CN113124819B - 一种基于平面镜的单目测距方法 - Google Patents
一种基于平面镜的单目测距方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于平面镜的单目测距方法,本发明实施例的步骤包括:步骤S1:对相机的主光轴和内参数进行标定;步骤S2:相机镜头一侧安装平面镜;步骤S3:利用安装了平面镜的相机,采集测量目标实物的图像信息和测量目标在平面镜中虚像的图像信息;步骤S4:计算所述相机与所述测量目标之间的距离。本发明采用的测距方法具有操作简单、计算过程简答易理解、测距结果精度高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种测距技术领域,尤其是涉及一种基于平面镜的单目测距方法。
背景技术
现有技术中有双目测距和单目测距,其中单目测距具有结构简单、操作方便的特点而被广泛使用。目前单目测距的方法有三种分别为:黄斑测距、裂像测距、峰值(焦斑)测距。上述三种方法中,黄斑测距中利用光程差,导致其受限于单目相机结构尺度;裂像测距和峰值(焦斑)测距均会受到相机镜头焦距以及像素分辨率的限制。存在的这些限制,导致单目测距的范围局限在5-20m之内,如果超过这个范围,单目相机通常采用无限远对焦,此时在像平面上获得的图像相位和反差都差不多,无法直接测距。
在较远距离上,目前单目测距通常有两种计算方式:一种为已知物体实际尺寸和相机焦距的条件下,利用相似三角形获得物体与相机之间的距离;另一种为已知相机高度和被测物体与地面接触点的距离,进而获得相机与物体距离,其本质均是通过三角定位法进行测距。在传统的单目测距、光流法的应用中,通过相机只能获得目标在像平面上的像素尺度及移动速度,必须依赖其他外部条件给定参考尺度或者参考距离。在目标特征未知的情况下,通常采用激光雷达、毫米波雷达测距等方法进行辅助,这些设备成本相对较高,系统相对复杂。
在一些单目测距和车辆测距技术应用中,常常使用地面作为参考平面,以获得目标与单目相机的相对位置关系,并精确确定目标边缘的像素坐标。但平直地面是一种相对理想的假设,在路面起伏变化、外部目标与路面相距较远没有直接接触、路面缺失等情况下,这类方法的应用受到限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于平面镜的单目测距方法,来解决上述所说的技术问题,本发明实施例的步骤包括:
步骤S1:对相机的主光轴和内参数进行标定;
步骤S2:相机镜头一侧安装平面镜;
步骤S3:利用安装了平面镜的相机,采集测量目标实物的图像信息和测量目标在平面镜中虚像的图像信息;
步骤S4:计算所述相机与所述测量目标之间的距离。
进一步的,步骤S4中,计算所述相机与所述测量目标之间的距离时,包括如下步骤:
步骤S41:计算交点x 3 ’在相机中投影点的坐标x 3 ,所述交点x 3 ’为测量目标的实像与测量目标在平面镜中虚像的连线与平面镜所在平面的交点;
步骤S42:计算投影点的坐标x 3 相对于相机光轴的夹角θ。
进一步的,步骤S41中投影点的坐标x 3 的计算公式如下:
x
3
=(x
1
+x
2
)/2
其中,x 1 为测量目标在相机中实像的像素坐标, x 2 为测量目标在平面镜中的像在相机中虚像的像素坐标。
进一步的,步骤S42中投影点的坐标x 3 相对于相机光轴的夹角θ的计算公式如下:
θ=arctan(x
3
-x
0
)/f
其中,x 0 为相机光心坐标,f为相机焦距。
进一步的,测量目标与相机之间距离的计算公式如下:
L=S/tanθ
其中,L为测量目标与相机之间的距离,S为平面镜的镜面至相机光轴的偏置距离。
本发明的有益效果为:
(1)现有技术中,采用单目相机测距时,一般选择以地面作为参考平面,来获得测量目标与相机之间的距离,在计算过程中,假设地面是理想状态下的平直地面,实际中,大多数地面的表面凹凸不平,这对测距计算结果的准确度有很大的影响;甚至有的场景中会出现参考地面缺失的情况,以这种地面为参考平面来进行测距,会对一些测距方法的应用产生限制,且在计算某些物理量与地面的角度时会出现问题;而本发明采用在相机镜头一侧安装平面镜,以平面镜作为理想状态下的参考平面,表面平直光滑,提高了测距计算结果的准确性,同时当路面缺失时,平面镜作为虚拟的参考平面,使得原有的测距方法也可以继续适用,本发明结构简单,适用范围广。
(2)本发明中,平面镜与相机配合使用实现测距中,与现有技术相比较,不仅利用了平面镜的成像原理,还充分利用了摄像机中透视投影关系,采用的测距原理简单,计算过程也相对简单。
(3)本发明中,通过引入了平面镜作为测距时的参考平面,解决了单目测距时需要给定目标特征尺寸或参考距离的问题,且不需要额外的主动测距辅助工具,既保持了被动测距方案的优点,又降低了测距方案复杂度。
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是本发明实施例中的流程示意图 ;
图2是本发明实施例中的结构示意图;
10-相机,20-平面镜,30-测量目标 。
具体实施方式
以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子,用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式,仅用来精简的表达本发明,其仅作为例子,而并非用以限制本发明。
本发明实施例提供了一种基于平面镜的单目测距方法,如图1所示,其步骤包括:
步骤S1:对相机10的主光轴和内参数进行标定;
步骤S2:相机镜头一侧安装平面镜20;
步骤S3:利用安装了平面镜的相机,采集测量目标30实物的图像信息和测量目标在平面镜中虚像30’的图像信息;
步骤S4:计算所述相机10与所述测量目标30之间的距离。
如图2所示,所述平面镜安装在相机镜头的一侧,所述平面镜的反射面朝向所述相机镜头设置,且平面镜的轴线(母线)与相机的光轴平行;其中,所述平面镜安装在相机镜头的一侧具体可以为:如下侧、上侧、左侧、右侧等其他任一方向,只要能实现所述测量目标通过所述平面镜在相机中可以成像,对于所述平面镜安装在相机镜头一侧的具体位置在此不做限制。
现有技术中,在进行单目相机测距时,通常会选择以地面作为参考平面,来获得所述测量目标与所述相机之间的距离,在计算测距的过程中,是将地面看做表面平直进行数值运算的,而实际作为参考面平面的地面表面不是平直的,有时甚至会出现缺失,这些情况使得测距的计算结果精度不高,且对有些测距方法的使用场景有了限制;而本案在测距时采用以平面镜作为虚拟的参考平面,在测距的计算过程中,也不需要提供测量目标的相关尺寸,通过利用平面镜的成像原理和摄像机中的透视投影关系,就可以获得所述测量目标与所述相机之间的距离,计算结果精度高,结构简单,在测距方面。
进一步的,步骤S4中,计算所述相机与所述测量目标之间的距离时,包括如下步骤:
步骤S41:计算交点x 3 ’在相机中投影点的坐标x 3 ,所述交点x 3 ’为测量目标与测量目标在平面镜中虚像的连线与平面镜所在平面的交点;
步骤S42:计算投影点的坐标x 3 相对于相机光轴的夹角θ。
进一步的,步骤S41中投影点的坐标x 3 的计算公式如下:
x
3
=(x
1
+x
2
)/2
其中,x 1 为测量目标在相机中实像的像素坐标, x 2 为测量目标在平面镜中的像在相机中虚像的像素坐标。
如图2所示,由于本实施例采用的是平面镜,所述测量目标的实像与其在平面镜中的虚像,两者到平面镜的距离相等,利用平面镜成像原理,来计算平面镜所在平面与测量目标的实像与虚像连线交点在相机中的投影点坐标x 3 ,其中实施例中x 1 和x 2 的值可以通过在相机中的坐标值获得,计算方法简单。
对于所述测量目标的实像和虚像的坐标选取,可以通过局部特征提取方法获得,也可以通过采用面积中心方法获得。
进一步的,步骤S42中投影点的坐标x 3 相对于相机光轴的夹角θ的计算公式如下:
θ=arctan(x
3
-x
0
)/f
其中,x 0 为相机光心坐标,f为相机焦距。
投影点的坐标x 3 相对于相机光轴的夹角θ,如图2所示,θ可以通过已知量x 3 、x 0 、f组成的三角形来进行计算获得。
进一步的,测量目标与相机之间距离的计算公式如下:
L=S/tanθ
其中,L为测量目标与相机之间的距离,S为平面镜的镜面至相机光轴的偏置距离。
如图2所示,所述测量目标与相机之间的距离L,平面镜的镜面至相机光轴的偏置距离S、相机,三者组成包括夹角θ的三角形,利用三角形函数进行计算,可以获得测量目标与相机之间的距离L,计算结果误差小、计算过程简单、计算效率高、适用范围广。
本实施例中,所述平面镜的镜面至所述相机光轴的偏置距离S,可以根据实际测距时的范围来进行提前设置。
本实施例中,对于在测距时平面镜的选择,可以根据现场对相机视场范围的需要进行定制。
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 (1)
1.一种基于平面镜的单目测距方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤S1:对相机的主光轴和内参数进行标定;
步骤S2:相机镜头一侧安装平面镜,所述平面镜的反射面朝向所述相
机镜头设置,且平面镜的轴线与相机的光轴平行;
步骤S3:利用安装了平面镜的相机,采集测量目标实物的图像信息和测量目标在平面镜中虚像的图像信息;
步骤S4:计算所述相机与所述测量目标之间的距离;
其中,步骤S4中计算所述相机与所述测量目标之间的距离时,包括如下步骤:步骤S41:计算交点在相机中投影点的坐标x 3 ,所述交点为测量目标的实像与测量目标在平面镜中虚像的连线与平面镜所在平面的交点;步骤S42:计算投影点的坐标x 3 相对于相机光轴的夹角θ;
步骤S41中投影点的坐标x 3 的计算公式如下:
x
3
=(x
1
+x
2
)/2
其中,x 1 为测量目标在相机中实像的像素坐标, x 2 为测量目标在平面镜中的像在相机中虚像的像素坐标;
步骤S42中投影点的坐标x 3 相对于相机光轴的夹角θ的计算公式如下:
θ=arctan(x
3
-x
0
)/f
其中,x 0 为相机光心坐标,f为相机焦距;
步骤S4中测量目标与相机之间距离的计算公式如下:
L=S/tanθ
其中,L为测量目标与相机之间的距离,S为平面镜的镜面至相机光轴的偏置距离。
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