二像素点间的距离值进行计算，得到与单位像素对应的第一实际距离值以及第二实际距离值；

第二计算模块，用于对所述第一实际距离值以及所述第二实际距离值进行计算，得到所述待测点在所述多个参考点所处平面的投影距离值；

第三计算模块，用于对所述投影距离值进行计算，得到所述待测点的实际位置值。

8.根据权利要求7所述的摄像机测距装置，其特征在于，所述查找模块包括以下单元中的至少一种：

第一查找单元，用于根据用户输入在所述第一图像或所述第二图像中查找所述待测物以及所述参考物的多个像素点，利用图像匹配方法，根据所述第一图像中的多个像素点选取与所述第二图像对应的像素点，或，根据所述第二图像中的多个像素点选取与所述第一图像对应的像素点；

第二查找单元，用于根据所述待测点以及所述多个参考点的位置关系，在所述第一图像中查找与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第一像素点，以及，根据所述待测点以及所述多个参考点的位置关系，在所述第二图像中查找与所述待测点以及所述多个参考点相对应的多个第二像素点。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6任一项所述的方法的步骤。

10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1至6任一所述方法。