CN117782030A - 距离测量方法及装置、存储介质及电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及测距技术领域，提供一种距离测量方法及装置、存储介质及电子设备。其中，距离测量方法包括：获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片；确定多张图片中的第一图片及其中的第一和第二待测点的像素坐标，确定多张图片中的第二图片及其中的第三和第四待测点的像素坐标；获取相机参数，并将四个待测点的像素坐标转换为对应的模型坐标；根据第一和第三待测点的模型坐标确定第一真实点的模型坐标，根据第二和第四待测点的模型坐标确定第二真实点的模型坐标；根据第一和第二真实点的模型坐标以及变换尺度，计算第一和第二真实点在真实世界中的距离。该方法测距效率较高、成本较低、精度较高、适用性较好、自动化程度较高。

Description

距离测量方法及装置、存储介质及电子设备

技术领域

本申请涉及测距技术领域，具体而言，涉及一种距离测量方法及装置、存储介质及电子设备。

背景技术

测量地面上两点之间的距离，是工程领域中的一项基础任务。在传统方法中，通常是通过人工的方式在待测位置处放置专门的设备进行测量，其测量效率较低，成本也比较高。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种距离测量方法及装置、存储介质及电子设备，以改善上述至少部分技术问题。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供一种距离测量方法，包括：获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片；确定所述多张图片中的第一图片，并确定所述第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中的第二图片，并确定所述第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标；其中，所述第一待测点和所述第三待测点均对应所述场景中的第一真实点，所述第三待测点和所述第四待测点均对应所述场景中的第二真实点；获取所述相机的相机内参和相机外参，并根据所述相机内参和所述相机外参，将所述第一待测点、所述第二待测点、所述第三待测点和所述第四待测点的像素坐标转换为对应的模型坐标；其中，所述模型坐标为模型坐标系下的坐标，所述模型坐标系是指相机模型所在的世界坐标系；根据所述第一待测点和所述第三待测点的模型坐标确定所述第一真实点的模型坐标，以及，根据所述第二待测点和所述第四待测点的模型坐标确定所述第二真实点的模型坐标；获取所述模型坐标系和真实世界之间的变换尺度，并根据所述第一真实点的模型坐标、所述第二真实点的模型坐标以及所述变换尺度，计算所述第一真实点和所述第二真实点在所述地心坐标系下的距离。

上述方法利用同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的图片进行测距，无需人工进行现场测量，其测量效率较高、测量成本较低、测量精度较高；并且，测距所用的多视角图片获取简单，仅通过普通相机即可获取，无需专门的图像采集设备(例如，深度相机、双目相机)，得到该方法易于实施且实施成本较低；并且，该方法在测距过程中无需接触被测物体，不仅不会对被测物体造成损伤，而且还可以在一些人工难以到达的场景(例如非常规的、危险的环境)中进行测距，其适用性较好；并且，该方法仅需在图片上确定待测点即可自动完成距离计算，自动化程度较高。

在第一方面的一种实现方式中，所述根据所述第一待测点和所述第三待测点的模型坐标确定所述第一真实点的模型坐标，包括：确定以所述第一待测点的模型坐标为起点，以所述第一图片对应的相机外参中的平移分量为延伸方向的第一射线，以及，确定以所述第三待测点的模型坐标为起点，以所述第二图片对应的相机外参中的平移分量为延伸方向的第三射线；计算所述第一射线和所述第三射线的公垂线针对于所述第一射线的第一垂足的模型坐标，以及，计算所述第一射线和所述第三射线的公垂线针对于所述第三射线的第三垂足的模型坐标；将所述第一垂足的模型坐标和所述第三垂足的模型坐标的均值确定为所述第一真实点的模型坐标。

在上述实现方式中，计算第一射线和第三射线的公垂线的两个垂足的中点的模型坐标作为第一真实点的模型坐标，并可以用类似的方式计算出第二真实点的模型坐标，进而计算出第一真实点和第二真实点在地心坐标系下的距离。该计算过程十分简单，无需进行三维重建，有利于提高测距效率。

在第一方面的一种实现方式中，所述获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片，包括：获取所述相机在多个视角下针对所述场景拍摄的视频，并通过采样从所述视频中抽取出所述多张图片。

在上述实现方式中，允许从视频中抽帧以获得测距所用的多视角图片，丰富了图片的来源，使得测距方法具有更好的实用性。

在第一方面的一种实现方式中，在所述获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片之后，所述方法还包括：根据所述多张图片计算所述多张图片共用的相机内参以及每张图片对应的相机外参。

在上述实现方式中，根据多视角图片本身就可以进行相机参数的计算(这些参数会用于测距)，获取相机参数的方式简单且成本较低。

在第一方面的一种实现方式中，在所述获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片之后，所述方法还包括：从所述多张图片中确定用于尺度标定的至少一张第三图片；获取所述第三图片对应的卫星定位信息，并根据所述第三图片对应的卫星定位信息确定拍摄所述第三图片时所述相机的地心坐标；获取所述第三图片对应的相机外参，并根据所述第三图片对应的相机外参确定拍摄所述第三图片时所述相机的模型坐标；根据所述相机的地心坐标和所述相机的模型坐标计算所述变换尺度。

在上述实现方式中，通过自动标定获取模型坐标系和真实世界之间的变换尺度，简单较高。

在第一方面的一种实现方式中，在所述获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片之后，所述方法还包括：响应于用户在交互式界面上做出的图片选择操作以及待测点选择操作，确定所述多张图片中用于尺度标定的第四图片，并确定所述第四图片中的第五待测点和第六待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中用于尺度标定的第五图片，并确定所述第五图片中的第七待测点和第八待测点的像素坐标；其中，所述第四图片和所述第五图片中均包含真实长度已知的参考物体，所述第五待测点和所述第七待测点均对应所述场景中的第三真实点，所述第六待测点和所述第八待测点均对应所述场景中的第四真实点，所述第三真实点和所述第四真实点为所述参考物体的两个端点；获取所述相机的相机内参和相机外参，并根据所述相机内参和所述相机外参，将所述第五待测点、所述第六待测点、所述第七待测点和所述第八待测点的像素坐标转换为对应的模型坐标；根据所述第五待测点和所述第七待测点的模型坐标确定所述第三真实点的模型坐标，以及，根据所述第六待测点和所述第八待测点的模型坐标确定所述第四真实点的模型坐标；根据所述第三真实点的模型坐标和所述第四真实点的模型坐标计算所述第三真实点和所述第四真实点在所述模型坐标系下的距离；根据所述第三真实点和所述第四真实点在所述模型坐标系下的距离以及所述真实长度计算所述变换尺度。

在上述实现方式中，通过手动标定获取模型坐标系和真实世界之间的变换尺度，适合于无法获取到卫星定位信息的情况。

在第一方面的一种实现方式中，所述确定所述多张图片中的第一图片，并确定所述第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中的第二图片，并确定所述第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标，包括：响应于用户在交互式界面上做出的图片选择操作以及待测点选择操作，确定所述多张图片中的所述第一图片，并确定所述第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中的所述第二图片，并确定所述第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标。

在上述实现方式中，用户可以通过交互式界面选择待测点，操作简单直观。

第二方面，本申请实施例提供一种距离测量装置，包括：图片获取模块，用于获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片；待测点确定模块，用于确定所述多张图片中的第一图片，并确定所述第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中的第二图片，并确定所述第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标；其中，所述第一待测点和所述第三待测点均对应所述场景中的第一真实点，所述第三待测点和所述第四待测点均对应所述场景中的第二真实点；坐标转换模块，用于获取所述相机的相机内参和相机外参，并根据所述相机内参和所述相机外参，将所述第一待测点、所述第二待测点、所述第三待测点和所述第四待测点的像素坐标转换为对应的模型坐标；其中，所述模型坐标为模型坐标系下的坐标，所述模型坐标系是指相机模型所在的世界坐标系；坐标确定模块，用于根据所述第一待测点和所述第三待测点的模型坐标确定所述第一真实点的模型坐标，以及，根据所述第二待测点和所述第四待测点的模型坐标确定所述第二真实点的模型坐标；距离计算模块，用于获取所述模型坐标系和真实世界之间的变换尺度，并根据所述第一真实点的模型坐标、所述第二真实点的模型坐标以及所述变换尺度，计算所述第一真实点和所述第二真实点在所述真实世界中的距离。

第三方面，本申请实施例提供一种计算机程序产品，包括计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器读取并运行时，执行第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法。

第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器读取并运行时，执行第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法。

第五方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：存储器以及处理器，所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器读取并运行时，执行第一方面或第一方面的任意一种可能的实现方式提供的方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的距离测量方法的可能的流程；

图2示出了待测点选择的示意图；

图3示出了本申请实施例提供的距离测量装置可能包含的功能模块；

图4示出了本申请实施例提供的电子设备的可能的结构。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

术语“第一”、“第二”等仅用于将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

图1示出了本申请实施例提供的距离测量方法的可能的流程。图1中的方法可以由一电子设备执行，图4示出了该电子设备可能具有的结构，可参考后文关于图4的阐述。图2示出了待测点选择的示意图，在阐述图1时将会结合图2的内容进行阐述。参照图1，距离测量方法包括：

步骤S110：获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片。

多张图片中的每张图片对应一个视角，多张图片的数量至少为两张。一个场景可以理解为真实世界中的一块区域，该场景可以是室外场景，也可以是室内场景。由于多张图片都是针对同一场景拍摄的，因此图片的内容大致相同，例如在图2中，两张图片的内容都包含一个矩形的物体和一个三角形的物体。但由于拍摄视角的不同，因此各图片的内容又有些微的差异，例如在图2中，两张图片中物体的倾斜角度不相同。

为获得测距所需的多张图片，相机可以移动至多个视角下对同一场景进行拍摄。例如，相机可以位于无人机上，无人机可以飞行至不同的地点对同一地面区域进行拍摄；又例如，相机可以位于手机上，用户手持手机移动至不同地点对同一物体进行拍摄，等等。

以获取10张图片的情况为例，相机可以移动至10个视角分别拍摄一张图片，从而获得目标场景的10张图片；或者，相机可以连续移动进行视频拍摄，从而获得目标场景的视频，然后通过采样的方式从视频中抽取10帧图片用于测距(由于相机是连续移动的，所以这10张图片的视角也是不同的)。采样的方式不限，例如可以是随机采样，可以是按照固定帧间隔采样，等等。多样化的图片获取方式丰富了图片的来源，使得测距方法具有更好的实用性。

步骤S120：确定多张图片中的第一图片，并确定第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定多张图片中的第二图片，并确定第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标。

可以通过不同的方式从步骤S110获得的多张图片中选择第一图片、第一待测点和第二待测点。

例如，可以在电子设备的显示屏上提供一个交互式界面(可以响应用户操作的界面)，将多张图片展示在此交互式界面上，展示的方式不限，比如可以依次展示(先展示其中一张，用户确认是否要选择以后再展示下一张)，可以同时展示等。用户可以在此交互式界面上做出图片选择操作以选中自己需要的图片，即第一图片，比如，图片选择操作可以是用户的鼠标点击、鼠标拖拽、键盘回车或手指长按等操作。

选择完第一图片后，用户可以继续在交互式界面上做出待测点选择操作，以选择第一图片上的需要进行测距的像素点，称为待测点，比如，待测点选择操作可以是用户的鼠标点击、手指点击、手指长按等操作。用户在第一图片上选择待测点的数量不限(至少两个)，后文仅以用户选择的第一待测点和第二待测点为例。

作为对待测点选择操作的响应，第一待测点和第二待测点的像素坐标可以被确定下来，并且交互式界面上还可以在第一待测点和第二待测点处显示特定的标记，以便用户确认第一待测点和第二待测点的位置。其中，像素坐标是指像素坐标系下的坐标，对于第一图片而言，像素坐标系是以图片空间中的某个点(例如，第一图片左上角)为原点的坐标系。

第一待测点对应场景(指步骤S110中的场景，后文不再特别说明)中的第一真实点，第二待测点对应场景中的第二真实点，图1方法所要测量的距离也就是第一真实点和第二真实点在真实世界中的距离。当然，如果用户选择了更多的待测点，可以测量的距离将不止一个。

参照图2，最上方为步骤S110获得的多张图片，其中第一张图片被用户选为第一图片，P₁为用户选择的第一待测点，对应矩形物体的左端点(第一真实点)，P₂为用户选择的第二待测点，对应矩形物体的右端点(第二真实点)。

类似的，用户可以做出图片选择操作和待测点选择操作，从步骤S110获得的多张图片中选择第二图片，并从第二图片中选择第三待测点和第四待测点，当然，用户也可以在第二图片上选择更多的待测点。而响应于用户的上述操作，第三待测点的像素坐标和第四待测点的像素坐标可以被确定下来。

第三待测点对应场景中的第一真实点，第四待测点对应场景中的第二真实点，也就是说第三待测点和第一待测点对应的是场景中的同一个真实点，第四待测点和第二待测点对应的是场景中的同一个真实点。当然，由于第一图片和第二图片是在不同视角下拍摄的，所以第三待测点的像素坐标和第一待测点的像素坐标很可能是不同的，第四待测点的像素坐标和第二待测点的像素坐标也很可能是不同的。

参照图2，最上方为步骤S110获得的多张图片，其中第三张图片被用户选为第二图片，P₃为用户选择的第三待测点，对应矩形物体的左端点(第一真实点)，P₄为用户选择的第四待测点，对应矩形物体的右端点(第二真实点)。

在上面的例子中，用户通过交互式界面来选择测距所需的图片及像素点，其操作简单直观，对用户友好。但在其他实现方式中，电子设备也可以自动从步骤S110获得的多张图片中选择测距所需的图片及像素点，例如，随机从多张图片中选择一张作为第一图片，并识别第一图片中的矩形物体，将矩形物体左边框的中点作为第一待测点，等等。

另外，若步骤S110获得的图片超过两张，则在步骤S120中也可以选择更多张图片，例如第三图片，但在第三图片中可以不选择待测点，第三图片的主要作用是验证第一图片和第二图片中的待测点选择是否正确。

例如，在图2中，第一图片中的第一待测点和第二图片中的第二待测点也可以认为是矩形物体的左端点分别在第一图片和第二图片上的投影，那么对于第三图片，矩形物体的左端点也应当有一个投影，这个投影点在第三图片上的位置(像素坐标)可以通过第一待测点和第二待测点的像素坐标进行估算，如果估算出的投影点的位置恰好也在第三图片中矩形物体的左端点处(可以通过在第三图片上显示该位置供用户确认)，说明第一待测点和第二待测点的选择是合理的，如果估算出的投影点的位置偏离了在第三图片中矩形物体的左端点，则说明第一待测点和第二待测点的选择存在问题。

步骤S130：获取相机的相机内参和相机外参，并根据相机内参和相机外参，将第一待测点、第二待测点、第三待测点和第四待测点的像素坐标转换为对应的模型坐标。

相机(指步骤S110中的相机，后文不再特别说明)的参数包括相机内参和相机外参。执行步骤S110之后，可以根据多张图片计算相机内参和相机外参。其中，由于相机内参是相机自身的参数，而步骤S110获得的所有图片都是同一相机拍摄的，从而每张图片对应的相机内参都是相同的(或者说相机内参是所有图片共用的)，而相机外参是相机的位姿决定的，每张图片的拍摄视角不同，从而对应的相机外参也就不同。一些现有的软件工具可用于根据多视角的图片计算相机内参和相机外参，例如colmap。

根据多视角的图片进行相机参数的计算，此种方式实现简单且成本较低。不过，相机的参数也不一定要通过多视角的图片来计算，例如相机内参通常是在相机出厂时就已经确定好的，可以直接获取(当然，不排除相机出厂时标定的相机内参和实际拍摄时的相机内参会存在一定差异，不过在对测距精度要求不高时，也可以忽略这种差异)。相机外参也可以通过与相机具有固定位置关系的传感器(例如，惯性测量单元IMU)获取，等等。

以通过多视角的图片来计算相机的参数为例，由于相机外参通常是跟随图片变化的，因此每次执行步骤S110以后，都需要根据获取的图片计算相机外参，在步骤S130中可以读取并使用计算出的相机外参。而相机内参通常是固定不变的，若执行步骤S110之前的某个时刻已经计算过相机内参，也可以将其缓存起来，在步骤S130中直接从缓存中读取使用，而没有必要再根据步骤S110中获取的图片计算相机内参(当然再次计算也是可以的)。例如，在A时刻根据一组多视角的图片进行过测距，测距过程中计算过相机内参，在A时刻之后的B时刻根据另一组多视角的图片进行测距，就可以不用再计算相机内参了，沿用之前计算出相机内参即可。

根据相机内参，可以将步骤S120中确定的四个待测点在像素坐标系下的像素坐标转换为相机坐标系下的相机坐标；而根据相机外参，可以将四个待测点在相机坐标系下的相机坐标转换为模型坐标系下的模型坐标。其中，相机坐标系可以是一个以相机的光心为原点的坐标系，而模型坐标系是一个世界坐标系，即真实世界中的所有物体(包括相机)共用的一个坐标系，这些物体以三维模型的方式存在于该坐标系中，但模型坐标系的尺度和真实世界可能存在差异。

例如，结合图2，假设第一待测点P1的像素坐标为(x₁,y₁,1)，由于像素坐标没有z轴，所以最后的1是填充的。第一图片和第二图片共用的相机内参为Intrinscis(可以是一个矩阵)，第一图片对应的相机外参为T₁(可以是一个矩阵)，则可以通过如下公式将P₁的像素坐标转换为对应的模型坐标(X_1w,Y_1w,Z_1w)：

(X_1w,Y_1w,Z_1w)＝(x₁,y₁,1)*Intrinscis*T₁

其中，*表示矩阵乘法，类似的，P₂、P₃、P₄都可以进行模型坐标的换算，不过需要注意P₃和P₄在计算模型坐标时要使用第二图片对应的相机外参T₂。

步骤S140：根据第一待测点和第三待测点的模型坐标确定第一真实点的模型坐标，以及，根据第二待测点和第四待测点的模型坐标确定第二真实点的模型坐标。

第一待测点的像素坐标可以视为第一真实点在第一图片上的投影位置，计算第一待测点的模型坐标的过程则可以视为此投影过程的逆过程，从而第一待测点的模型坐标可以视为第一真实点的模型坐标的一个估计值，类似的，第三待测点的模型坐标也可以视为第一真实点的模型坐标的一个估计值。理想情况下，这两个估计值应当是相同的，因为真实世界中的第一真实点是唯一的，从而模型坐标系下第一真实点的位置也是唯一的，然而实际中第一待测点的模型坐标和第三待测点的模型坐标通常是不相同的，因此可以综合这两个模型坐标对第一真实点的模型坐标进行估计。一种可能的计算方法如下：

步骤(1)：确定以第一待测点的模型坐标为起点，以第一图片对应的相机外参中的平移分量为延伸方向的第一射线，以及，确定以第三待测点的模型坐标为起点，以第二图片对应的相机外参中的平移分量为延伸方向的第三射线。

例如，假设P₃的像素坐标为(x₃,y₃,1)，模型坐标为(X_3w,Y_3w,Z_3w)，则第一射线和第三射线可以分别表示为：

其中，ori₁是P₁的模型坐标，也就是第一射线line₁的起点，ori₃是P₃的模型坐标，也就是第三射线line₃的起点，向量是T₁中的平移分量(T₁中包括平移分量和旋转分量)单位化后的结果，也就是line₁的延伸方向，向量/>是T₂中的平移分量单位化后的结果，也就是line₃的延伸方向，s表示射线上的任意一点距离射线起点的距离，s≥0。line₁也可以认为是从ori₁出发，穿过相机光心的射线，line₃也可以认为是从ori₃出发，穿过相机光心的射线。

步骤(2)：计算第一射线和第三射线的公垂线针对于第一射线的第一垂足的模型坐标，以及，计算第一射线和第三射线的公垂线针对于第三射线的第三垂足的模型坐标。

例如，line₁和line₃的公垂线和line₁的交点就是该公垂线针对于line₁的垂足，称为第一垂足，第一垂足的模型坐标记为c₁；line₁和line₃的公垂线和line₃的交点就是该公垂线针对于line₃的垂足，称为第三垂足，第三垂足的模型坐标记为c₃。

可以通过求解以下方程计算c₁和c₃：

其中，line₁(c₁)表示将c₁带入到line₁的表达式中的结果(即s＝c₁)，line₃(c₃)表示将c₃带入到line₃的表达式中的结果(即s＝c₃)，*表示向量点积。

步骤(3)：将第一垂足的模型坐标和第三垂足的模型坐标的均值确定为第一真实点的模型坐标。

例如，计算c₁和c₃的坐标均值，作为第一真实点的模型坐标C₁，不难看出，第一真实点也就是第一垂足和第二垂足的中点。理想情况下，line₁和line₃是相交的，交点就是第一真实点的模型坐标，但实际中line₁和line₃通常是不相交的，因此可以通过垂足中点的模型坐标来近似估计第一真实点的模型坐标。

根据第二待测点和第四待测点的模型坐标确定第二真实点的模型坐标的过程，可以参照上面确定第一真实点的模型坐标的过程，不再重复阐述，将第二真实点的模型坐标记为C₂。

步骤S150：获取模型坐标系和真实世界之间的变换尺度，并根据第一真实点的模型坐标、第二真实点的模型坐标以及变换尺度，计算第一真实点和第二真实点在真实世界中的距离。

前文已经提到，模型坐标系的尺度和真实世界可能存在差异，而在计算出第一真实点的模型坐标和第二真实点的模型坐标后就可以计算出第一真实点和第二真实点在模型坐标系下的距离，再对此距离进行尺度变换，就可以得到第一真实点和第二真实点在真实世界中的距离。

步骤S150可以用公式表示为：

其中，算出的就是第一真实点和第二真实点在模型坐标系下的距离，Scale为模型坐标系和真实世界之间的变换尺度，d为第一真实点和第二真实点在真实世界中的距离。

上述变换尺度可以在执行步骤S110后，通过尺度标定获得，在步骤S150中读取标定结果并使用，当然也不排除在执行步骤S150时才进行尺度标定，尺度标定的可能方式见后文阐述。可选的，尺度标定不一定每次执行步骤S110以后都需要执行，若相机和场景不变，那么变换尺度也可以认为是不变的，从而对于特定的相机而言，针对一个场景可以只进行一次尺度标定，后续再针对该场景进行测距时，无需再次标定(当然再次标定也是可以的)，在步骤S150中直接读取之前标定时缓存的变换尺度使用即可。

简单总结图1中的距离测量方法，该方法利用同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的图片进行测距，无需人工进行现场测量，其测量效率较高、测量成本较低、测量精度较高；并且，测距所用的多视角图片获取简单，仅通过普通相机即可获取，无需专门的图像采集设备(例如，深度相机、双目相机)，得到该方法易于实施且实施成本较低；并且，该方法在测距过程中无需接触被测物体，不仅不会对被测物体造成损伤，而且还可以在一些人工难以到达的场景(例如非常规的、危险的环境)中进行测距，其适用性较好；并且，该方法仅需在图片上确定待测点即可自动完成距离计算，自动化程度较高。

进一步的，在该方法的某些实现方式中，可以通过计算第一射线和第三射线的公垂线的两个垂足的中点的模型坐标作为第一真实点的模型坐标，并可以用类似的方式计算出第二真实点的模型坐标，进而计算出第一真实点和第二真实点在真实世界中的距离。该计算过程十分简单，无需进行三维重建，有利于进一步提高测距效率。

下面，在以上实施例的基础上，继续介绍尺度标定可能的实现方式：

方式1：自动标定

自动标定无需人工介入，可以由程序自动实现尺度标定，标定过程简单高效。自动标定适用于能够获取到相机的卫星定位信息的情况，例如，相机所在的无人机、手机上安装有GPS模块的情况。自动标定可以包括以下步骤：

步骤A1：从步骤S110获得的多张图片中确定用于尺度标定的第三图片。

第三图片的数量可以是一张或多张，确定第三图片的方式不限，例如可以是从多张图片中随机选择、按照固定规则选择，等等。

步骤A2：获取第三图片对应的卫星定位信息，并根据第三图片对应的卫星定位信息确定拍摄第三图片时相机的地心坐标。

卫星定位信息可以从卫星定位模块(例如，GPS模块)获得。卫星定位信息可以包括经度、纬度以及海拔高度三项信息，也可以将这三项信息认为是一个坐标，即经纬高坐标系下的坐标。第三图片对应的卫星定位信息可以理解为拍摄第三图片时相机的卫星定位信息，对卫星定位信息进行转换，可以得到拍摄第三图片时相机的地心坐标，转换方法可以参考现有技术，此处不作阐述。其中，地心坐标是地心坐标系下的坐标，地心坐标系是以地心为原点的坐标系，该坐标系的尺度和真实世界的尺度相同，从而模型坐标系和地心坐标系之间的变换尺度也就是模型坐标系和真实世界之间的变换尺度。

以第三图片只有一张的情况为例，相机的地心坐标记为(X_w，Y_w，Z_w)。

步骤A3：获取第三图片对应的相机外参，并根据第三图片对应的相机外参确定拍摄第三图片时相机的模型坐标。

如果在执行步骤A3之前已经计算过第三图片对应的相机外参，在执行步骤A3时直接读取使用即可；如果在执行步骤A3之前还没有计算过第三图片对应的相机外参，则可以在执行步骤A3时计算第三图片对应的相机外参。计算相机外参的方法前文已经阐述，不再重复。

以第三图片只有一张的情况为例，第三图片对应的相机外参可以是一个矩阵，矩阵中的平移分量是一个三维向量，该三维向量中的三个数值也可以视为一个坐标，即拍摄第三图片时相机的模型坐标，记为(X_c，Y_c，Z_c)。

步骤A4：根据相机的地心坐标和相机的模型坐标计算变换尺度。

以第三图片只有一张的情况为例，可以计算以下三个比值，X_w/X_c，Y_w/Y_c，Z_w/Z_c，然后取这三个比值的均值作为模型坐标系和地心坐标系之间的变换尺度，也就是模型坐标系和真实世界之间的变换尺度。当然，也不排除选取这三个比值中的一个作为变换尺度的方案(例如，选择大小居中的比值)；或者将这三个比值的加权平均作为变换尺度的方案，等等。

若第三图片有多张，则可以针对每张第三图片都计算一个初始的变换尺度，然后对所有的变换尺度求均值，得到在步骤S150中使用的变换尺度。

方式2：手动标定

手动标定需要人工介入，效率不及自动标定，但适合于无法获取到卫星定位信息的情况(当然，可以获取到卫星定位信息的情况也可以采用手动标定，手动标定并不使用卫星定位信息)。手动标定可以包括以下步骤：

步骤B1：响应于用户在交互式界面上做出的图片选择操作以及待测点选择操作，从步骤S110获得的多张图片中确定用于尺度标定的第四图片，并确定第四图片中的第五待测点和第六待测点的像素坐标，以及，从步骤S110获得的多张图片中确定用于尺度标定的第五图片，并确定第五图片中的第七待测点和第八待测点的像素坐标。

其中，第四图片和第五图片中均包含真实长度已知的参考物体，第五待测点和第七待测点均对应场景中的第三真实点，第六待测点和第八待测点均对应场景中的第四真实点，第三真实点和第四真实点为参考物体的两个端点。

例如，参考物体可以是场景中一辆型号已知的汽车，其长度为5m，可以是场景中一把长度为1m的直尺，可以是场景中长度为50m的游泳池，等等。假设参考物体是汽车，可以在第四图片中分别选择车头和车尾的中心点作为第五待测点和第六待测点，在第五图片中分别选择车头和车尾的中心点作为第七待测点和第八待测点。

步骤B1的其余内容可以参考前文对于步骤S120的阐述，不再重复。

步骤B2：获取相机的相机内参和相机外参，并根据相机内参和相机外参，将第五待测点、第六待测点、第七待测点和第八待测点的像素坐标转换为对应的模型坐标。

步骤B3：根据第五待测点和第七待测点的模型坐标确定第三真实点的模型坐标，以及，根据第六待测点和第八待测点的模型坐标确定第四真实点的模型坐标。

步骤B4：根据第三真实点的模型坐标和第四真实点的模型坐标计算第三真实点和第四真实点在模型坐标系下的距离。

步骤B2～B4的内容可以参考前文对于步骤S130～S150的阐述，不再重复。

步骤B5：根据第三真实点和第四真实点在模型坐标系下的距离以及参考物体的真实长度计算变换尺度。

第三真实点和第四真实点在模型坐标系下的距离可以认为是参考物体在模型坐标系下的长度，从而用参考物体的真实长度(已知)除以参考物体在模型坐标系下的长度，就可以得到模型坐标系和真实世界之间的变换尺度。

例如，真实车头中心点(第三真实点)和真实车尾中心点(第四真实点)在模型坐标系下的距离为0.2，汽车长度为5m，则变换尺度为5/0.2＝25。

需要指出，进行尺度标定所用的图片和进行测距所用的图片可能是同一批图片，也可能不是同一批图片。例如，若在执行步骤S110之后才执行尺度标定，则进行尺度标定所用的图片和进行测距所用的图片是同一批图片，若在执行步骤S110之前执行尺度标定，则进行尺度标定所用的图片和进行测距所用的图片不是同一批图片。另外还需要指出，尺度标定选择的第四图片和第五图片与测距所用的第一图片和第二图片没有必然关系，第一图片(或第二图片)可能是第四图片或第五图片，也可能不是第四图片或第五图片。

图3示出了本申请实施例提供的距离测量装置200可能包含的功能模块。参照图3，距离测量装置200包括：

图片获取模块210，用于获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片；

待测点确定模块220，用于确定所述多张图片中的第一图片，并确定所述第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中的第二图片，并确定所述第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标；其中，所述第一待测点和所述第三待测点均对应所述场景中的第一真实点，所述第三待测点和所述第四待测点均对应所述场景中的第二真实点；

坐标转换模块230，用于获取所述相机的相机内参和相机外参，并根据所述相机内参和所述相机外参，将所述第一待测点、所述第二待测点、所述第三待测点和所述第四待测点的像素坐标转换为对应的模型坐标；其中，所述模型坐标为模型坐标系下的坐标，所述模型坐标系是指相机模型所在的世界坐标系；

坐标确定模块240，用于根据所述第一待测点和所述第三待测点的模型坐标确定所述第一真实点的模型坐标，以及，根据所述第二待测点和所述第四待测点的模型坐标确定所述第二真实点的模型坐标；

距离计算模块250，用于获取所述模型坐标系和真实世界之间的变换尺度，并根据所述第一真实点的模型坐标、所述第二真实点的模型坐标以及所述变换尺度，计算所述第一真实点和所述第二真实点在所述真实世界中的距离。

在距离测量装置200的一种实现方式中，坐标确定模块240根据所述第一待测点和所述第三待测点的模型坐标确定所述第一真实点的模型坐标，包括：确定以所述第一待测点的模型坐标为起点，以所述第一图片对应的相机外参中的平移分量为延伸方向的第一射线，以及，确定以所述第三待测点的模型坐标为起点，以所述第二图片对应的相机外参中的平移分量为延伸方向的第三射线；计算所述第一射线和所述第三射线的公垂线针对于所述第一射线的第一垂足的模型坐标，以及，计算所述第一射线和所述第三射线的公垂线针对于所述第三射线的第三垂足的模型坐标；将所述第一垂足的模型坐标和所述第三垂足的模型坐标的均值确定为所述第一真实点的模型坐标。

在距离测量装置200的一种实现方式中，图片获取模块210获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片，包括：获取所述相机在多个视角下针对所述场景拍摄的视频，并通过采样从所述视频中抽取出所述多张图片。

在距离测量装置200的一种实现方式中，所述装置还包括：相机参数计算模块，用于在图片获取模块210获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片之后，根据所述多张图片计算所述多张图片共用的相机内参以及每张图片对应的相机外参。

在距离测量装置200的一种实现方式中，所述装置还包括：尺度标定模块，用于在图片获取模块210获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片之后，执行以下操作：从所述多张图片中确定用于尺度标定的至少一张第三图片；获取所述第三图片对应的卫星定位信息，并根据所述第三图片对应的卫星定位信息确定拍摄所述第三图片时所述相机的地心坐标；获取所述第三图片对应的相机外参，并根据所述第三图片对应的相机外参确定拍摄所述第三图片时所述相机的模型坐标；根据所述相机的地心坐标和所述相机的模型坐标计算所述变换尺度。

在距离测量装置200的一种实现方式中，所述装置还包括：尺度标定模块，用于在图片获取模块210获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片之后，执行以下操作：响应于用户在交互式界面上做出的图片选择操作以及待测点选择操作，确定所述多张图片中用于尺度标定的第四图片，并确定所述第四图片中的第五待测点和第六待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中用于尺度标定的第五图片，并确定所述第五图片中的第七待测点和第八待测点的像素坐标；其中，所述第四图片和所述第五图片中均包含真实长度已知的参考物体，所述第五待测点和所述第七待测点均对应所述场景中的第三真实点，所述第六待测点和所述第八待测点均对应所述场景中的第四真实点，所述第三真实点和所述第四真实点为所述参考物体的两个端点；获取所述相机的相机内参和相机外参，并根据所述相机内参和所述相机外参，将所述第五待测点、所述第六待测点、所述第七待测点和所述第八待测点的像素坐标转换为对应的模型坐标；根据所述第五待测点和所述第七待测点的模型坐标确定所述第三真实点的模型坐标，以及，根据所述第六待测点和所述第八待测点的模型坐标确定所述第四真实点的模型坐标；根据所述第三真实点的模型坐标和所述第四真实点的模型坐标计算所述第三真实点和所述第四真实点在所述模型坐标系下的距离；根据所述第三真实点和所述第四真实点在所述模型坐标系下的距离以及所述真实长度计算所述变换尺度。

在距离测量装置200的一种实现方式中，待测点确定模块220确定所述多张图片中的第一图片，并确定所述第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中的第二图片，并确定所述第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标，包括：响应于用户在交互式界面上做出的图片选择操作以及待测点选择操作，确定所述多张图片中的所述第一图片，并确定所述第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中的所述第二图片，并确定所述第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标。

本申请实施例提供的距离测量装置200可用于执行本申请实施例提供的距离测量方法，其实现原理及产生的技术效果在前述方法实施例中已经介绍，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述任意一个方法实施例中相应内容。

图4示出了本申请实施例提供的电子设备300的一种可能的结构。参照图4，电子设备300包括：处理器310、存储器320以及通信单元330，这些组件通过通信总线340和/或其他形式的连接机构(未示出)互连并相互通讯。

其中，处理器310包括一个或多个(图中仅示出一个)，其可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器310可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)、微控制单元(Micro Controller Unit，简称MCU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)或者其他常规处理器；还可以是专用处理器，包括图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)、神经网络处理器(Neural-network ProcessingUnit，简称NPU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuits，简称ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，简称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。并且，在处理器310为多个时，其中的一部分可以是通用处理器，另一部分可以是专用处理器。

存储器320包括一个或多个(图中仅示出一个)，其可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，只读存储器(Read Only Memory，简称ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM)，电可擦除可编程只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM)等。

处理器310以及其他可能的组件可对存储器320进行访问，读和/或写其中的数据。特别地，在存储器320中可以存储一个或多个计算机程序指令，处理器310可以读取并运行这些计算机程序指令，以实现本申请实施例提供的距离测量方法。

通信单元330包括一个或多个(图中仅示出一个)，可以用于和其他设备进行直接或间接地通信，以便进行数据的交互。通信单元330可以是有线的和/或无线的通信模块。例如，通信单元330可以用于接收外部发送给电子设备300的多视角的图片，以便基于这些图片进行距离测量。

可以理解，图4所示的结构仅为示意，电子设备300还可以包括比图4中所示更多或者更少的组件，或者具有与图4所示不同的配置。例如，若电子设备300不需要和其他设备通信，则可以不包括通信单元330。

图4中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。电子设备300可能是实体设备，例如PC机、手机、服务器、机器人等，也可能是虚拟设备，例如虚拟机、容器等。并且，电子设备300也不限于单台设备，也可以是多台设备的组合或者大量设备构成的集群。

本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，这些计算机程序指令被处理器读取并运行时，执行本申请实施例提供的距离测量方法。例如，计算机可读存储介质可以实现为图4中电子设备300中的存储器320。

本申请实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序指令，这些计算机程序指令被处理器读取并运行时，执行本申请实施例提供的距离测量方法。例如，这些计算机程序指令可以存储在图4中电子设备300中的存储器320内部。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种距离测量方法，其特征在于，包括：

获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片；

确定所述多张图片中的第一图片，并确定所述第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中的第二图片，并确定所述第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标；其中，所述第一待测点和所述第三待测点均对应所述场景中的第一真实点，所述第三待测点和所述第四待测点均对应所述场景中的第二真实点；

获取所述相机的相机内参和相机外参，并根据所述相机内参和所述相机外参，将所述第一待测点、所述第二待测点、所述第三待测点和所述第四待测点的像素坐标转换为对应的模型坐标；其中，所述模型坐标为模型坐标系下的坐标，所述模型坐标系是指相机模型所在的世界坐标系；

根据所述第一待测点和所述第三待测点的模型坐标确定所述第一真实点的模型坐标，以及，根据所述第二待测点和所述第四待测点的模型坐标确定所述第二真实点的模型坐标；

获取所述模型坐标系和真实世界之间的变换尺度，并根据所述第一真实点的模型坐标、所述第二真实点的模型坐标以及所述变换尺度，计算所述第一真实点和所述第二真实点在所述真实世界中的距离。

2.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于，所述根据所述第一待测点和所述第三待测点的模型坐标确定所述第一真实点的模型坐标，包括：

确定以所述第一待测点的模型坐标为起点，以所述第一图片对应的相机外参中的平移分量为延伸方向的第一射线，以及，确定以所述第三待测点的模型坐标为起点，以所述第二图片对应的相机外参中的平移分量为延伸方向的第三射线；

计算所述第一射线和所述第三射线的公垂线针对于所述第一射线的第一垂足的模型坐标，以及，计算所述第一射线和所述第三射线的公垂线针对于所述第三射线的第三垂足的模型坐标；

将所述第一垂足的模型坐标和所述第三垂足的模型坐标的均值确定为所述第一真实点的模型坐标。

3.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于，所述获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片，包括：

获取所述相机在多个视角下针对所述场景拍摄的视频，并通过采样从所述视频中抽取出所述多张图片。

4.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于，在所述获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片之后，所述方法还包括：

根据所述多张图片计算所述多张图片共用的相机内参以及每张图片对应的相机外参。

5.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于，在所述获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片之后，所述方法还包括：

从所述多张图片中确定用于尺度标定的至少一张第三图片；

获取所述第三图片对应的卫星定位信息，并根据所述第三图片对应的卫星定位信息确定拍摄所述第三图片时所述相机的地心坐标；

获取所述第三图片对应的相机外参，并根据所述第三图片对应的相机外参确定拍摄所述第三图片时所述相机的模型坐标；

根据所述相机的地心坐标和所述相机的模型坐标计算所述变换尺度。

6.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于，在所述获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片之后，所述方法还包括：

响应于用户在交互式界面上做出的图片选择操作以及待测点选择操作，确定所述多张图片中用于尺度标定的第四图片，并确定所述第四图片中的第五待测点和第六待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中用于尺度标定的第五图片，并确定所述第五图片中的第七待测点和第八待测点的像素坐标；其中，所述第四图片和所述第五图片中均包含真实长度已知的参考物体，所述第五待测点和所述第七待测点均对应所述场景中的第三真实点，所述第六待测点和所述第八待测点均对应所述场景中的第四真实点，所述第三真实点和所述第四真实点为所述参考物体的两个端点；

获取所述相机的相机内参和相机外参，并根据所述相机内参和所述相机外参，将所述第五待测点、所述第六待测点、所述第七待测点和所述第八待测点的像素坐标转换为对应的模型坐标；

根据所述第五待测点和所述第七待测点的模型坐标确定所述第三真实点的模型坐标，以及，根据所述第六待测点和所述第八待测点的模型坐标确定所述第四真实点的模型坐标；

根据所述第三真实点的模型坐标和所述第四真实点的模型坐标计算所述第三真实点和所述第四真实点在所述模型坐标系下的距离；

根据所述第三真实点和所述第四真实点在所述模型坐标系下的距离以及所述真实长度计算所述变换尺度。

7.根据权利要求1所述的距离测量方法，其特征在于，所述确定所述多张图片中的第一图片，并确定所述第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中的第二图片，并确定所述第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标，包括：

响应于用户在交互式界面上做出的图片选择操作以及待测点选择操作，确定所述多张图片中的所述第一图片，并确定所述第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中的所述第二图片，并确定所述第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标。

8.一种距离测量装置，其特征在于，包括：

图片获取模块，用于获取同一相机在多个视角下针对同一场景拍摄的多张图片；

待测点确定模块，用于确定所述多张图片中的第一图片，并确定所述第一图片中的第一待测点和第二待测点的像素坐标，以及，确定所述多张图片中的第二图片，并确定所述第二图片中的第三待测点和第四待测点的像素坐标；其中，所述第一待测点和所述第三待测点均对应所述场景中的第一真实点，所述第三待测点和所述第四待测点均对应所述场景中的第二真实点；

坐标转换模块，用于获取所述相机的相机内参和相机外参，并根据所述相机内参和所述相机外参，将所述第一待测点、所述第二待测点、所述第三待测点和所述第四待测点的像素坐标转换为对应的模型坐标；其中，所述模型坐标为模型坐标系下的坐标，所述模型坐标系是指相机模型所在的世界坐标系；

坐标确定模块，用于根据所述第一待测点和所述第三待测点的模型坐标确定所述第一真实点的模型坐标，以及，根据所述第二待测点和所述第四待测点的模型坐标确定所述第二真实点的模型坐标；

距离计算模块，用于获取所述模型坐标系和真实世界之间的变换尺度，并根据所述第一真实点的模型坐标、所述第二真实点的模型坐标以及所述变换尺度，计算所述第一真实点和所述第二真实点在所述真实世界中的距离。

9.一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上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器读取并运行时，执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。

10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器以及处理器，所述存储器中存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被所述处理器读取并运行时，执行权利要求1-7中任一项所述的方法。