CN112729123A - 一种基于机器视觉的测距系统及其方法 - Google Patents

一种基于机器视觉的测距系统及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的测距系统及其方法，系统包括控制器和至少一组测距模块，所述测距模块包括沿光路依次布置的振镜、液态镜头、定焦镜头和相机；所述振镜、液态镜头和相机均与所述控制器电性连接。方法为通过基于机器视觉的测距系统测试车距时，调节测距模块内的液态镜头屈光度，使振镜持续扫描距离为L1内的物体直至所述相机成功对焦，控制器根据此时液态镜头的屈光度变化对应的电信号计算出该测距模块与物体之间的实际距离L2。本发明提供的基于机器视觉的测距系统及其方法，其结构简单，且距离测量精度高。

Description

一种基于机器视觉的测距系统及其方法
技术领域
本发明涉及汽车测距领域，尤其涉及一种基于机器视觉的测距系统及其方法。
背景技术
随着城市规模的不断扩张，人们出行时对汽车的依赖性逐渐提高。而为了实现汽车自动驾驶的目标，汽车测距系统的研发至关重要，汽车测距系统的准确性和生产成本都将影响未来汽车自动驾驶的发展方向。
目前的自动驾驶系统都是采用视觉系统捕捉物体，配合如激光雷达等测距，再建模。而视觉系统本身无法识别物体的距离。这种系统存在结构复杂的问题，建模耗时长，设备安装占用空间大，且维护难度高。此外，在雾天环境下激光测距的能力也会受到较大影响，存在安全风险。
在当前的所有自动驾驶方案中，视觉雷达是必不可少的。然而，雷达无法识别如红绿灯、指示牌等物品。另外，小功率的车载雷达无论是毫米波还是激光雷达，测距范围都很难突破100米。而机器视觉系统又无法精确的测量障碍物的距离。因此，所有的雷达系统都可以视为对必不可少的机器视觉的补充。如果机器视觉系统本身可以精确测距，将对自动驾驶技术起到极大的推进作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于机器视觉的测距系统及其方法，其结构简单，且距离测量精度高。
为实现上述目的，本发明提供一种基于机器视觉的测距系统，包括控制器和至少一组测距模块，所述测距模块包括沿光路依次布置的振镜、液态镜头、定焦镜头和相机；所述振镜、液态镜头和相机均与所述控制器电性连接。
作为本发明的进一步改进，所述测距模块为至少两组且并列布置，各组测距模块中的定焦镜头工作距离互不相同。
为实现上述目的，本发明提供一种基于机器视觉的测距方法，通过所述的基于机器视觉的测距系统测试车距时，调节测距模块内的液态镜头屈光度，使振镜持续扫描距离为L1内的物体直至所述相机成功对焦，控制器根据此时液态镜头的屈光度变化对应的电信号计算出该测距模块与物体之间的实际距离L2。
作为本发明的更进一步改进，通过以下公式计算出测距模块与物体之间的实际距离L2：
Figure BDA0002848309640000021
Figure BDA0002848309640000022
其中，(HorV)为水平方向或垂直方向；
WD为相机镜头组工作距离，所述相机镜头组指相机镜头、定焦镜头；
P为液态镜头屈光度；
f为定焦镜头焦距；
FOV为相机的视场角。
作为本发明的更进一步改进，所述
Figure BDA0002848309640000023
即测距模块针对与其距离为相机镜头组工作距离2/3内的物体进行测距。
作为本发明的更进一步改进，所述测距模块为n组；所述第一测距模块的测距范围为0至S1，第k测距模块的测距范围为Sk-1至Sk，其中k和n为大于1的整数，k≤n。
有益效果
与现有技术相比，本发明的基于机器视觉的测距系统及其方法的优点为：
1、通过向液态镜头周围施加电压，就能使液态镜头中部鼓起，从而改变液态镜头的屈光率，同时使振镜持续扫描距离为L1内的物体直至相机成功对焦，控制器根据此时液态镜头的屈光度变化对应的电信号计算出该测距模块与物体之间的实际距离L2。该方式在自动驾驶时无需额外增加如激光雷达等测距设备，也无需建模，仅利用视觉系统本身已有的相机，配合定焦镜头、液态镜头及振镜，就能准确获取测距模块与被测物体的距离，不仅体积小，结构简单，而且测量精度高，不容易受雾天影响，安全性高。
2、测距时如果物体与测距模块的距离和相机镜头组工作距离WD两者数值太接近，则屈光率每变化一个单位，测距模块的测距值变化较大，即精度较差。而测距时如果物体与测距模块的距离和相机镜头组工作距离WD两者数值相差较大，则屈光率每变化一个单位，测距模块的测距值变化较小，即测量精度较高。通过将振镜持续扫描的距离L1限制在相机镜头组工作距离WD的2/3以内，可确保测距精度在较高的范围，其精度可达±5cm(当前液态镜头的调节精度为0.01D)。
3、测距模块采用至少两组，且各测距模块在工作时的测距范围沿远近方向相互错开，可以在不影响测距精度的前提下扩大测距的范围，有利于自动驾驶系统提前预判路面情况，安全性更高。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为基于机器视觉的测距系统的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例。
实施例
本发明的具体实施方式如图1所示，一种基于机器视觉的测距系统，包括控制器7和至少一组测距模块。测距模块包括基座1，基座1上沿光路依次设有振镜5、液态镜头4、定焦镜头3和相机2。振镜5、液态镜头4和相机2均与控制器7电性连接。
振镜5包括相连接的振镜头和驱动机构。驱动机构可以为电机，其安装在基座1上。电机带动振镜头摆动，从而实现扫描动作。振镜5的驱动机构与控制器连接。
测距模块为至少两组且并列布置，各组测距模块中的定焦镜头工作距离互不相同。
通过基于机器视觉的测距系统测试车距时，调节测距模块内的液态镜头4屈光度，使振镜5持续扫描距离为L1内的物体6直至相机2成功对焦。控制器7根据此时液态镜头4的屈光度变化对应的电信号计算出该测距模块与物体6之间的实际距离L2。
通过以下公式计算出测距模块与物体之间的实际距离L2：
Figure BDA0002848309640000041
Figure BDA0002848309640000042
其中，(HorV)为水平方向或垂直方向。
WD为相机镜头组工作距离，相机镜头组指相机镜头、定焦镜头。
P为液态镜头屈光度。f为定焦镜头焦距。FOV为相机的视场角。
为确保测距模块的测距精度较高，振镜持续扫描距离
Figure BDA0002848309640000043
即测距模块针对与其距离为相机镜头组工作距离2/3内的物体进行测距。
测距模块为n组。第一测距模块的测距范围为0至S1，第k测距模块的测距范围为Sk-1至Sk，其中k和n为大于1的整数，k≤n。本实施例中，测距模块为三组且分别为第一测距模块、第二测距模块和第三测距模块。第一测距模块的测距范围为0-S1，第二测距模块的测距范围为S1-S2，第三测距模块的测距范围为S2-S3。其中，S1为10-25m，S2为30-60m，S3为80-120m。具体的，第一测距模块的测距范围为0-15m，第二测距模块的测距范围为15m-40m，第三测距模块的测距范围为40m-100m。第一测距模块的振镜5持续扫描距离L1＝S1＝15m；第二测距模块的振镜5持续扫描距离L1＝S2＝40m,；第三测距模块的振镜5持续扫描距离L1＝S3＝100m。
汽车通过以上基于机器视觉的测距系统进行测距时，三组测距模块的振镜5均在持续进行扫描各自的测距范围。控制器持续调节三组测距模块内的液态镜头4屈光度。当某个测距模块的相机2捕捉到物体6并成功对焦时，此时控制器7获取该组测距模块液态镜头4的屈光度，通过公式
Figure BDA0002848309640000051
得到测距模块与物体之间的实际距离L2。
例如，定焦镜头焦距f＝50mm，斜边1.1英寸的相机感光传感器靶面尺寸为14.13mm*10.35mm，FOV的宽边尺寸为5652mm。屈光度P从-0.04D扫描到+0.45D。
可以做到工作距离系统工作距离由2m变动到100m。
Figure BDA0002848309640000052
Figure BDA0002848309640000053
Figure BDA0002848309640000054
其中，屈光度P为-0.04D时，对应的是最远工作距离；屈光度P为+0.45D时，对应的是最近工作距离。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的测距系统，其特征在于，包括控制器和至少一组测距模块，所述测距模块包括沿光路依次布置的振镜、液态镜头、定焦镜头和相机；所述振镜、液态镜头和相机均与所述控制器电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的测距系统，其特征在于，所述测距模块为至少两组且并列布置，各组测距模块中的定焦镜头工作距离互不相同。
3.一种基于机器视觉的测距方法，其特征在于，通过权利要求1中所述的基于机器视觉的测距系统测试车距时，调节测距模块内的液态镜头屈光度，使振镜持续扫描距离为L1内的物体直至所述相机成功对焦，控制器根据此时液态镜头的屈光度变化对应的电信号计算出该测距模块与物体之间的实际距离L2。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器视觉的测距方法，其特征在于，通过以下公式计算出测距模块与物体之间的实际距离L2：
Figure FDA0002848309630000011
Figure FDA0002848309630000012
其中，(HorV)为水平方向或垂直方向；
WD为相机镜头组工作距离，所述相机镜头组指相机镜头、定焦镜头；
P为液态镜头屈光度；
f为定焦镜头焦距；
FOV为相机的视场角。
5.根据权利要求4所述的一种基于机器视觉的测距方法，其特征在于，所述
Figure FDA0002848309630000013
即测距模块针对与其距离为相机镜头组工作距离2/3内的物体进行测距。
6.根据权利要求2至5任一所述的一种基于机器视觉的测距方法，其特征在于，所述测距模块为n组；所述第一测距模块的测距范围为0至S1，第k测距模块的测距范围为Sk-1至Sk，其中k和n为大于1的整数，k≤n。
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