CN116182786B - 单目视觉测距方法、相机及介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种单目视觉测距方法、相机及介质，属于物距测量应用领域，该方法包括：响应于对焦信号，控制电机从初始位置开始带动感光元件开始移动，以对目标物进行对焦；在对焦成功的情况下，基于电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中电机的位移变化量，基于初始位置和位移变化量，确定电机相对于电机零点的变化距离，将变化距离输入预先拟合得到的测距模型中，输出镜头与目标物之间的物距；可以解决由于需要计算像距和畸变系数导致的单目视觉测距技术较为复杂的问题；通过建立变化距离与物距之间的映射关系，只需要获取电机输出的变化距离即可以得到物距，不需要计算像距和畸变系数，因此可以降低使用单目视觉测距技术计算物距的复杂度。
Description
技术领域
本申请涉及一种单目视觉测距方法、相机及介质，属于物距测量应用领域。
背景技术
视觉测距技术包括多目立体测距技术和单目视觉测距技术，单目视觉测距技术仅需要使用单支视觉传感器拍摄的图像，即可以对图像中的目标物进行量测，相对于多目立体测距技术而言，更加节约成本。
一种典型的单目视觉测距技术中，首先需要利用棋盘格标定板对单目相机进行相机标定，即，利用棋盘格标定板获取像素坐标系与世界坐标系之间的映射关系，并获取畸变系数，其中，像素坐标系是以图像的左上角为原点、图像平面为u-v面建立的二维坐标系，而世界坐标系是用户基于使用需要在三维世界建立的用于描述相机与目标物位置的三维坐标系；由于棋盘格标定板在世界坐标系下的世界坐标已知，每一张图像中棋盘格标定板的像素坐标已知，因此可以利用多个相对应的像素坐标与世界坐标计算得到映射关系和畸变系数；之后，使用畸变系数消除图像畸变，再根据单目相机拍摄到的图像中目标物的像素坐标、和像素坐标系与世界坐标系之间的映射关系，即可以计算得到目标物与单目相机之间的距离。
然而，在对单目相机进行标定时，需要利用像距、焦距等相机内参固定不变的原理，基于不同的相机外参矩阵最终计算得到映射关系，会导致单目视觉测距技术较为复杂的问题，且计算映射关系时还需要额外获取畸变系数以消除图像畸变，以降低误差率，进一步增加了单目视觉测距技术的复杂程度。
发明内容
本申请提供了一种单目视觉测距方法、相机及介质，可以解决由于需要计算像距和畸变系数导致的单目视觉测距技术较为复杂的问题。本申请提供如下技术方案：
第一方面，提供一种单目视觉测距方法，所述方法适用于相机，所述相机包括镜头、可移动的感光元件、以及用于带动所述感光元件移动的电机，所述方法包括：
响应于对焦信号，控制所述电机从初始位置开始带动所述感光元件开始移动，以对目标物进行对焦；
在对焦成功的情况下，基于所述电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中所述电机的位移变化量；
基于所述初始位置和所述位移变化量，确定电机相对于电机零点的变化距离；
将所述变化距离输入预先拟合得到的测距模型中，输出所述镜头与所述目标物之间的物距；其中，所述预先拟合得到的测距模型是对至少两组样本数据拟合得到的，每组所述样本数据包括对焦成功时的样本变化距离和与所述样本变化距离相对应的样本物距。
可选地，所述在对焦成功的情况下，基于所述电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中所述电机的位移变化量，包括：
获取控制所述电机发生位移的每个定位控制脉冲的脉冲当量；
在本次对焦过程中统计向所述电机输出的定位控制脉冲的脉冲数量；
根据所述脉冲数量和所述脉冲当量的乘积，得到所述位移变化量。
可选地，所述测距模型的拟合过程包括：
获取所述样本数据；
使用多项式函数对所述样本数据进行拟合，得到所述测距模型。
可选地，所述测距模型通过下式表示：
其中，F是p的多项式函数，E是指科学计数法，p是所述变化距离，/>
是p的四次多项式，/>
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是p的一次多项式。
可选地，所述获取所述样本数据，包括：
在所述镜头与样本物之间间隔预设样本物距的情况下，响应于对焦信号，控制所述电机带动所述感光元件从初始位置开始移动，以对目标物进行对焦；
获取对焦过程中所述电机的位移变化量；
根据所述位移变化量和所述初始位置，得到所述样本变化距离。
可选地，所述使用多项式函数对所述样本数据进行拟合，得到测距模型之后，还包括：
将验证变化距离输入所述测距模型，输出预测物距；
检测所述预测物距与和验证物距之间的差异是否小于或等于预设差异；
在所述差异大于所述预设差异的情况下，重复执行获取所述样本数据，使用多项式函数对所述样本数据进行拟合，得到所述测距模型的步骤。
可选地，所述在对焦成功的情况下，基于所述电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中所述电机的位移变化量之前，还包括：
响应于对焦结束信号，控制所述相机采集所述目标物的图像；
检测所述目标物的图像的锐度是否大于或等于预设锐度；
相应地，所述在对焦成功的情况下，基于所述电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中所述电机的位移变化量，包括：
若所述目标物的图像的锐度大于或等于所述预设锐度，则基于所述电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中所述位移变化量。
可选地，所述方法还包括：
若所述目标物的图像的锐度小于所述预设锐度，则触发执行所述响应于对焦信号，控制所述电机从初始位置开始带动所述感光元件开始移动，以对目标物进行对焦；响应于对焦结束信号，控制所述相机采集所述目标物的图像；检测所述目标物的图像的锐度是否大于或等于预设锐度的步骤；直到所述目标物的图像的锐度大于或等于所述预设锐度输出所述位移变化量，或重复执行次数达到预设次数时输出错误提示。
第二方面，本申请还提供一种相机，所述相机包括镜头、可移动的感光元件、以及用于带动所述感光元件移动的电机，以及与所述感光元件和所述电机相连的处理器和与所述处理器相连的存储器，所述存储器中存储有程序，所述处理器执行所述程序时用于实现第一方面所述的单目视觉测距方法。
第三方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有程序，所述程序被处理器执行时用于实现第一方面所述的单目视觉测距方法。
本申请的有益效果至少包括：通过响应于对焦信号，控制电机从初始位置开始带动感光元件开始移动，以对目标物进行对焦；在对焦成功的情况下，基于电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中电机的位移变化量，基于初始位置和位移变化量，确定电机相对于电机零点的变化距离，将变化距离输入预先拟合得到的测距模型中，输出镜头与目标物之间的物距；可以解决由于需要计算像距和畸变系数导致的单目视觉测距技术较为复杂的问题；通过建立变化距离与物距之间的映射关系，只需要获取电机输出的变化距离即可以得到物距，不需要计算像距和畸变系数，因此可以降低使用单目视觉测距技术计算物距的复杂度，从而可以提高单目视觉测距技术的使用效果，提高用户的使用体验。
另外，使用多项式对样本数据进行拟合，可以使得测距模型与样本数据的变化趋势更相符，因此可以提高单目视觉测距方法的准确率。
另外，基于相机的使用场景采集用于拟合测距模型的样本数据，可以使得测距模型适用于该使用场景，因此可以提高单目视觉测距方法的适用性。
另外，使用验证变化距离和验证物距检测拟合后的测距模型，若测距模型未通过检测则说明该测距模型的准确率较低，此时重新拟合测距模型，以获取准确率较高的测距模型，因此可以提高单目视觉测距方法的准确率。
另外，由于焦点偏移时，目标物图像的锐度会降低，因此检测目标物的图像的锐度是否大于或等于预设锐度，确定焦点是否存在偏移，则可以避免焦点偏移时，由于输入测距模型的变化距离不准确导致输出的物距也不准确的问题，因此，可以提高单目视觉测距方法的准确率。
另外，如果重复多次对焦，相机仍然存在焦点偏移的问题，那么可以说明相机出现了系统错误，因此在重复执行次数达到预设次数时输出错误提示，可以提高单目视觉测距方法的灵活性。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本申请一个实施例提供的相机设置在导轨上的示意图；
图2是本申请一个实施例提供的小孔成像原理的示意图；
图3是本申请一个实施例提供的单目视觉测距方法的流程图；
图4是本申请一个实施例提供的样本数据的具体数值的示意图；
图5是本申请一个实施例提供的多项式函数曲线的示意图；
图6是本申请一个实施例提供的检测结果的具体数值的示意图；
图7是本申请一个实施例提供的单目视觉测距方法的装置的框图；
图8是本申请一个实施例提供的相机的框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本申请的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
图1是本申请一个实施例提供的相机设置在导轨51上的示意图，如图1所示，该相机至少包括：镜头110、感光元件120和电机130。其中，相机可以是定焦相机，也可以是变焦相机。本实施例中，不对相机的具体类型作限定。
镜头110是指相机中用于生成图像的光学部件，镜头110整体相当于一个凸透镜。在相机拍摄目标物的过程中，镜头110收集目标物的反射光，并将反射光聚焦于感光元件120上，目标物投影在感光元件120上的图像是倒立图像，相机通过相机电路将该倒立图像反转，得到目标物的正立图像，完成拍摄。
其中，目标物是指相机拍摄的物体。
为了获取不同拍摄环境下的图像。可选的，镜头110包括透镜和光圈，透镜包括凸透镜、或凹透镜与凸透镜的透镜组合，其中，凹透镜与凸透镜的透镜组合可以提高图像边缘分辨率、降低色散和提高图像色彩还原度等；而光圈用于控制透过镜头110进入相机内的光线的量，光圈又被称作瞳焦。
具体地，在拍摄环境昏暗时，通常拍摄目标物时会使用大光圈；而在拍摄环境明亮时，则拍摄目标物时会使用小光圈。
可选地，镜头110包括E型镜头110、L型镜头110、P型镜头110和自动变焦镜头110等，其中，E型镜头110和L型镜头110需要手动调节光圈大小，而P型镜头110和自动变焦镜头110能够自动调节光圈大小。在实际实现时，也可以使用其他镜头110，本实施例不对镜头110的具体类型作限定。
感光元件120是指接收透过镜头110的光线并将该光线转化成图像信号的元件。感光元件120上包含很多感光单位，当感光元件120的表面受到光线照射时，感光单位会把光线转变成电荷，所有感光单位产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的图像，而后将该图像信号转化为数字信号，并压缩保存。
可选地，感光元件120包括电荷耦合器件（Charge-coupled Device，CCD）和互补金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS）。
其中， CMOS制造成本，耗电量也较低，在相同分辨率的情况下，CMOS的耗电量是CCD耗电量的三分之一，但是CMOS在处理图像时，容易在图像上产生杂点，因此CMOS采集的图像的质量低于CCD采集的图像的质量。在本实施例中，选用CCD为感光元件120。
参考图1，将相机设置在导轨51上，感光元件120安装在电机130顶端的面板上，以跟随电机130移动而移动。当然，在其他实施例中，感光元件120也可以安装在电机130侧边，或者感光元件120也可以与电机130通过其他部件连接，本实施例不对感光元件120与电机130的连接方式作限定。
电机130用于在相机的拍摄过程中向相机提供动力，以供相机执行拍摄功能，相机中需要提供动力的过程包括但不限于向对焦过程、调节光圈和/或变焦过程等提供动力。
在本实施例中，电机130相对于电机130零点进行直线运动，电机130零点是指电机130无电流或者电机130停止状态下的起始位置。
在电机130启用后，也可以依据需要设置电机130零点，即，进行零点标定。可选地，电机130零点的标定方法包括但不限于：直接归零法、带停转检测的专用电机130驱动芯片归零法或传感器归零法，本实施例不对电机130零点的标定方法的具体类型作限定。
在本实施例中，镜头110的绝对位置不发生改变时，电机130零点的绝对位置也不发生改变，因此镜头110与电机130零点之间的相对位置不变。
相机中，镜头110与感光元件120之间的距离为像距，而镜头110与目标物之间的距离则为物距，相机基于小孔成像原理将光线聚焦于感光元件120上，形成目标物的倒立图像，相机通过相机电路可以将该倒立图像转换为正立图像，完成拍摄，因此，目标物在正立图像中的像素高度近似于目标物在倒立图像中的像素高度。
需要注意的是，由于将该倒立图像转换为正立图像的过程中会存在误差，因此正立图像中的像素高度与倒立图像中的像素高度之间虽然会存在高度差异，但是该误差无限趋近于零。
因此，当需要通过单相机对目标物进行测距时，传统的单目视觉测距技术原理如图2所示，基于三角相似原理，目标物的像素高度h与目标物的实际高度H的比值等于像距v与物距u的比值，因此在知道像距v、像素高度h和实际高度H的情况下，即可以求出物距。
然而，像距的求取过程较为繁琐，需要对相机进行相机标定，在标定过程中，需要利用像距、焦距等相机内参固定不变的原理，基于不同的相机外参矩阵最终计算得到映射关系，会导致单目视觉测距技术较为复杂的问题，且计算映射关系时还需要额外获取畸变系数以消除图像畸变，以降低误差率，进一步增加了单目视觉测距技术的复杂程度；标定结束后，计算物距过程中，也需要获取目标物的实际高度。因此，传统的单目相机测距方法较为繁琐，会导致用户使用效果不佳的问题。
其中，相机标定即利用标定板获取像素坐标系与世界坐标系之间的映射关系，并获取畸变系数消除图像畸变的过程。
针对上述问题，在本实施例中，相机用于：响应于对焦信号，控制电机130从初始位置开始带动感光元件120开始移动，以对目标物进行对焦；在对焦成功的情况下，基于电机130对应的电机130参数，确定本次对焦过程中电机130的位移变化量；基于初始位置和位移变化量，确定电机130相对于电机130零点的变化距离； 将变化距离输入预先拟合得到的测距模型中，输出镜头110与目标物之间的物距。
其中，电机130参数包括电机130的步距、电机130中齿轮减速器的传动比、电机130驱动器、电机130中丝杆的螺距和电机130接收到的定位控制脉冲的数量等。
需要注意的是，预先拟合得到的测距模型是对至少两组样本数据拟合得到的，每组样本数据包括对焦成功时的样本变化距离和与样本变化距离相对应的样本物距。
由于像距的倒数加物距的倒数等于焦距的倒数，因此在得到焦距和像距的情况下，可以获得物距。而在本实施例中，由于电机130零点和镜头110之间的相对位置不发生改变，且感光元件120跟随电机130移动而移动，因此电机130与电机130零点之间的变化距离与物距之间可以建立映射关系。
基于变化距离与物距之间的映射关系，只需要知道电机130输出的变化距离，即可以得到物距，不需要通过相机标定获取像距和畸变系数，因此可以降低使用单目视觉测距技术计算物距的复杂度，从而可以提高使用体验。
在本实施例中，通过响应于对焦信号，控制电机从初始位置开始带动感光元件开始移动，以对目标物进行对焦；在对焦成功的情况下，基于电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中电机的位移变化量，基于初始位置和位移变化量，确定电机相对于电机零点的变化距离，将变化距离输入预先拟合得到的测距模型中，输出镜头与目标物之间的物距；可以解决由于需要计算像距和畸变系数导致的单目视觉测距技术较为复杂的问题；通过建立变化距离与物距之间的映射关系，只需要获取电机输出的变化距离即可以得到物距，不需要计算像距和畸变系数，因此可以降低使用单目视觉测距技术计算物距的复杂度，从而可以提高单目视觉测距技术的使用效果，提高用户的使用体验。
下面，对本申请提供的单目视觉测距方法进行详细介绍。下述实施例以该方法用于图1所示的相机中，具体用于相机中的处理器中为例进行说明，在实际实现时，该方法也可以用于与相机通信相连的其他设备中，比如：用于用户终端、或者服务器等，其中，用户终端包括但不限于：手机、计算机、平板电脑、可穿戴式设备等，本实施例不对其他设备的实现方式和用户终端的实现方式作限定。
其中，通信相连的方式可以是有线通信或者无线通信，无线通信方式可以是短距离通信、或者无线通信等，本实施例不对自移动设备与其他设备之间的通信方式作限定。
图3是本申请一个实施例提供的单目视觉测距方法的流程图。该方法至少包括以下几个步骤：
步骤301，响应于对焦信号，控制电机从初始位置开始带动感光元件开始移动，以对目标物进行对焦。
对焦是指相机改变感光元件与镜头之间的相对位置使得目标物成像清晰的过程。在相机拍摄过程中，如果不进行对焦，则得到的目标物图像不够清晰，会导致基于该目标物图像执行的后续工作出现较大误差，因此在拍摄前需要首先进行对焦。
例如，通过目标物图像识别目标物的类型，在目标物图像不清晰时，识别的准确率较差甚至会出现无法识别目标物的情况。
对焦信号用于控制电机移动以带动感光元件移动；初始位置基于每次对焦电机的移动而发生改变。
具体地，电机对焦之前的位置即为初始位置，在第一次对焦结束后拍摄目标物图像，之后响应于对焦信号，进行第二次对焦，此时，第一次对焦结束后电机所在的位置更新为初始位置。
步骤302，在对焦成功的情况下，基于电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中电机的位移变化量。
在对焦过程中，电机接收定位控制脉冲，并基于定位控制脉冲进行移动。
在本实施例中，基于正负脉冲，对电机移动方向进行控制。具体地，当定位控制脉冲为正脉冲时，电机朝向远离电机零点的方向移动；而当定位控制脉冲为负脉冲时，电机朝向靠近电机零点的方向移动。
可选地，在对焦成功的情况下，基于电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中电机的位移变化量，包括：获取控制电机发生位移的每个定位控制脉冲的脉冲当量；在本次对焦过程中统计向电机输出的定位控制脉冲的脉冲数量；根据脉冲数量和脉冲当量的乘积，得到位移变化量。
其中，在电机进行直线运动时，脉冲当量是指电机接收到一个定位控制脉冲时，电机所产生的位移量。脉冲当量与电机系数有关，脉冲当量的数值越小，则获取的位移量精度越高。
由于脉冲当量是指电机接收到单个定位控制脉冲的位移量，因此统计电机在对焦过程中获取的脉冲数量，并基于脉冲数量和脉冲当量即可计算得到电机在对焦过程中的位移变化量。
由于相机对焦后拍摄目标物时，会存在由于焦点偏移导致的跑焦问题，因此，需要对目标物图像的清晰度进行检验。可选地，在对焦成功的情况下，基于电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中电机的位移变化量之前，还包括：响应于对焦结束信号，控制相机采集目标物的图像；检测目标物的图像的锐度是否大于或等于预设锐度；
相应地，在对焦成功的情况下，基于电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中电机的位移变化量，包括：若目标物的图像的锐度大于或等于预设锐度，则基于电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中位移变化量。
其中，预设锐度可以是预先存储在相机中的，也可以是用户输入的，本实施例不对预设锐度的获取方式作限定。
跑焦时，目标物图像的分辨率不变，但是目标物图像的锐度会降低，会导致目标物图像的可用性较差；同时，由于跑焦时焦点偏移，则此时得到的变化距离并不是此时物距对应的变化距离，因此此时的变化距离与此时的物距不存在映射关系。
因此，通过检验锐度是否大于或等于预设锐度，可以确定相机是否对焦成功，确保拍摄得到的目标物图像可用，同时还可以确保变化距离与物距的映射关系成立。
若目标物的图像的锐度小于预设锐度，则触发执行响应于对焦信号，控制电机从初始位置开始带动感光元件开始移动，以对目标物进行对焦；响应于对焦结束信号，控制相机采集目标物的图像；检测目标物的图像的锐度是否大于或等于预设锐度的步骤；直到目标物的图像的锐度大于或等于预设锐度输出位移变化量，或重复执行次数达到预设次数时输出错误提示。
其中，预设次数可以预先存储在相机中的，也可以是从其他设备中获取的，本实施例不对预设次数的获取方式作限定。
可选地，错误提示包括但不限于：声音、文字、图案或者动画等，本实施例不对错误提示的实现方式作限定。
在采集得到的目标物图像的锐度过小时，则说明此次出现焦点偏移的问题，因此需要控制相机重新执行对焦，以确保目标物图像清晰；然而当重复执行次数过多时，相机仍存在焦点偏移的问题，则说明相机出现故障，此时输出错误提示，以帮助用户检修相机。
步骤303，基于初始位置和位移变化量，确定电机相对于电机零点的变化距离。
由于电机零点绝对位置不变、电机零点位于电机的行程上，且电机做直线运动，因此，基于初始位置和位移变化量即可计算得到变化距离。
步骤304，将变化距离输入预先拟合得到的测距模型中，输出镜头与目标物之间的物距。
可选地，测距模型的拟合过程包括：获取样本数据；使用多项式函数对样本数据进行拟合，得到测距模型。
多项式拟合是指一种用多项式来拟合一组数据，以更好地理解数据的变化和趋势的技术。
实际实现时，也可以使用逐步回归对样本数据进行拟合，可以使用对数拟合对样本数据进行拟合，或者，使用伽马调节对样本数据进行拟合，本实施例不对拟合方式作限定。
可选地，多项式拟合过程中的拟合算法包括：最小二乘法、最小平方法或者最小均方差法等，本实施例不对拟合算法的具体类型作限定。
可选地，多项式拟合函数包括函数polyfit、函数polyconf或者函数polytool等，本实施例不对多项式拟合函数的实现方式作限定。
可选地，获取样本数据，包括：在镜头与样本物之间间隔预设样本物距的情况下，响应于对焦信号，控制电机带动感光元件从初始位置开始移动，以对目标物进行对焦；获取对焦过程中电机的位移变化量；根据位移变化量和初始位置，得到样本变化距离。
由于多项式拟合是利用给定的样本数据进行拟合，以得到适用于该组样本数据的测距模型，使得拟合得到的测距模型更为准确，因此使用多项式拟合样本数据，可以提高测距模型的准确性。
不同的相机可以基于各自对应的使用场景获取样本数据，使用该样本数据拟合得到的测距模型更适用于该使用场景，可以提高单目视觉测距方法的适用性。
在拟合得到测距模型之后，还需要对测距模型进行验证。可选地，使用多项式函数对样本数据进行拟合，得到测距模型之后，还包括：将验证变化距离输入测距模型，输出预测物距；检测预测物距与和验证物距之间的差异是否小于或等于预设差异；在差异大于预设差异的情况下，重复执行获取样本数据，使用多项式函数对样本数据进行拟合，得到测距模型的步骤。
其中，验证变化距离和与验证变化距离对应的验证物距可以是预先存储的，也可以是通过其他设备获取的，本实施例不对验证变化距离和与验证变化距离对应的验证物距的获取方式作限定。
可选地，差异包括：差值或者比值等，本实施例不对差异的实现方式作限定。
具体地，在差异为差值绝对值的情况下，预设差值10mm。
在验证物距与预测物距之间的差异较小时，说明测距模型通过验证，则此时测距模型准确率较高。若测距模型未通过验证，则需要重新拟合得到测距模型，以确保测距模型的准确率不会降低。
下面，以一个具体的实施例对本实施例提供的单目视觉测距方法进行说明。
步骤501，拟合测距模型。
具体地，以感光元件120固定安装在电机130顶端面板上，电机130、镜头110和目标物安装在同一条笔直且水平的导轨51上，目标物设置为靶标52，且镜头110的中心点与靶标52的中心点位于同一条平行于导轨51的直线上，靶标52底部设置有钢尺53以便于读取样本物距，电机130的脉冲当量为1um，钢尺53与镜头110之间平行于导轨51的水平距离为700mm为例进行说明，如图1中所示，将相机设置在导轨51上；
控制靶标52从物距770mm处向物距2000mm处移动，每当靶标52移动距离达到10mm时，记录一次，并获取与该样本物距对应的样本变化距离，直到物距达到2000mm时，记录最后一次样本物距，并获取与样本物距对应的样本变化距离，得到样本数据；样本数据如图4所示；
使用多项式函数对获取的样本数据进行拟合，参考图5的多项式函数曲线，得到测距模型的公式如下：
该测距模型公式的拟合优度
的值为0.99，拟合优度的最大为1。拟合优度用于表示多项式函数曲线与样本数据的拟合程度，拟合优度越大，则拟合程度越高。
步骤502，使用五组验证数据检测拟合后的测距模型是否可以使用。
其中，验证数据包括验证变化距离和与验证变化距离对应的验证物距。
具体地，对于每一组验证数据，在目标物与镜头110间隔验证物距的情况下，控制相机执行控制电机130带动感光元件120从初始位置开始移动，以对目标物进行对焦，得到验证变化距离的步骤三次，将三次验证变化距离分别输入测距模型，输出三个预测物距的步骤；对于每组预测物距，将每个预测物距与验证物距之间的差值求和之后取平均值，再取平均值的绝对值作为差值绝对值，检测差值绝对值是否小于或等于10mm，若小于或等于，则执行步骤503；若大于，则执行步骤501；
在本实施例中，基于五组验证数据的检测结果如图6所示，五组数据的差值绝对值均小于10mm，则执行步骤503。
步骤503，将变化距离输入测距模型，输出物距。
具体地，响应于对焦信号，控制电机130从初始位置开始带动感光元件120开始移动，以对目标物进行对焦；在对焦成功的情况下，基于电机130对应的电机130参数，确定本次对焦过程中电机130的位移变化量；基于初始位置和位移变化量，确定电机130相对于电机130零点的变化距离；将变化距离输入预先拟合得到的测距模型中，输出镜头110与目标物之间的物距。
综上，本实施例提供的单目视觉测距方法，通过响应于对焦信号，控制电机从初始位置开始带动感光元件开始移动，以对目标物进行对焦；在对焦成功的情况下，基于电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中电机的位移变化量，基于初始位置和位移变化量，确定电机相对于电机零点的变化距离，将变化距离输入预先拟合得到的测距模型中，输出镜头与目标物之间的物距；可以解决由于需要计算像距和畸变系数导致的单目视觉测距技术较为复杂的问题；通过建立变化距离与物距之间的映射关系，只需要获取电机输出的变化距离即可以得到物距，不需要计算像距和畸变系数，因此可以降低使用单目视觉测距技术计算物距的复杂度，从而可以提高单目视觉测距技术的使用效果，提高用户的使用体验。
另外，使用多项式对样本数据进行拟合，可以使得测距模型与样本数据的变化趋势更相符，因此可以提高单目视觉测距方法的准确率。
另外，基于相机的使用场景采集用于拟合测距模型的样本数据，可以使得测距模型适用于该使用场景，因此可以提高单目视觉测距方法的适用性。
另外，使用验证变化距离和验证物距检测拟合后的测距模型，若测距模型未通过检测则说明该测距模型的准确率较低，此时重新拟合测距模型，以获取准确率较高的测距模型，因此可以提高单目视觉测距方法的准确率。
另外，由于焦点偏移时，目标物图像的锐度会降低，因此检测目标物的图像的锐度是否大于或等于预设锐度，确定焦点是否存在偏移，则可以避免焦点偏移时，由于输入测距模型的变化距离不准确导致输出的物距也不准确的问题，因此，可以提高单目视觉测距方法的准确率。
另外，如果重复多次对焦，相机仍然存在焦点偏移的问题，那么可以说明相机出现了系统错误，因此在重复执行次数达到预设次数时输出错误提示，可以提高单目视觉测距方法的灵活性。
图7是本申请一个实施例提供的单目视觉测距方法的装置的框图。该装置至少包括以下几个模块：对焦执行模块710、第一获取模块720、第二获取模块730和物距输出模块740。
对焦执行模块710，用于响应于对焦信号，控制所述电机从初始位置开始带动所述感光元件开始移动，以对目标物进行对焦；
第一获取模块720，用于在对焦成功的情况下，基于所述电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中所述电机的位移变化量；
第二获取模块730，用于基于所述初始位置和所述位移变化量，确定电机相对于电机零点的变化距离；
物距输出模块740，用于将所述变化距离输入预先拟合得到的测距模型中，输出所述镜头与所述目标物之间的物距。
相关细节参考上述方法实施例。
需要说明的是：上述实施例中提供的单目视觉测距方法的装置在进行测距时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将单目视觉测距方法的装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的单目视觉测距方法的装置与单目视觉测距方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。
图8是本申请一个实施例提供的相机的框图。该相机包括镜头、可移动的感光元件、以及用于带动所述感光元件移动的电机，以及与所述感光元件和所述电机相连的处理器801和与所述处理器801相连的存储器802。
处理器801可以包括一个或多个处理核心，比如：4核心处理器、8核心处理器等。处理器801可以采用DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）、FPGA（Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）、PLA（Programmable Logic Array，可编程逻辑阵列）中的至少一种硬件形式来实现。处理器801也可以包括主处理器和协处理器，主处理器是用于对在唤醒状态下的数据进行处理的处理器，也称CPU（Central ProcessingUnit，中央处理器）；协处理器是用于对在待机状态下的数据进行处理的低功耗处理器。在一些实施例中，处理器801可以在集成有GPU（Graphics Processing Unit，图像处理器），GPU用于负责显示屏所需要显示的内容的渲染和绘制。一些实施例中，处理器801还可以包括AI（Artificial Intelligence，人工智能）处理器，该AI处理器用于处理有关机器学习的计算操作。
存储器802可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器802还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器802中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器801所执行以实现本申请中方法实施例提供的单目视觉测距方法。
在一些实施例中，相机还可选包括有：外围设备接口和至少一个外围设备。处理器801、存储器802和外围设备接口之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口相连。示意性地，外围设备包括但不限于：射频电路、触摸显示屏、音频电路、和电源等。
当然，相机还可以包括更少或更多的组件，本实施例对此不作限定。
可选地，本申请还提供有一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的单目视觉测距方法。
可选地，本申请还提供有一种计算机产品，该计算机产品包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有程序，所述程序由处理器加载并执行以实现上述方法实施例的单目视觉测距方法。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种单目视觉测距方法，其特征在于，所述方法适用于相机，所述相机包括镜头、可移动的感光元件、以及用于带动所述感光元件移动的电机，所述方法包括：
响应于对焦信号，控制所述电机从初始位置开始带动所述感光元件开始移动，以对目标物进行对焦；
在对焦成功的情况下，基于所述电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中所述电机的位移变化量；
基于所述初始位置和所述位移变化量，确定电机相对于电机零点的变化距离；
将所述变化距离输入预先拟合得到的测距模型中，输出所述镜头与所述目标物之间的物距；其中，所述预先拟合得到的测距模型是对至少两组样本数据拟合得到的，每组所述样本数据包括对焦成功时的样本变化距离和与所述样本变化距离相对应的样本物距；
所述测距模型的拟合过程包括：获取所述样本数据；使用多项式函数对所述样本数据进行拟合，得到所述测距模型；
所述测距模型通过下式表示：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在对焦成功的情况下，基于所述电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中所述电机的位移变化量，包括：
获取控制所述电机发生位移的每个定位控制脉冲的脉冲当量；
在本次对焦过程中统计向所述电机输出的定位控制脉冲的脉冲数量；
根据所述脉冲数量和所述脉冲当量的乘积，得到所述位移变化量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述样本数据，包括：
在所述镜头与样本物之间间隔预设样本物距的情况下，响应于对焦信号，控制所述电机带动所述感光元件从初始位置开始移动，以对目标物进行对焦；
获取对焦过程中所述电机的位移变化量；
根据所述位移变化量和所述初始位置，得到所述样本变化距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用多项式函数对所述样本数据进行拟合，得到测距模型之后，还包括：
将验证变化距离输入所述测距模型，输出预测物距；
检测所述预测物距与和验证物距之间的差异是否小于或等于预设差异；
在所述差异大于所述预设差异的情况下，重复执行获取所述样本数据，使用多项式函数对所述样本数据进行拟合，得到所述测距模型。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在对焦成功的情况下，基于所述电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中所述电机的位移变化量之前，还包括：
响应于对焦结束信号，控制所述相机采集所述目标物的图像；
检测所述目标物的图像的锐度是否大于或等于预设锐度；
相应地，所述在对焦成功的情况下，基于所述电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中所述电机的位移变化量，包括：
若所述目标物的图像的锐度大于或等于所述预设锐度，则基于所述电机对应的电机参数，确定本次对焦过程中所述位移变化量。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若所述目标物的图像的锐度小于所述预设锐度，则触发执行所述响应于对焦信号，控制所述电机从初始位置开始带动所述感光元件开始移动，以对目标物进行对焦；响应于对焦结束信号，控制所述相机采集所述目标物的图像；检测所述目标物的图像的锐度是否大于或等于预设锐度；直到所述目标物的图像的锐度大于或等于所述预设锐度输出所述位移变化量，或重复执行次数达到预设次数时输出错误提示。
7.一种相机，其特征在于，所述相机包括镜头、可移动的感光元件、以及用于带动所述感光元件移动的电机，以及与所述感光元件和所述电机相连的处理器和与所述处理器相连的存储器，所述存储器中存储有程序，所述处理器执行所述程序时用于实现如权利要求1至6任一所述的单目视觉测距方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有程序，所述程序被处理器执行时用于实现如权利要求1至6任一所述的单目视觉测距方法。
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