本發(fā)明屬于單目測據(jù)
技術(shù)領(lǐng)域：
，主要應(yīng)用于自主移動機(jī)器人和智能車輛視覺導(dǎo)航輔助系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種基于幾何關(guān)系的單目視覺測距方法。
背景技術(shù)：
：單目測據(jù)，即使用單個攝像頭對前方物體進(jìn)行拍攝得到單張圖片，利用攝像頭參數(shù)、圖片中物體坐標(biāo)點(diǎn)、像距和圖像尺寸的關(guān)系得到物距，成像原理如圖1所示。在現(xiàn)有的非接觸式測距
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及最多的理論和方法主要有多目(通常是雙目)測距和激光測距。雖然雙目立體視覺經(jīng)過二十多年的研究，其技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展。但無論是從視覺生理的角度，還是從實(shí)際應(yīng)用方面來看，現(xiàn)有的雙目立體視覺技術(shù)還處在十分不成熟的階段，由于計算量相對較大處理器的運(yùn)算能力要求較高，而且由于人類對自身的視覺機(jī)理的了解還十分有限，測量誤差較大，這無疑給雙目測距技術(shù)的發(fā)展帶來了一定的限制。激光測距是指根據(jù)激光往返時間測定距離的方法，其原理就是利用電磁波的直線傳播和波速穩(wěn)定的特性，向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激光，由光電原件接收目標(biāo)反射的激光束，通過測出光通過兩點(diǎn)之間的時間進(jìn)行測距的過程。激光測距雖然精度高，但是它的方向性太強(qiáng)，從而發(fā)散度非常低，如需解決多目標(biāo)測距問題時，存在資源消耗過大、精度不高、成本相對較高等諸多問題。其它測距方式諸如紅外測距存在精度低，距離近，方向性差等問題，超聲波測距抗干擾能力強(qiáng)，但精度低且成本高。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過幾何推導(dǎo)來得到路面坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系之間的關(guān)系，計算復(fù)雜度低，能夠達(dá)到較高的精度，其計算方法及測距裝置具有廣泛的應(yīng)用前景的基于幾何關(guān)系的單目視覺測距方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種基于幾何關(guān)系的單目視覺測距方法，包括以下步驟：S1、計算目標(biāo)物截面直線與攝像機(jī)鏡頭在水平面上的距離；S2、通過三角形相似原理計算目標(biāo)物到單目攝像頭光軸的距離。進(jìn)一步地，步驟S1具體實(shí)現(xiàn)方法為：記攝像頭距離地面的高度為H，攝像頭能夠看到的最遠(yuǎn)距離為D，攝像頭光軸與水平夾角為α，攝像頭視角為VA，圖像平面為p，圖像豎直方向像素總數(shù)為M，目標(biāo)物截面直線與攝像頭鏡頭在水平面上的距離為d，目標(biāo)物底部直線對應(yīng)在圖上的直線到圖像上方像素數(shù)為v，攝像機(jī)與目標(biāo)底部連線與相機(jī)光軸夾角為β；目標(biāo)物截面直線與攝像機(jī)鏡頭在水平面上的距離d表示為：其中，α角的大小計算如式(2)所示：β角的大小由式(3)表示：進(jìn)一步地，步驟S2具體實(shí)現(xiàn)方法為：單目攝像頭到圖像平面的距離為f，目標(biāo)物坐標(biāo)點(diǎn)在圖像上的點(diǎn)與光軸的距離為r，目標(biāo)物到攝像頭光軸所在豎直平面的距離為l，已經(jīng)求得了障礙物底部直線與攝像頭的水平距離為d，通過勾股定理求解r；然后由三角形相似求得l：目標(biāo)物到單目攝像機(jī)光軸的距離L通過勾股定理得到：本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明根據(jù)攝像機(jī)投影模型，通過幾何推導(dǎo)來得到路面坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系之間的關(guān)系，計算過程簡單，計算復(fù)雜度低，對于硬件的要求較低；同時能夠達(dá)到較高的精度，其誤差在0.5米以內(nèi)。本發(fā)明在很簡單的硬件配置條件下，幾乎無需增加額外的負(fù)載和電量的情況下，能夠有效計算前方車輛或其它障礙物的距離，從而有效躲避，其計算方法及測距裝置具有廣泛的應(yīng)用前景，如利用在汽車自動駕駛或智能機(jī)器人行走的避障等
技術(shù)領(lǐng)域：
。附圖說明圖1為單目測距成像原理圖；圖2為本發(fā)明的計算目標(biāo)物截面直線與攝像機(jī)鏡頭在水平面上的距離的原理；圖3為本發(fā)明的計算目標(biāo)物到單目攝像頭光軸的距離的原理圖。具體實(shí)施方式該單目測距技術(shù)所涉及到的設(shè)備包括但不僅限于攝像裝置、傳輸裝置、顯示裝置和處理裝置等。其中攝像裝置為單目攝像機(jī)，可以是選用一般的監(jiān)控攝像頭，其一般帶有傳輸模塊和數(shù)據(jù)線等和處理裝置鏈接的傳輸裝置，顯示裝置通常為方便人員監(jiān)控、觀測和記錄數(shù)據(jù)等，處理裝置主要是基于電子計算機(jī)設(shè)備，如PC機(jī)等。上述硬件設(shè)施由于本技術(shù)的簡單實(shí)用性，可以很容易找到實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的硬件設(shè)備或其他替代品，因此裝置的具體構(gòu)造等不再贅述。下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的一種基于幾何關(guān)系的單目視覺測距方法，包括以下步驟：S1、計算目標(biāo)物截面直線與攝像機(jī)鏡頭在水平面上的距離；其原理如圖2所示，具體實(shí)現(xiàn)方法為：記攝像頭距離地面的高度為H，攝像頭能夠看到的最遠(yuǎn)距離為D，攝像頭光軸與水平夾角為α，攝像頭視角為VA，圖像平面為p，圖像豎直方向像素總數(shù)為M，目標(biāo)物截面直線與攝像頭鏡頭在水平面上的距離為d，目標(biāo)物底部直線對應(yīng)在圖上的直線到圖像上方像素數(shù)為v，攝像機(jī)與目標(biāo)底部連線與相機(jī)光軸夾角為β；目標(biāo)物截面直線與攝像機(jī)鏡頭在水平面上的距離d表示為：其中，α角的大小計算如式(2)所示：β角的大小由式(3)表示：S2、通過三角形相似原理計算目標(biāo)物到單目攝像頭光軸的距離；其原理如圖3所示，具體實(shí)現(xiàn)方法為：單目攝像頭到圖像平面的距離為f，目標(biāo)物坐標(biāo)點(diǎn)在圖像上的點(diǎn)與光軸的距離為r，目標(biāo)物到攝像頭光軸所在豎直平面的距離為l，已經(jīng)求得了障礙物底部直線與攝像頭的水平距離為d，通過勾股定理求解r；然后由三角形相似求得l：目標(biāo)物到單目攝像機(jī)光軸的距離L通過勾股定理得到：影響本申請計算結(jié)果精度的因素有以下兩點(diǎn)：一是攝像機(jī)的高度是否準(zhǔn)確，另一個就是攝像機(jī)的俯角是否準(zhǔn)確。下面通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證兩點(diǎn)因素對計算結(jié)果的影響：一、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時固定攝像機(jī)的俯角5.68°不變，通過改變攝像機(jī)的高度(其他參數(shù)不變)得到的距離變化數(shù)據(jù)如表1所示。表1隨高度變化的距離數(shù)據(jù)高度(m)1.111.161.211.261.31距離(m)11.1611.4612.0612.3912.77二、固定攝像機(jī)的高度1.21米不變，通過改變攝像機(jī)的俯角(其他參數(shù)不變)得到的距離變化輸入如表2所示。表2隨俯角變化的距離數(shù)據(jù)俯角(°)5.485.585.685.785.88距離(m)12.6111.3810.169.959.02當(dāng)攝像機(jī)高度變化范圍為20cm時，測距變化為1.61m；當(dāng)攝像機(jī)俯仰角變化范圍為0.4°時，測距變化為3.59m。由此可見，攝像機(jī)高度對距離求解的影響較小，而俯仰角則對距離求解起關(guān)鍵作用，它在很大程度上制約著求解本車與障礙物之間距離的準(zhǔn)確性?？梢岳玫缆愤吔缙叫屑s束條件來實(shí)時計算攝像機(jī)的動態(tài)俯仰角度，可以獲取較為準(zhǔn)確的道路深度信息。下面通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證本方法的準(zhǔn)確性：根據(jù)攝像頭的標(biāo)定結(jié)果，在程序中設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)，焦距f＝621mm；獲取并設(shè)置相機(jī)的其它外部參數(shù)，相機(jī)高度H＝1.17m，相機(jī)的俯角5.87m；在保持?jǐn)z像裝置設(shè)置參數(shù)不變的情況下獲取前方包含目標(biāo)物的圖像并傳輸值處理裝置和顯示裝置，在接收端得到圖片像素大小為720×574；以圖像左上角為坐標(biāo)原點(diǎn)，給定目標(biāo)物在圖像中的坐標(biāo)(X,Y)。利用上述公式(1)～(5)計算得到相機(jī)距離目標(biāo)物的距離。如表3所示為目標(biāo)物在不同距離和角度方向上，通過該算法對其進(jìn)行測距的結(jié)果。表3.1目標(biāo)物在攝像裝置正前方表3.2目標(biāo)物在攝像裝置左側(cè)坐標(biāo)點(diǎn)(pixl)實(shí)際距離(m)目標(biāo)物夾角(°)測量距離(m)(320,20)2.71-63.42.60(321,60)4.24-33.74.12(319,112)4.78-19.64.67(280,193)5.71-11.75.58(281,376)9.76-6.19.51(279,527)12.54-4.412.28表3.3目標(biāo)物在攝像裝置右側(cè)坐標(biāo)點(diǎn)(pixl)實(shí)際距離(m)目標(biāo)物夾角(°)測量距離(m)(320,19)2.8063.92.69(321,61)4.2533.94.22(319,112)4.7819.64.67(280,195)5.7111.75.57(281,376)9.776.19.51(279,527)12.544.512.38由此可以看出，本方法計算簡單，復(fù)雜度低，對于硬件的要求較低；同時能夠達(dá)到較高的精度，誤差在0.5米以內(nèi)，具有廣泛的應(yīng)用前景，如可以運(yùn)用在汽車自動駕駛或智能機(jī)器人行走的避障過程中，在很簡單的硬件配置條件下，幾乎無需增加額外的負(fù)載和電量的情況下，能夠有效計算前方車輛或其它障礙物的距離，從而有效躲避。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實(shí)質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3