CN116358486A - 基于单目相机的目标测距方法、装置及介质 - Google Patents

基于单目相机的目标测距方法、装置及介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于单目相机的目标测距方法、装置及存储介质，该单目相机安装于路端或停车场端。该方法包括如下步骤：图像采集步骤，用于采集包含目标对象的图像；参数获取步骤，用于获取单目相机的参数，所述参数包括单目相机的安装高度、单目相机的姿态角及单目相机的内参；以及测距步骤，识别采集到的图像中的目标对象，并基于单目相机的安装高度、包含目标对象的图像、单目相机的姿态角及单目相机的内参对目标对象进行测距。本发明能应用于路端及场端，并将相机姿态角对于测距精度的影响考虑在内。

Description

基于单目相机的目标测距方法、装置及介质
技术领域
本发明涉及车辆定位技术领域,尤其涉及一种基于单目相机的目标测距方法、基于单目相机的目标测距装置以及计算机存储介质。
背景技术
近年来，智能驾驶、无人驾驶等技术的不断成熟，视觉传感器的使用频率很高，视觉测距的场所也越来越多。单目视觉测距以其成本低、结构简单、运行快、便于标定和识别等优点而被广泛使用。然而，目前大多数的单目视觉测距都是基于车端，即基于安装于自身车辆前端的单目相机来对前方或侧前方的目标对象进行短距离模糊测距。对于路端(安装于道路上)、场端(安装于停车场内)的单目视觉测距则有着很大的发展空间，是实现车路协同的重要基础。路端、场端相机与车载相机的安装方式有较大差异，其安装高度较车辆平台有较大的增加，相机姿态角更具其情景特色，尤其是俯仰角Pitch更大，而偏航角Yaw、翻滚角Roll相机角度更难控制，因此需要综合考虑相机姿态角对于测距精度的影响。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种基于单目相机的目标测距方法、装置及计算机存储介质，能应用于路端及场端，并将相机姿态角对于测距精度的影响考虑在内。
根据本发明的一个方面，提供一种基于单目相机的目标测距方法，该单目相机安装于路端或停车场端，其特征在于，包括如下步骤：图像采集步骤，用于采集包含目标对象的图像；参数获取步骤，用于获取所述单目相机的参数，所述参数包括所述单目相机的安装高度、所述单目相机的姿态角及所述单目相机的内参；以及测距步骤，识别采集到的所述图像中的目标对象，并基于所述单目相机的安装高度、包含目标对象的所述图像、所述单目相机的姿态角及所述单目相机的内参对所述目标对象进行测距。
优选地，所述单目相机的安装高度是预先测量得到的。
优选地，所述单目相机的姿态角是在所述单目相机的标定过程中基于所述单目相机的外参计算得到的。
优选地，周期性地进行所述单目相机的标定。
优选地，所述测距步骤进一步包括如下步骤：识别步骤，通过目标检测技术对所述图像中的目标对象进行识别，获取所述图像中的目标对象对应的检测框以及所述检测框的至少一个角点坐标；基准点选择步骤，基于所述检测框的至少一个角点坐标选取基准点作为测距基准；以及计算步骤，基于所述基准点在所述图像中的像素宽度、像素高度、所述单目相机的焦距、所述单目相机的安装高度、所述单目相机的俯仰角、所述单目相机的偏航角计算所述目标对象距离所述单目相机的横向距离以及纵向距离。
优选地，设所述目标对象距离所述单目相机的纵向距离为z，设所述目标对象距离所述单目相机的横向距离为x，通过下式(1)计算述目标对象距离所述单目相机的纵向距离，
Figure BDA0003437000800000021
通过下式(2)计算述目标对象距离所述单目相机的横向距离,
Figure BDA0003437000800000022
其中，δ为所述单目相机的偏航角，H为所述单目相机的安装高度，α为所述单目相机的俯仰角，h为所述图像中的所述基准点的像素高度，f为所述单目相机的焦距，w为所述图像中的所述基准点的像素宽度。
优选地，所述识别步骤中，获取所述检测框的左上角的角点坐标(X1，Y1)及所述检测框的右下角的角点坐标(X2，Y2)，所述基准点选择步骤中，选取所述检测框的底边中心坐标作为所述基准点，所述基准点坐标为(Xc，Yc)，其中，Xc＝(X1+X2)/2，Yc＝Y2。
根据本发明的另一个方面，提供一种基于单目相机的目标测距装置，该单目相机安装于路端或停车场端，其特征在于，包括：图像采集模块，用于采集包含目标对象的图像；参数获取模块，用于获取所述单目相机的参数，所述参数包括所述单目相机的安装高度、所述单目相机的姿态角及所述单目相机的内参；以及测距模块，识别采集到的所述图像中的目标对象，并基于所述单目相机的安装高度、所述图像、所述单目相机的姿态角及所述单目相机的内参对所述目标对象进行测距。
根据本发明的另一个方面，提供所述测距模块进一步包括：识别模块，通过目标检测技术对所述图像中的目标对象进行识别，获取所述图像中的目标对象对应的检测框以及所述检测框的至少一个角点坐标；基准点选择模块，基于所述检测框的至少一个角点坐标选取基准点作为测距基准；以及计算模块，基于所述基准点在所述图像中的像素宽度、像素高度、所述单目相机的焦距、所述单目相机的安装高度、所述单目相机的俯仰角、所述单目相机的偏航角计算所述目标对象距离所述单目相机的横向距离以及纵向距离。
根据本发明的另一个方面，提供一种计算机存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由处理器加载并执行上述基于单目相机的目标测距方法。
根据本发明，可实时识别出目标车辆，获得车辆的纵向距离与横向距离，进而完成对目标车辆实时定位。因此，本发明尤其适用于停车场场景，车端与停车场端智能信息的互通互联可实现车场协同，助力自动泊车的实现。应用场端感知系统可使待泊车辆实现超视距的行车环境感知，并可进一步提高了自动泊车过程中的行车安全。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于单目相机的目标测距方法的流程示意图。
图2是本发明实施例中的单目相机的目标测距原理示意图。
图3是本发明实施例提供的基于单目相机的目标测距装置的结构框图。
具体实施方式
下面，结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
本文所使用的术语仅用于描述特定实施例，且不意欲限制本公开。如本文所使用的，单数形式“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非上下文另外清楚指出。还将理解的是，当本说明书中使用术语“包括”和/或“由……制成”时，指定存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
除非另外限定，否则本文所用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本领域普通技术人员通常理解的含义相同。还将理解，诸如那些在常用字典中限定的那些术语应当被解释为具有与其在相关技术以及本公开的背景下的含义一致的含义，且将不解释为具有理想化或过度形式上的含义，除非本文明确如此限定。
图1是本发明实施例提供的基于单目相机的目标测距方法的流程示意图。本说明书提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或服务器产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
如图1所示，本实施例所涉及的基于单目相机的目标测距方法包括如下步骤。
S101：采集包含目标对象的图像。
本实施例中的单目相机1安装于路端或停车场端，具体而言，例如安装于道路两侧的设备杆上或安装于停车场的建筑物(例如天花板)上。步骤S101中利用该安装于路端或停车场端的单目相机1采集包含目标对象的图像，此处的目标对象例如为车辆、障碍物、行人等，本实施例中为在地面行驶的车辆。
S102：获取单目相机1的参数，此处的参数包括单目相机1的安装高度H、单目相机1的姿态角及单目相机1的内参。
其中，单目相机1的安装高度H是将单目相机1固定安装后，测量其到地面的垂直距离而得到的。此处获取的单目相机1的内参主要是指单目相机1的焦距f。单目相机1的姿态角包括俯仰角α、偏航角δ、翻滚角θ，它们是在单目相机1的标定过程中基于单目相机的外参计算得到的。单目相机姿态角的计算有多种方法，并且属于现有技术，在此不作赘述。
由于本实施例中的单目相机1是固定于道路两侧设备杆上或停车场的建筑物上，因此单目相机1的姿态变化很小，因此可以在安装后仅进行一次标定并存储标定的结果。当然，也可以周期性地进行重新标定，有了周期性的校准，获取的参数将更为准确。此外，单目相机的内参及外参的标定属于现有技术，在此不作赘述。
S103：通过目标检测技术对图像中的目标对象进行识别，获取图像中的目标对象对应的检测框以及检测框的至少一个角点坐标。
目标检测技术能对图像中的目标对象(车辆)进行识别，目标检测处理后所输出的包含图像中的目标对象的检测框是视觉测距的基础，在获取图像中的目标对象对应的检测框时，也会同时获取该检测框的角点坐标，该角点坐标的数量可以包括多个，比如，如果该检测框为长方形的二维检测框，则该检测框的角点坐标可以包括长方形四个角分别对应的四个角点坐标。
此外，本实施例中，为了兼顾检测精度与实时性的平衡，使用基于SSD算法优化后的目标检测技术。当然，本发明并不限于此，也可以使用Mask R-CNN、YOLO目标检测技术。
在本实施例的获取图像中的目标对象对应的检测框以及检测框的至少一个角点坐标的过程中，获取检测框的左上角的角点坐标(X1，Y1)及检测框的右下角的角点坐标(X2，Y2)。当然，本发明并不限于此，基于至少一个角点坐标选取基准点即可，例如也可以选择检测框的中心点作为基准点。
S104：选取检测框的底边中心坐标作为基准点，基准点坐标为(Xc，Yc)，其中，Xc＝(X1+X2)/2，Yc＝Y2。
这里选择目标对象的检测框的底边中心坐标为基准点，作为距离测量的依据。以上述的目标对象(车辆)的检测框的基准点作为单目相机的目标测距算法的输入，获得的纵向测距结果为目标对象底边参考点到单目相机中心的垂直纵向距离，获得的横向测距结果为目标对象底边参考点到单目相机中心的水平横向距离，其中，车辆底边参考点是与检测框的基准点相对应的车辆底边上的点。此外，本发明中，将目标对象底边参考点到单目相机中心的垂直纵向距离作为目标对象距离单目相机1的纵向距离，将目标对象底边参考点到单目相机中心的水平横向距离作为目标对象距离单目相机1的横向距离。
S105：基于基准点在图像中的像素宽度、像素高度、单目相机的焦距、单目相机的安装高度、单目相机的俯仰角、单目相机的偏航角计算目标对象距离单目相机的横向距离以及纵向距离。
图2是本发明实施例中的单目相机的目标测距原理示意图。基于图2对本发明的目标测距原理进行说明。
由相机成像模型，分别建立与地面重合的世界坐标系O'-XwYwZw、相机坐标系O-XcYcZc、图像坐标系O”-xy，如下图2所示。
图中的B点为地面上的一点，在目标测距的情况下，可以理解为目标对象底边参考点，O为光心，H为单目相机的安装高度。经过单目相机1的中心的虚线OC为光轴，O’C为光轴OC投影到地面(XwYw平面)的投影线。现考虑在该投影线上设定A点的特殊情况，由
Figure BDA0003437000800000061
得下式(5)，
Figure BDA0003437000800000062
其中，设投影点A与世界坐标系的原点O’之间的距离为z’，设投影点A与目标对象(目标对象底边参考点)B之间的距离为x’，h为检测框的基准点b在像平面上的像素高度，w为基准点b在像平面上的像素宽度，此处的像素高度h与像素宽度w均可以通过采集到的包含目标对象的图像来获得，f为单目相机的焦距。
图2中的α为相机的俯仰角,β＝α+γ，因此得到下式(6)、(7)。
Figure BDA0003437000800000063
Figure BDA0003437000800000064
由式(6)、(7)可得下式(8)、(9)。
Figure BDA0003437000800000065
Figure BDA0003437000800000066
δ为单目相机1的偏航角，因此满足下式(10)、(11)。
Figure BDA0003437000800000067
Figure BDA0003437000800000071
设目标对象B距离单目相机1的纵向距离为z，设目标对象B距离单目相机的横向距离为x，那么基于式(11)，可得下式(12)、(13)。
Figure BDA0003437000800000072
Figure BDA0003437000800000073
其中，z’、x’为式(8)、(9)所示的值，将式(8)、(9)带入式(12)、(13)得到下式(14)、(15)。
Figure BDA0003437000800000074
Figure BDA0003437000800000075
通过式(14)、(15)即能求得目标对象距离所述单目相机的横向距离以及纵向距离从而能在单目相机的局部坐标系中对目标对象进行定位。本实施例中，A点是光轴投影线上的一点，但这仅仅是推到过程，即使A点不是位于光轴投影线上的一点，对于结果也没有影响。
图3是本发明实施例提供的基于单目相机的目标测距装置200的结构框图。
如图3所示，该基于单目相机的目标测距装置200包括：图像采集模块201，用于采集包含目标对象(车辆)的图像；参数获取模块202，用于获取单目相机1的参数，该参数包括单目相机的安装高度H、单目相机1的姿态角及单目相机1的内参；以及测距模块，识别采集到的图像中的目标对象，并基于单目相机1的安装高度H、包含目标对象的图像、单目相机的姿态角及单目相机的内参对目标对象进行测距。
本发明实施例中的装置与方法实施例基于同样的申请构思。
本发明实施例还提供了一种计算机存储介质，其特征在于，存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，至少一条指令或至少一段程序由处理器加载并执行以实现上述的基于单目相机的目标测距方法。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以位于计算机网络的多个网络服务器中的至少一个网络服务器。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
根据本发明，可实时识别出目标车辆，获得车辆的纵向距离与横向距离，进而完成对目标车辆实时定位。因此，本发明尤其适用于停车场场景，车端与停车场端智能信息的互通互联可实现车场协同，助力自动泊车的实现。应用场端感知系统可使待泊车辆实现超视距的行车环境感知，并可进一步提高了自动泊车过程中的行车安全。
本领域技术人员应该能够意识到，结合本文中所公开地实施例描述地各示例的模块、单元以及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者两者的结合来事先，为了清楚地说明电子硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以电子硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。本领域技术人员可以对每个特定的应用来实用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行相互替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种基于单目相机的目标测距方法，该单目相机安装于路端或停车场端，其特征在于，包括如下步骤：
图像采集步骤，用于采集包含目标对象的图像；
参数获取步骤，用于获取所述单目相机的参数，所述参数包括所述单目相机的安装高度、所述单目相机的姿态角及所述单目相机的内参；以及
测距步骤，识别采集到的所述图像中的目标对象，并基于所述单目相机的安装高度、包含目标对象的所述图像、所述单目相机的姿态角及所述单目相机的内参对所述目标对象进行测距。
2.如权利要求1所述的基于单目相机的目标测距方法，其特征在于，
所述单目相机的安装高度是预先测量得到的。
3.如权利要求1或2所述的基于单目相机的目标测距方法，其特征在于，
所述单目相机的姿态角是在所述单目相机的标定过程中基于所述单目相机的外参计算得到的。
4.如权利要求3所述的基于单目相机的目标测距方法，其特征在于，
周期性地进行所述单目相机的标定。
5.如权利要求1或2所述的基于单目相机的目标测距方法，其特征在于，
所述测距步骤进一步包括如下步骤：
识别步骤，通过目标检测技术对所述图像中的目标对象进行识别，获取所述图像中的目标对象对应的检测框以及所述检测框的至少一个角点坐标；
基准点选择步骤，基于所述检测框的至少一个角点坐标选取基准点作为测距基准；以及
计算步骤，基于所述基准点在所述图像中的像素宽度、像素高度、所述单目相机的焦距、所述单目相机的安装高度、所述单目相机的俯仰角、所述单目相机的偏航角计算所述目标对象距离所述单目相机的横向距离以及纵向距离。
6.如权利要求5所述的基于单目相机的目标测距方法，其特征在于，
设所述目标对象距离所述单目相机的纵向距离为z，设所述目标对象距离所述单目相机的横向距离为x，
通过下式(1)计算述目标对象距离所述单目相机的纵向距离，
Figure FDA0003437000790000021
通过下式(2)计算述目标对象距离所述单目相机的横向距离,
Figure FDA0003437000790000022
其中，δ为所述单目相机的偏航角，H为所述单目相机的安装高度，α为所述单目相机的俯仰角，h为所述图像中的所述基准点的像素高度，f为所述单目相机的焦距，w为所述图像中的所述基准点的像素宽度。
7.如权利要求5所述的基于单目相机的目标测距方法，其特征在于，
所述识别步骤中，获取所述检测框的左上角的角点坐标(X1，Y1)及所述检测框的右下角的角点坐标(X2，Y2)，
所述基准点选择步骤中，选取所述检测框的底边中心坐标作为所述基准点，所述基准点坐标为(Xc，Yc)，其中，Xc＝(X1+X2)/2，Yc＝Y2。
8.一种基于单目相机的目标测距装置，该单目相机安装于路端或停车场端，其特征在于，包括：
图像采集模块，用于采集包含目标对象的图像；
参数获取模块，用于获取所述单目相机的参数，所述参数包括所述单目相机的安装高度、所述单目相机的姿态角及所述单目相机的内参；以及
测距模块，识别采集到的所述图像中的目标对象，并基于所述单目相机的安装高度、所述图像、所述单目相机的姿态角及所述单目相机的内参对所述目标对象进行测距。
9.如权利要求8所述的基于单目相机的目标测距装置，其特征在于，
所述测距模块进一步包括：
识别模块，通过目标检测技术对所述图像中的目标对象进行识别，获取所述图像中的目标对象对应的检测框以及所述检测框的至少一个角点坐标；
基准点选择模块，基于所述检测框的至少一个角点坐标选取基准点作为测距基准；以及
计算模块，基于所述基准点在所述图像中的像素宽度、像素高度、所述单目相机的焦距、所述单目相机的安装高度、所述单目相机的俯仰角、所述单目相机的偏航角计算所述目标对象距离所述单目相机的横向距离以及纵向距离。
10.一种计算机存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令或至少一段程序，所述至少一条指令或所述至少一段程序由处理器加载并执行如权利要求1至7任一项所述的基于单目相机的目标测距方法。
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