CN113029093A - 基于两次成像的物体高度计算方法及装置 - Google Patents

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李欢欢
文静
陈亚萍
顾建国
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Abstract

本发明提供一种基于两次成像的物体高度计算方法及装置。在一个实施例中，在第一拍摄点获取目标物体的第一图像；在第二拍摄点获取目标物体的第二图像；所述第一图像和所述第二图像均为目标物体的全景图像；所述第一拍摄点和第二拍摄点之间的距离为第一距离；获取所述目标物体在第一拍摄点的第一像高、在第二拍摄点的第二像高；根据所述第一像高、第二像高、第一距离和用于拍摄目标物体的相机的焦距，确定所述目标物体的高度。通过两次拍摄物体，根据成像原理就可以计算目标物体的高度，尤其适用于测量一些巨型建筑物。

Description

基于两次成像的物体高度计算方法及装置
技术领域
本发明涉及数字图像成像和计算机视觉技术领域,尤其涉及一种基于两次成像的物体高度计算方法及装置。
背景技术
近些年来，以数字图像处理和深度学习为基础的计算机视觉技术得到了飞速发展，是目前人工智能中最为火热的技术之一。其中基于数字成像原理求解图像中午提高度技术由于其广泛的运用场景，受到了很多研究者的重视。求解图像中物体真实世界的高度可以用于一些比较难实测的场景，比如高楼、信号塔和山脉等。在移动互联网时代，几乎每人都拥有一部甚至多部手机，而手机拍照是最常用的手机功能之一，因此运用图像求解物体实际高度也可以用于手机拍照等领域。
目前，研究人员提出了很多高度测量方法。比如说经典的运用气压计计算高度的方法，它是根据大气压强的原理的方法，其公式为h＝p/ρg。但是根据气压计算高度的方法并不准确，因为它容易受天气影响。也有人提出根据太阳照射物体所成阴影高度来计算物体的高度，只需要选取已知高度的另一物体做参照物。而这种方法也会受天气影响。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于两次成像的物体高度计算方法及装置。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于两次成像的物体高度计算方法，包括：
在第一拍摄点获取目标物体的第一图像；
在第二拍摄点获取目标物体的第二图像；所述第一图像和所述第二图像均为目标物体的全景图像；所述第一拍摄点和第二拍摄点之间的距离为第一距离；
获取所述目标物体在第一拍摄点的第一像高、在第二拍摄点的第二像高；
根据所述第一像高、第二像高、第一距离和用于拍摄目标物体的相机的焦距，确定所述目标物体的高度。
可选地，所述第二拍摄点到目标物体之间的距离为第一拍摄点到目标物体之间的距离加上第一距离。
可选地，所述第二拍摄点到目标物体之间的距离为第一拍摄点到目标物体之间的距离减第一距离。
可选地，所述根据所述第一像高、第二像高、第一距离和用于拍摄目标物体的相机的焦距，确定所述目标物体的高度包括：
Figure BDA0002994156010000021
其中，H为被拍摄物体的高度，T1为第一像高，T2为第二像高，d为第一距离，f为焦距。
可选地，所述根据所述第一像高、第二像高、第一距离和用于拍摄目标物体的相机的焦距，确定所述目标物体的高度包括：
Figure BDA0002994156010000022
其中，H为被拍摄物体的高度，T1为第一像高，T2为第二像高，d为第一距离，f为焦距。
可选地，确定目标物体的像高包括：
T＝(y1-y2)*l
其中，T为目标物体的像高，y1为目标物体在竖直方向上的第一端点在成像图像中对应的第一像素点，y2为目标物体在竖直方向上的第二端点在成像图像中对应的第二像素点，y为单个像素的尺寸。
第二方面，本申请实施例提供了一种基于两次成像的物体高度计算装置，包括:
图像获取单元，用于在第一拍摄点获取目标物体的第一图像；在第二拍摄点获取目标物体的第二图像；所述第一图像和所述第二图像均为目标物体的全景图像；所述第一拍摄点和第二拍摄点之间的距离为第一距离；
存储单元，用于存储所述第一图像和所述第二图像；
计算单元，用于根据所述第一图像确定所述目标物体在第一拍摄点的第一像高，根据所述第二图像确定所述目标物体在第二拍摄点的第二像高；
所述计算单元，还用于根据所述第一像高、第二像高、第一距离和用于拍摄目标物体的相机的焦距，确定所述目标物体的高度。
本申请实施例提供一种基于两次成像的物体高度计算方法及装置，不需要测量工具实际测量物体，而是通过两次拍摄物体，根据成像原理来计算目标物体的高度。尤其适用于测量一些巨型建筑物。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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它的附图。
图1为本申请实施例提供的一种基于两次成像的物体高度计算装置结构示意图；
图2为本申请实施例提供的一种基于两次成像的物体高度计算方法的场景示意图；
图3为本申请实施例提供的一种基于两次成像的物体高度计算方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
运用大气压强在不同高度的差异测量高度的方法选在大气压强容易受天气影响的问题，比如在下雨天，空气湿度较大时，同一高度的压强会比空气湿度小时大。同时在不同季节测得结果也会有差异。同时有些待测量的物体可能不方便将气压计带上顶端，比如说一些古老建筑和信号塔等。运用已知高度物体和待求物体阴影比例求解方法，容易受有无太阳，以及参照物不好选择的因素影响。本发明申请基于计算机视觉技术，根据成像原理对简单拍摄的两张图像进行计算，就能求得物体的高度。
图1为本发明申请实施例提供的一种基于两次成像的物体高度计算装置结构示意图，如图1所示，包括：图像获取单元101、存储单元102、计算单元103。这些元件可以连接到内部总线，也可以通过单独的布线彼此连接。
图像获取单元101用于在第一拍摄点获取目标物体的第一图像，以及在第二拍摄点获取目标物体的第二图像。其中，第一图像和第二图像均为目标物体的全景图像，第一拍摄点和第二拍摄点之间的距离为第一距离。
存储单元102用于将图像获取单元101获取的第一图像和第二图像进行存储。
计算单元103用于根据第一图像确定目标物体在第一拍摄点的第一像高，以及用于根据第二图像确定目标物体在第二拍摄点的第二像高。然后计算单元103根据确定出的第一像高、第二像高以及第一距离和用于拍摄目标物体的相机的焦距确定目标物体的高度。
在一个可能的实施例中，用相机在第一拍摄点第一次拍摄目标物体时，要求目标物体的底部和顶部都在画面内，得到第一张图像。
在第一拍摄点后退距离d，到达第二拍摄点拍摄目标物体，得到第二张图像。第二张图像也要求目标物体的底部和顶部都在画面内。
具体地，两次物体成像示意图如图2所示。其中，u是第一次拍摄时的物距，u+d为第二次拍摄时的物距，v1为第一次拍摄时的像距，v2为第二次拍摄时的像距，H是待求物体的高度，f是相机的焦距，T1是第一次拍摄时的像高，T2是第二次拍摄时的像高。
其中，在任意一个拍摄点拍摄目标物体时，根据相似三角形对应边的比相等可得：
Figure BDA0002994156010000051
即，在第一拍摄点201拍摄第一张图像时，可得：
Figure BDA0002994156010000052
在第二拍摄点202拍摄第二张图像时，可得：
Figure BDA0002994156010000053
根据式(2)和式(3)可得：
Figure BDA0002994156010000054
进一步地，根据透镜成像公式：
Figure BDA0002994156010000055
可得：
Figure BDA0002994156010000056
将公式(5)带入到公式(1)中，可得：
Figure BDA0002994156010000057
然后根据公式(6)得到第一像距v1为：
Figure BDA0002994156010000058
第二像距v2为：
Figure BDA0002994156010000059
将带入到公(4)中可得：
Figure BDA00029941560100000510
在一个可能的实施例中，以获取的第一图像为例，确定第一图像的第一像高T1时，首先确定第一图像上的目标物体在竖直方向上的第一端点的第一像素y1，以及第二端点的第二像素y2。其中，第一端点既可以指目标物体的顶部端点也可以指目标物体的底部端点。当第一端点为目标物体的顶部端点时，第二端点为目标物体的底部端点。当第一端点为目标物体的底部端点时，第二端点为目标物体的顶部端点。
然后根据第一像素y1和第二像素y2确定第一像高T1为：T＝(y1-y2)*l。其中l为单个像素的尺寸。
同理，可获取第二像高T2。
将第一像高T1、第二像高T2、相机的像素f和第一拍摄点和第二拍摄点的距离d带入到公式(7)中，求得目标物体的高度H。
需要说明的是，第一拍摄点和第二拍摄点的位置关系并不是固定的。可以是如图2所示的，将距离目标物体距离较近的拍摄点201作为第一拍摄点，也可以是将距离目标物体较远的拍摄点202作为第二拍摄点。也可以是将距离目标物体较远的拍摄点202作为第一拍摄点，将具体目标物体较近的拍摄点201作为第二拍摄点。
当将距离目标物体较远的拍摄点202作为第一拍摄点，将具体目标物体较近的拍摄点201作为第二拍摄点时，目标物体的高度H为：
Figure BDA0002994156010000061
在本发明申请实施例中，只需要获取两次拍摄目标物体的像高、及两次拍摄目标物体的两个拍摄点之间的距离以及用于拍摄的相机的像素，就可获得目标物体的高度。实现方式简单，且不受环境影响，也不需要复杂测量仪器，只需要普通卷尺和相机就行。
图3为本发明申请实施例还提供了一种基于两次成像的物体高度计算方法的流程图，包括：
步骤S301：在第一拍摄点获取目标物体的第一图像；
步骤S302：在第二拍摄点获取目标物体的第二图像；
其中，第一图像和第二图像均目标物体的全景图像，包括目标物体的底部和顶部；第一拍摄点和第二拍摄点之间的距离为第一距离。
在获取目标物体的第一图像和第二图像时，可以通过任意带拍摄功能的装置对目标物体进行拍摄以获取第一图像和第二图像。
步骤S303：获取目标物体在第一拍摄点的第一像高、在第二拍摄点的第二像高以及第一拍摄点和第二拍摄点之间的第一距离；
步骤S304：根据第一像高、第二像高、第一距离和用于拍摄目标物体的相机的焦距，确定目标物体的高度。
在一个可能的实施例中，当工作人员确定好需要进行高度测量的目标物体以后。选取用于对目标物体进行拍照的第一拍摄点和第二拍摄点。其中，第一拍摄点和第二拍摄点之间的距离是可以通过工作人员进行预估或者使用普通卷尺进行测量的。
当工作人员在对目标物体进行高度测量时，可以使用随身携带的手机、相机或者其他任何一个具有拍照功能的装置在第一拍摄点对目标物体进行拍照获取第一张照片，在第二拍摄点对目标物体进行拍照获取第二张照片。然后根据拍摄的第一张照片、第二张照片、第一拍摄点和第二拍摄点之间的距离确定目标物体的高度。
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件、软件、固件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于两次成像的物体高度计算方法，包括：
在第一拍摄点获取目标物体的第一图像；
在第二拍摄点获取目标物体的第二图像；所述第一图像和所述第二图像均为目标物体的全景图像；所述第一拍摄点和第二拍摄点之间的距离为第一距离；
获取所述目标物体在第一拍摄点的第一像高、在第二拍摄点的第二像高；
根据所述第一像高、第二像高、第一距离和用于拍摄目标物体的相机的焦距，确定所述目标物体的高度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二拍摄点到目标物体之间的距离为第一拍摄点到目标物体之间的距离加上第一距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二拍摄点到目标物体之间的距离为第一拍摄点到目标物体之间的距离减第一距离。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一像高、第二像高、第一距离和用于拍摄目标物体的相机的焦距，确定所述目标物体的高度包括：
Figure FDA0002994152000000011
其中，H为被拍摄物体的高度，T1为第一像高，T2为第二像高，d为第一距离，f为焦距。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一像高、第二像高、第一距离和用于拍摄目标物体的相机的焦距，确定所述目标物体的高度包括：
Figure FDA0002994152000000012
其中，H为被拍摄物体的高度，T1为第一像高，T2为第二像高，d为第一距离，f为焦距。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定目标物体的像高包括：
T＝(y1-y2)*l
其中，T为目标物体的像高，y1为目标物体在竖直方向上的第一端点在成像图像中对应的第一像素点，y2为目标物体在竖直方向上的第二端点在成像图像中对应的第二像素点，y为单个像素的尺寸。
7.一种基于两次成像的物体高度计算装置，包括:
图像获取单元，用于在第一拍摄点获取目标物体的第一图像；在第二拍摄点获取目标物体的第二图像；所述第一图像和所述第二图像均为目标物体的全景图像；所述第一拍摄点和第二拍摄点之间的距离为第一距离；
存储单元，用于存储所述第一图像和所述第二图像；
计算单元，用于根据所述第一图像确定所述目标物体在第一拍摄点的第一像高，根据所述第二图像确定所述目标物体在第二拍摄点的第二像高；
所述计算单元，还用于根据所述第一像高、第二像高、第一距离和用于拍摄目标物体的相机的焦距，确定所述目标物体的高度。
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