CN117091574A - 机动车目标测距方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种机动车目标测距方法、装置及计算机可读存储介质，所述方法包括：获取原始图像帧，对原始图像帧进行图像校正，从校正图像帧中确定出待测目标点及其实际像素坐标和实际图像坐标；计算获得待测目标点的成像光线在预定平面上的成像投影线与车载摄像头的光轴的实际成像夹角，获得待测目标点在机动车的行驶路面坐标系内的理论世界坐标；获得待测目标点对应的理论世界坐标中的理论横向坐标的实际误差；采用待测目标点对应的实际像素坐标、理论世界坐标中的理论横向坐标和实际误差计算获得待测目标点在行驶路面坐标系内的真实横向坐标；计算获得待测目标点与机动车的目标距离。本实施例能有效提高目标相对机动车距离的计算精度。

Description

机动车目标测距方法、装置及计算机可读存储介质
技术领域
本发明实施例涉及机动车辅助驾驶技术领域，尤其涉及一种机动车目标测距方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
为实现对待测目标(例如：路面障碍物、泊车位标志物等)的距离探测，现有一种测距方法是采用单目相机基于图像视觉信息进行测距，然而由于单目鱼眼摄像头在成像过程中图像畸变较大，易损失图像中原有的距离信息，最终导致最终测量精度较差；而且上述测距方法的通常仅是基于图像信息计算获得的理论水平距离，然而，根据视觉几何原理，近处成像距离大于远处成像距离，且远处成像距离相对于近处成像距离误差更大，可见，现有的测距方法在待测目标相对机动车较远时，若仅使用测距精度明显相对较低。
发明内容
本发明实施例要解决的技术问题在于，提供一种机动车目标测距方法，能有效提高目标相对机动车距离的探测精度。
本发明实施例进一步要解决的技术问题在于，提供一种机机动车目标测距装置，能有效提高目标相对机动车距离的探测精度。
本发明实施例进一步要解决的技术问题在于，提供一种计算机可读存储介质，以存储能有效提高目标相对机动车距离的探测精度的计算机程序。
为了解决上述技术问题，本发明实施例首先提供以下技术方案：一种机动车目标测距方法，包括以下步骤：
实时获取车载摄像头采集并传来的机动车周围环境的原始图像帧，对所述原始图像帧进行图像校正以获得校正图像帧，从所述校正图像帧中确定出待测目标点及其实际像素坐标和实际图像坐标，所述车载摄像头的光轴与机动车的行驶路面以预定夹角斜交；
获取所述车载摄像头的焦距、所述车载摄像头在机动车上的安装高度以及所述车载摄像头的安装俯仰角，依据所述实际图像坐标中的实际图像纵坐标与所述车载摄像头的焦距计算获得所述待测目标点的成像光线在预定平面上的成像投影线与所述车载摄像头的光轴的实际成像夹角，依据所述安装高度、安装俯仰角、实际成像夹角以及所述实际图像坐标计算获得所述待测目标点在机动车的行驶路面坐标系内的理论世界坐标，所述预定平面是与机动车的行驶路面垂直且所述光轴所在的平面；
依据所述待测目标点的实际像素坐标和预存的误差补偿函数计算获得所述待测目标点对应的理论世界坐标中的理论横向坐标的实际误差，所述误差补偿函数由若干组预先实际测量获得的拟合点对应的所述实际像素坐标与所述实际误差基于所述车载摄像头的图像传感器的实际参数拟合获得；
采用所述待测目标点对应的实际像素坐标、所述理论世界坐标中的理论横向坐标和所述实际误差依据预存的真实横向坐标的计算公式计算获得所述待测目标点在行驶路面坐标系内的真实横向坐标，所述计算公式是以所述实际像素坐标、所述理论横向坐标、所述实际误差三者作为自变量且以所述真实横向坐标作为因变量基于高斯函数原理构建获得；
依据所述待测目标点在行驶路面坐标系内的理论纵向坐标和真实横向坐标计算获得待测目标点与机动车的目标距离。
进一步的，所述图像传感器的图像分辨率为1280*800，所述误差补偿函数为：
，
其中，Δd表示所述实际误差，v表示所述实际像素坐标中的实际像素纵坐标。
进一步的，所述计算公式为：
其中，X′w表示所述真实横向坐标，Xw表示所述理论横向距离，e表示自然常数。
进一步的，所述方法还包括：
依据所述误差补偿函数在所述实际像素坐标中的实际像素纵坐标的不同取值范围而生成对应的误差补偿表，依据所述待测目标点对应的实际像素坐标而从对应误差补偿表中计算确定所述实际误差。
另一方面，为了解决上述技术问题，本发明实施例再提供以下技术方案：一种机动车目标测距装置，与车载摄像头相连，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的机动车目标测距方法。
进一步的，所述车载摄像头为单目鱼眼摄像头。
再一方面，为了解决上述进一步的技术问题，本发明实施例再提供以下技术方案：一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述任意一项所述的机动车目标测距方法。
采用上述技术方案后，本发明实施例至少具有如下有益效果：本发明实施例通过从车载摄像头获得原始图像帧后，先对原始图像帧进行图像校正以获得校正图像帧，防止图像畸变对探测精度的影响；同时确定待测目标点的实际像素坐标；进一步依据车载摄像头的相关参数结合基本的图像成像原理即可计算获得待测目标点在机动车的行驶路面坐标系内的理论世界坐标；然后，再预存的误差补偿函数计算出待测目标点对应的理论世界坐标中的理论横向坐标的实际误差，由于误差补偿函数由若干组预先实际测量获得的所述实际像素坐标与所述实际误差依据所述车载摄像头的图像传感器的实际参数拟合获得，使得获得的实际误差能有效的对理论世界坐标中的理论横向坐标进行补偿，再利用算得的实际误差结合预设的计算公式对理论世界坐标中的理论横向坐标进行补偿，最后依据待测目标点在行驶路面坐标系内的理论纵向坐标和真实横向坐标计算获得待测目标点与机动车的目标距离，计算过程相对简单，能有效提升待测目标点相对机动车距离的计算精确度。
附图说明
图1为本发明机动车目标测距方法一个可选实施例的步骤流程图。
图2为本发明机动车目标测距方法一个可选实施例的原理示意图。
图3为本发明机动车目标测距方法一个可选实施例图2在XOZ平面内的透视图。
图4为本发明机动车目标测距方法一个可选实施例图2在XOY平面内的透视图。
图5为本发明机动车目标测距方法再一个可选实施例的原理示意图。
图6为本发明机动车目标测距装置一个可选实施例原理框图。
图7为本发明机动车目标测距装置一个可选实施例功能模块图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。应当理解，以下的示意性实施例及说明仅用来解释本发明，并不作为对本发明的限定，而且，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
如图1所示，本发明一个可选实施例提供一种机动车目标测距方法，包括以下步骤：S1：实时获取车载摄像头1采集并传来的机动车周围环境的原始图像帧，对所述原始图像帧进行图像校正以获得校正图像帧，从所述校正图像帧中确定出待测目标点及其实际像素坐标和实际图像坐标，所述车载摄像头1的光轴与机动车的行驶路面以预定夹角斜交；
S2：获取所述车载摄像头的焦距、所述车载摄像头在机动车上的安装高度以及所述车载摄像头的安装俯仰角，依据所述实际图像坐标中的实际图像纵坐标与所述车载摄像头的焦距计算获得所述待测目标点的成像光线在预定平面上的成像投影线与所述车载摄像头的光轴的实际成像夹角，依据所述安装高度、安装俯仰角、实际成像夹角以及所述实际图像坐标计算获得所述待测目标点在机动车的行驶路面坐标系内的理论世界坐标，所述预定平面是与机动车的行驶路面垂直且所述光轴所在的平面，如图2-图3所示；
S3：依据所述待测目标点的实际像素坐标和预存的误差补偿函数计算获得所述待测目标点对应的理论世界坐标中的理论横向坐标的实际误差，所述误差补偿函数由若干组预先实际测量获得的拟合点对应的所述实际像素坐标与所述实际误差基于所述车载摄像头的图像传感器的实际参数拟合获得；
S4：采用所述待测目标点对应的实际像素坐标、所述理论世界坐标中的理论横向坐标和所述实际误差依据预存的真实横向坐标的计算公式计算获得所述待测目标点在行驶路面坐标系内的真实横向坐标，所述计算公式是以所述实际像素坐标、所述理论横向坐标、所述实际误差三者作为自变量且以所述真实横向坐标作为因变量基于高斯函数原理构建获得；以及
S5：依据所述待测目标点在行驶路面坐标系内的理论纵向坐标和真实横向坐标计算获得待测目标点与机动车的目标距离。
本发明实施例通过从车载摄像头1获得原始图像帧后，先对原始图像帧进行图像校正以获得校正图像帧，防止图像畸变对探测精度的影响；同时确定待测目标点的实际像素坐标；进一步依据车载摄像头1的相关参数结合基本的图像成像原理即可计算获得待测目标点在机动车的行驶路面坐标系内的理论世界坐标；然后，再预存的误差补偿函数计算出待测目标点对应的理论世界坐标中的理论横向坐标的实际误差，由于误差补偿函数由若干组预先实际测量获得的所述实际像素坐标与所述实际误差依据所述车载摄像头1的图像传感器的实际参数拟合获得，使得获得的实际误差能有效的对理论世界坐标中的理论横向坐标进行补偿，再利用算得的实际误差结合预设的计算公式对理论世界坐标中的理论横向坐标进行补偿，最后依据待测目标点在行驶路面坐标系内的理论纵向坐标和真实横向坐标计算获得待测目标点与机动车的目标距离，计算过程相对简单，能有效提升待测目标点相对机动车距离的计算精确度。
在具体实施时，参照图2所示，以车载摄像头1在行驶路面上的投影点O为坐标原点建立三维空间坐标系，同时以车载摄像头1的成像平面中心点O′为坐标原点建立成像平面坐标系，设定此时待测目标点A的实际成像点A′的实际像素坐标为(u，v)，对应的实际图像坐标为(m，n)，待测目标点A的成像光线AA′在所述预定平面(即XOZ平面)上的成像投影线DD′，待测目标点A在行驶路面坐标系内的理论世界坐标表示为(Xw，Yw)，车载摄像头的安装俯仰角为β，则所述实际成像夹角α均可以表示为：
其中，f为车载摄像头1的焦距；
参照图2-图4所示的实施例，此时，所述理论世界坐标中的理论横向坐标Xw可以表示为：
或者，参照图5所示的实施例，此时，所述理论世界坐标中的理论横向坐标Xw可以表示为：
其次，参照图2和图4所示，利用三角形ABD与三角形A′BD′相似，即可有以下公式：
其中，BD′＝f*cos(α) (公式5)
参照图2-图4，BD＝h/cos(90°-β+α) (公式6)
参照图5，BD＝h/cos(90°-β-α) (公式7)
综合公式1-公式7，最终即可获得待测目标点A在行驶路面坐标系内的理论纵向坐标Yw和真实横向坐标X′w，则待测目标点A与机动车的目标距离可以表示为：
在本发明一个可选实施例中，所述图像传感器的图像分辨率为1280*800，所述误差补偿函数为：
，
其中，Δd表示所述实际误差，v表示所述实际像素坐标中的实际像素纵坐标。
具体实施时，如图2-图5所示，可以理解的是，实际图像坐标中的实际图像横坐标是指实际图像坐标在机动车车身宽度方向上的坐标，实际图像坐标中的实际图像横坐标是指实际图像坐标在机动车车身高度方向上的坐标；同样的，理论横向坐标和真实横向坐标是指实理论世界坐标在机动车行进方向上的坐标，理论纵向坐标是指在机动车车身宽度方向上的坐标。
基于根据视觉几何原理，相同的距离，近处成像距离大于远处成像距离，同样远处的距离误差也会变大；本实施例中，由于不同车载摄像头1的图像传感器的图像分辨率不同，以1280*800分辨率为例，其图像中心为(640，400)，采用此种车载摄像头1进行测试获得多组不用的实际像素坐标与所述实际误差Δd后，以实际像素坐标的实际像素纵坐标v为自变量，以实际误差Δd作为因变量，基于正态分布原理进行多次曲线分段拟合出上述误差补偿函数。
在具体实施时，可以理解的是，经过具体实验测得，当v大于500时，车载摄像头1所拍摄到的图像几乎全部是车辆本身，不会拍摄到车身外部的目标，故不具备参考价值；而当v小于或等于337且大于330时，车载摄像头1所拍摄到的图像中的目标相对机动车的距离过远，几乎无法实现距离探测；而当v小于或等于330时，为路面消失点，离散精度消失无法测距。
在本发明一个可选实施例中，所述计算公式为：
其中，X′w表示所述真实横向坐标，Xw表示所述理论横向距离，e表示自然常数。
本实施例中，采用高斯函数原理构建获得的上述计算公式，能有效利用实际像素坐标、所述理论横向距离Xw和所述实际误差Δd计算出真实横向坐标X′w，计算原理简单，计算效率高。
在本发明一个可选实施例中，所述方法还包括：
依据所述误差补偿函数在所述实际像素坐标中的实际像素纵坐标的不同取值范围而生成对应的误差补偿表，依据所述待测目标点A对应的实际像素坐标而从对应误差补偿表中计算确定所述实际误差。本实施例中，通过采用查表的方式在对应误差补偿表中计算确定所述实际误差，能有效提高实际误差的计算效率，从而提升测距效率；具体经过实验测得，本发明实施例提供的测距方法仅需至多48毫米即可确定出待测目标A相对机动车的真实水平距离。
另一方面，如图6所示，本发明实施例再提供一种机动车目标测距装置3，与机动车的超声波传感器1相连，所述机动车目标测距装置3包括处理器30、存储器32以及存储在所述存储器32中且被配置为由所述处理器30执行的计算机程序，所述处理器30执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的机动车目标测距方法。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器32中，并由所述处理器30执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述机动车目标测距装置3中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成图7所述的机动车目标测距装置3中的功能模块，其中，图像处理及坐标确定模块41、理论坐标计算模块42、误差计算模块43、真实横向坐标计算模块44、目标距离计算模块45分别对应执行以上的步骤S1-步骤S5。
所述机动车目标测距装置3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述机动车目标测距装置3可包括，但不仅限于，处理器30、存储器32。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是机动车目标测距装置3的示例，并不构成对机动车目标测距装置3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述机动车目标测距装置3还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器30可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器30是所述机动车目标测距装置3的控制中心，利用各种接口和线路连接整个机动车目标测距装置3的各个部分。
所述存储器32可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器30通过运行或执行存储在所述存储器32内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器32内的数据，实现所述机动车目标测距装置3的各种功能。所述存储器32可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如图形识别功能、图形层叠功能等)等；存储数据区可存储根据机动车目标测距装置3的使用所创建的数据(比如图形数据等)等。此外，存储器32可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
本发明实施例所述的功能如果以软件功能模块或单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算设备可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器30执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
在本发明一个可选实施例中，所述车载摄像头1为单目鱼眼摄像头。
再一方面，本发明实施例再提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上述任意一项所述的机动车目标测距方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机动车目标测距方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
实时获取车载摄像头采集并传来的机动车周围环境的原始图像帧，对所述原始图像帧进行图像校正以获得校正图像帧，从所述校正图像帧中确定出待测目标点及其实际像素坐标和实际图像坐标，所述车载摄像头的光轴与机动车的行驶路面以预定夹角斜交；
获取所述车载摄像头的焦距、所述车载摄像头在机动车上的安装高度以及所述车载摄像头的安装俯仰角，依据所述实际图像坐标中的实际图像纵坐标与所述车载摄像头的焦距计算获得所述待测目标点的成像光线在预定平面上的成像投影线与所述车载摄像头的光轴的实际成像夹角，依据所述安装高度、安装俯仰角、实际成像夹角以及所述实际图像坐标计算获得所述待测目标点在机动车的行驶路面坐标系内的理论世界坐标，所述预定平面是与机动车的行驶路面垂直且所述光轴所在的平面；
依据所述待测目标点的实际像素坐标和预存的误差补偿函数计算获得所述待测目标点对应的理论世界坐标中的理论横向坐标的实际误差，所述误差补偿函数由若干组预先实际测量获得的拟合点对应的所述实际像素坐标与所述实际误差基于所述车载摄像头的图像传感器的实际参数拟合获得；
采用所述待测目标点对应的实际像素坐标、所述理论世界坐标中的理论横向坐标和所述实际误差依据预存的真实横向坐标的计算公式计算获得所述待测目标点在行驶路面坐标系内的真实横向坐标，所述计算公式是以所述实际像素坐标、所述理论横向坐标、所述实际误差三者作为自变量且以所述真实横向坐标作为因变量基于高斯函数原理构建获得；以及
依据所述待测目标点在行驶路面坐标系内的理论纵向坐标和真实横向坐标计算获得待测目标点与机动车的目标距离。
2.如权利要求1所述的机动车目标测距方法，其特征在于，所述图像传感器的图像分辨率为1280*800，所述误差补偿函数为：
，
其中，Δd表示所述实际误差，v表示所述实际像素坐标中的实际像素纵坐标。
3.如权利要求2所述的机动车目标测距方法，其特征在于，所述计算公式为：
其中，X′w表示所述真实横向坐标，Xw表示所述理论横向距离，e表示自然常数。
4.如权利要求2所述的机动车目标测距方法，其特征在于，所述方法还包括：依据所述误差补偿函数在所述实际像素坐标中的实际像素纵坐标的不同取值范围而生成对应的误差补偿表，依据所述待测目标点对应的实际像素坐标而从对应误差补偿表中计算确定所述实际误差。
5.一种机动车目标测距装置，与车载摄像头相连，其特征在于，所述机动车目标测距装置包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4中任意一项所述的机动车目标测距方法。
6.如权利要求5所述的机动车目标测距装置，其特征在于，所述车载摄像头为单目鱼眼摄像头。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至4中任意一项所述的机动车目标测距方法。
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