CN107101612A - 一种目标距离测量方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种目标距离测量方法及***，所述方法包括：通过预先设置于车辆前端的两个摄像头，同步采集所述车辆前方景象的图像，其中，所述两个摄像头前后设置；识别每一摄像头采集的图像中的待测目标，并获取每一待测目标的高度；根据获取到的待测目标的高度计算所述待测目标与所述车辆的距离。本发明采用目标检测和匹配的方式得到待测目标在两个相机中的高度差别，并根据所述待测目标绝对高度计算其与所述车辆的距离，这样不依赖于左右基线长度，测量过程简单、方便、性能稳定。
Description
技术领域
本发明涉及机器视觉技术领域，特别涉及一种目标距离测量方法及***。
背景技术
随着高速交通运输时代的到来，汽车成为人们生活中不可缺少的常用交通工具，然而，汽车事故也急剧上升，而汽车碰撞事故大多是因为行车速度过快，行车间距过小，刹车不及时造成的，尤其在驾驶过车中，司机如果过度疲劳或者注意力不集中更容易导致已方车辆与前方车辆的距离过近，从而避让不及而导致事故的发生。为了降低此类事故率，可以通过前方车距测量设备测算前方车辆与已方车辆的距离，并在车距过近时对驾驶人员予以警示，提高驾驶人员的警觉性。
现有的计算机视觉测距方式主要是基于双目或多目的方式，其基本原理是两个相机光轴平行并排放置，利用目标在两个相机之间成像的视差进行三角测距。但是，基于双目或多目的测距方式存在如下问题：1、需要精确的点匹配(如图1所示，需要知道P点成像后对应的Q1和Q2点的坐标)；2、视差的精度取决于视差的计算精度以及基线的长度，并且受限于特征点匹配算法易受光照和形变影响的缺点以及物理空间的限制导致基线不够长的因素。
因而现有技术还有待改进和提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种目标距离测量方法及***，以解决现有目标距离测量方法存在的需要精确的点匹配的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种目标距离测量方法，其包括：
通过预先设置于车辆前端的两个摄像头，同步采集所述车辆前方景象的图像，其中，所述两个摄像头前后设置；
识别每一摄像头采集的图像中的待测目标，并获取每一待测目标的高度；
根据获取到的待测目标的高度计算所述待测目标与所述车辆的距离。
所述目标距离测量方法，其中，所述根据获取到的待测目标的高度计算所述待测目标与所述车辆的距离具体包括:
读取预先设置的两个摄像头的间距，其中，所述间距为通过两个摄像头的直线沿车身方向的投影长度；
根据计算得到的待测目标的高度以及所述间距计算所述待测目标与所述车辆的距离。
所述目标距离测量方法，其中，所述识别每一摄像头采集的图像中的待测目标，并获取每一待测目标的高度具体包括：
识别每一摄像头采集的图像中的待测目标对应的待测区域，并获取所述待测区域的像素高度；
根据所述待测区域的像素高度计算所述待测目标的高度，其中，所述高度为所述待测区域的高度。
所述目标距离测量方法，其中，所述待测目标的高度的计算公式为：
其中，所述D表示待测目标的像素高度，s表示检测的图像相对于原始图像的缩放比例，μ表示每个像素的物理大小。
所述目标距离测量方法，其特征在于，所述根据计算得到的待测目标的高度以及所述间距计算所述待测目标与所述车辆的距离的公式为：
其中，所述d表示距离，Δd表示两个摄像头的间距，v1，v2分别表示待测目标的高度。
一种目标距离测量***，其包括：
采集模块，用于通过预先设置于车辆前端的两个摄像头，同步采集所述车辆前方景象的图像，其中，所述两个摄像头前后设置；
获取模块，用于识别每一摄像头采集的图像中的待测目标，并获取每一待测目标的高度；
计算模块，用于根据获取到的待测目标的高度计算所述待测目标与所述车辆的距离。
所述目标距离测量***，其中，所述计算模块具体包括:
读取单元，用于读取预先设置的两个摄像头的间距，其中，所述间距为通过两个摄像头的直线沿车身方向的投影长度；
第一计算单元，用于根据计算得到的待测目标的高度以及所述间距计算所述待测目标与所述车辆的距离。
所述目标距离测量***，其中，所述获取模块具体包括：
获取单元，用于识别每一摄像头采集的图像中的待测目标对应的待测区域，并获取所述待测区域的像素高度；
第二计算单元，用于根据所述待测区域的像素高度计算所述待测目标的高度，其中，所述高度为所述待测区域的高度。
所述目标距离测量***，其中，所述待测目标的高度的计算公式为：
其中，所述D表示待测目标的像素高度，s表示检测的图像相对于原始图像的缩放比例，μ表示每个像素的物理大小。
所述目标距离测量***，其中，所述根据计算得到的待测目标的高度以及所述间距计算所述待测目标与所述车辆的距离的公式为：
其中，所述d表示距离，Δd表示两个摄像头的间距，v1，v2分别表示待测目标的高度。
有益效果：与现有技术相比，本发明提供了一种目标距离测量方法及***，所述方法包括：通过预先设置于车辆前端的两个摄像头，同步采集所述车辆前方景象的图像，其中，所述两个摄像头前后设置；识别每一摄像头采集的图像中的待测目标，并获取每一待测目标的高度；根据获取到的待测目标的高度计算所述待测目标与所述车辆的距离。本发明采用目标检测和匹配的方式得到待测目标在两个相机中的高度差别，并根据所述待测目标绝对高度计算其与所述车辆的距离，这样不依赖于左右基线长度，测量过程简单、方便、性能稳定。
附图说明
图1为本发明提供的目标距离测量方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明提供的目标距离测量方法中两个摄像头的安装位置的示意图。
图3为本发明提供的目标距离测量方法中识别感兴趣区域的示意图。
图4为本发明提供的小孔成像的原理图。
图5为本发明提供的目标距离测量方法中两个摄像头成像的示意图。
图6为本发明提供的目标距离测量***较佳实施例的结构原理图。
具体实施方式
本发明提供一种目标距离测量方法及***，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面结合附图，通过对实施例的描述，对发明内容作进一步说明。
请参照图1，图1为本发明提供的目标距离测量方法的较佳实施例的流程图。所述方法包括：
S100、通过预先设置于车辆前端的两个摄像头，同步采集所述车辆前方景象的图像，其中，所述两个摄像头前后设置。
具体地，所述车辆前端设置两个摄像头，分别为第一摄像头和第二摄像图。所述第一摄像头和第二摄像头前后设置，且所述第一摄像头和第二摄像头相距一定距离，这样可以使得同一物体在第一摄像头和第二摄像头上成像的大小不同。所述第一摄像头的安装位置可以车头位于前挡风玻璃上部或者车头等位置，所述第二摄像头的安装位置可以位于车头或者前防风玻璃上部，如图2所示为两个摄像头在车辆上的典型安装位置的示意图。
所述第一摄像头和第二摄像头的光轴可以相互平行或者重合。光轴重合指的是所述第一摄像头与第二摄像头的连线与车身方向平行；光轴平行指的是第一摄像头和第二摄像头的光轴线处于统一平面上。值得说明的，所述第一摄像头和第二摄像头的光轴构成的平面可以与地面垂直，也可以不与地面垂直。
所述第一摄像头与第二摄像头可实现对图像的同步采集，并且第一摄像头与第二摄像头采集图像的范围相同。需要说明的，在本实施例中，所述待测目标同时存在于第一摄像头采集图像和第二摄像头采集的图像中，即所述待测目标对应的目标处于所述第一摄像头和第二摄像头的公共视角内。
在本发明的一个实施例中，可以预先标定所述两个摄像头的内外参数以及两枚摄像头的相对空间位置(其中，可由一个旋转矩阵和一个平移矩阵来表征)。具体可以采用(Radial Alignment Constraint，RAC)两步法进行标定，对摄像头的标定只需进行一次即可，无需在每次使用时都重复标定，得到的标定参数可存储于数据库内，待计算所述车辆与待测目标的距离时调用。
S200、识别每一摄像头采集的图像中的待测目标，并获取每一待测目标的高度。
具体地，所述识别每一摄像头采集的图像中的待测目标可以通过人工选择的方式进行标定，也可以采用人工智能的方式自动检测出待测目标的区域。所述人工智能的方式可以采用集合通道特征方法、基于梯度方向直方图(HOG)的方法以及基于深度卷积神经学习方法。在本实施例中，如图3所示，采用人工智能的方式在采集的图像中标定出若干感兴趣区域，再从若干感兴趣区域内选取待测目标的待测区域，并获取每个感兴趣区域的外接矩形的高度，其中，所述高度是以像素为单位。
进一步，由于所述待测区域的高度指的是成像的实际物理高度，而通过采集图像获取的是待测区域的像素高度，从而，所述识别每一摄像头采集的图像中的待测目标，并获取每一待测目标的高度具体可以包括：
S201、识别每一摄像头采集的图像中的待测目标对应的待测区域，并获取所述待测区域的像素高度；
S202、根据所述待测区域的像素高度计算所述待测目标的高度，其中，所述高度为所述待测区域的高度。
具体地，所述识别待测区域指的是根据预设待测目标的选取条件在识别的若干个感兴趣区域内选定待测区域。所述选待测目标区域的选取条件可以默认设置的，也可以是用户根据自身需求而自行设置的。例如，所述待测目标区域的选取条件为高度最大，或者待测目标区域对应的图像内容为车牌等。
在本实施例中，所述待测区域的物理高度可以通过对获取的待测区域的像素高度进行近似的线性变化得到。假设目标的像素高度为D，那边其对应的物理高度的计算公式可以为：
其中，所述D表示待测目标的像素高度，s表示检测的图像相对于原始图像的缩放比例，μ表示每个像素的物理大小。
值得说明的，所述缩放比例为预先存储的，所述像素的物理大小可以是摄像头出厂默认的，也可以是用户在安装使用标定得到。
在本发明的一个实施例中，由于人工划定或者自动方式得到的区域含有噪声，而这些噪声对距离测量有负面影响。从而，所述像素高度可以多次测量取平均值的方式得到，这样可以通过多次检测的方式降低这些噪声对距离的影响，提高检测得到距离的准确性。相应的，所述像素高度的计算公式可以为：
S300、根据获取到的待测目标的高度计算所述待测目标与所述车辆的距离。
具体地，待测目标出现在如图2所示的第一摄像头和第二摄像头的公共视角区域，且其同时存在于第一摄像头和第二摄像头同步采集到的两幅图像中。通过步骤S200可以分别得到所述待测目标在采集到的两幅图像中的高度，再根据所述高度计算待测目标与所述车辆的距离。在本实施例中，所述待测目标与所述车辆的距离的计算公式可以为：
其中，所述d表示距离，Δd表示两个摄像头的间距，v1，v2分别表示待测目标的高度。
示例性的，所述根据获取到的待测目标的高度计算所述待测目标与所述车辆的距离具体包括:
S301、读取预先设置的两个摄像头的间距，其中，所述间距为通过两个摄像头的直线沿车身方向的投影长度；
S302、根据计算得到的待测目标的高度以及所述间距计算所述待测目标与所述车辆的距离。
具体地，在本实施中，以第一摄像头安装在车前大灯，第二摄像头安装与前挡风玻璃，并且待测目标处于第一摄像头和第二摄像头的公共视角区域为例加以说明。所述待测目标与车辆的距离指的是所述待测目标与安装于前端的摄像头的距离，即待测目标与第一摄像头的距离。所述距离具体为：从待测目标中心作一条到平面K的垂线，垂线K的长度即为目标到第一摄像头的距离，其中平面K定义为经过第一摄像头并垂直于两个相机光轴的平面。
本实施例中，可以采用小孔成像的原来计算所述距离，如图4所示，根据成像关系中的高斯公式可以近似得到：
其中，所述f为焦距，d为目标与光心的距离，u为成像与光心的距离。
再根据成像的三角形相似关系可以得到：
其中，h为目标的真实高度，v为成像的高度(以毫米为单位)。
在本实施例中，如图5所示，所述第一摄像头和第二摄像头均视为针孔相机，根据第一摄像头和第二摄像头的成像原理可以得到：
综合(3)和(4)可以得到：
综合(5)和(6)可以得到：
结合(7)和(8)可以得到：
其中，Δd＝(d2-d1)；
再结合(7)和(9)可以得到：
所述式子(10)给出了计算目标与第一摄像头的距离的计算公式。在实际安装中，通常两个摄像头的距离远大于两个摄像头的焦距，即f1f2(v2-v1)＜＜f1v2Δd，其中，f1,f2,v1,v2为mm级别，Δd为m级别。
进一步，所述式子(10)可以近似为：
其中，所述f1和f2为相机焦距，可通过标定和校正方式精确得到。另外，f1和f2为相机焦距，可通过标定和校正方式精确得到。另外，Δd也可以在安装时精确测量也可以在安装时精确测量。
在本发明的另一个实施例中，当第一摄像头和第二摄像头的配置抑制，即f1＝f2时，所述目标距离第一摄像头的距离的计算公式可以为：
本发明还提供了一种目标距离测量***，如图6所示，其包括：
采集模块100，用于通过预先设置于车辆前端的两个摄像头，同步采集所述车辆前方景象的图像，其中，所述两个摄像头前后设置；
获取模块200，用于识别每一摄像头采集的图像中的待测目标，并获取每一待测目标的高度；
计算模块300，用于根据获取到的待测目标的高度计算所述待测目标与所述车辆的距离。
所述目标距离测量***，其中，所述计算模块具体包括:
读取单元，用于读取预先设置的两个摄像头的间距，其中，所述间距为通过两个摄像头的直线沿车身方向的投影长度；
第一计算单元，用于根据计算得到的待测目标的高度以及所述间距计算所述待测目标与所述车辆的距离。
所述目标距离测量***，其中，所述获取模块具体包括：
获取单元，用于识别每一摄像头采集的图像中的待测目标对应的待测区域，并获取所述待测区域的像素高度；
第二计算单元，用于根据所述待测区域的像素高度计算所述待测目标的高度，其中，所述高度为所述待测区域的高度。
所述所述目标距离测量***，其中，所述待测目标的高度的计算公式为：
其中，所述D表示待测目标的像素高度，s表示检测的图像相对于原始图像的缩放比例，μ表示每个像素的物理大小。
所述目标距离测量***，其中，所述根据计算得到的待测目标的高度以及所述间距计算所述待测目标与所述车辆的距离的公式为：
其中，所述d表示距离，Δd表示两个摄像头的间距，v1，v2分别表示待测目标的高度。
上述目标距离测量***的各个模块在上述方法中已经详细说明，在这里就不再一一陈述。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的***和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种目标距离测量方法，其特征在于，其包括：
通过预先设置于车辆前端的两个摄像头，同步采集所述车辆前方景象的图像，其中，所述两个摄像头前后设置；
识别每一摄像头采集的图像中的待测目标，并获取每一待测目标的高度；
根据获取到的待测目标的高度计算所述待测目标与所述车辆的距离。
2.根据权利要求1所述目标距离测量方法，其特征在于，所述根据获取到的待测目标的高度计算所述待测目标与所述车辆的距离具体包括:
读取预先设置的两个摄像头的间距，其中，所述间距为通过两个摄像头的直线沿车身方向的投影长度；
根据计算得到的待测目标的高度以及所述间距计算所述待测目标与所述车辆的距离。
3.根据权利要求1所述目标距离测量方法，其特征在于，所述识别每一摄像头采集的图像中的待测目标，并获取每一待测目标的高度具体包括：
识别每一摄像头采集的图像中的待测目标对应的待测区域，并获取所述待测区域的像素高度；
根据所述待测区域的像素高度计算所述待测目标的高度，其中，所述高度为所述待测区域的高度。
4.根据权利要求3所述所述目标距离测量方法，其特征在于，所述待测目标的高度的计算公式为：
<mrow>
<mi>v</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>D</mi>
<mi>s</mi>
</mfrac>
<mi>&mu;</mi>
</mrow>
其中，所述D表示待测目标的像素高度，s表示检测的图像相对于原始图像的缩放比例，μ表示每个像素的物理大小。
5.根据权利要求2或4所述目标距离测量方法，其特征在于，所述根据计算得到的待测目标的高度以及所述间距计算所述待测目标与所述车辆的距离的公式为：
<mrow>
<mi>d</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mi>&Delta;</mi>
<mi>d</mi>
</mrow>
<mrow>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>2</mn>
</msub>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mrow>
</mfrac>
</mrow>
其中，所述d表示距离，Δd表示两个摄像头的间距，v1，v2分别表示待测目标的高度。
6.一种目标距离测量***，其特征在于，其包括：
采集模块，用于通过预先设置于车辆前端的两个摄像头，同步采集所述车辆前方景象的图像，其中，所述两个摄像头前后设置；
获取模块，用于识别每一摄像头采集的图像中的待测目标，并获取每一待测目标的高度；
计算模块，用于根据获取到的待测目标的高度计算所述待测目标与所述车辆的距离。
7.根据权利要求6所述目标距离测量***，其特征在于，所述计算模块具体包括:
读取单元，用于读取预先设置的两个摄像头的间距，其中，所述间距为通过两个摄像头的直线沿车身方向的投影长度；
第一计算单元，用于根据计算得到的待测目标的高度以及所述间距计算所述待测目标与所述车辆的距离。
8.根据权利要求6所述目标距离测量***，其特征在于，所述获取模块具体包括：
获取单元，用于识别每一摄像头采集的图像中的待测目标对应的待测区域，并获取所述待测区域的像素高度；
第二计算单元，用于根据所述待测区域的像素高度计算所述待测目标的高度，其中，所述高度为所述待测区域的高度。
9.根据权利要求8所述所述目标距离测量***，其特征在于，所述待测目标的高度的计算公式为：
<mrow>
<mi>v</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mi>D</mi>
<mi>s</mi>
</mfrac>
<mi>&mu;</mi>
</mrow>
其中，所述D表示待测目标的像素高度，s表示检测的图像相对于原始图像的缩放比例，μ表示每个像素的物理大小。
10.根据权利要求7或9所述目标距离测量***，其特征在于，所述根据计算得到的待测目标的高度以及所述间距计算所述待测目标与所述车辆的距离的公式为：
<mrow>
<mi>d</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>2</mn>
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<mi>&Delta;</mi>
<mi>d</mi>
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<mrow>
<msub>
<mi>f</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
<msub>
<mi>v</mi>
<mn>2</mn>
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<mo>-</mo>
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<mi>f</mi>
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其中，所述d表示距离，Δd表示两个摄像头的间距，v1，v2分别表示待测目标的高度。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109300154A (zh) * | 2018-11-27 | 2019-02-01 | 郑州云海信息技术有限公司 | 一种基于双目立体的测距方法及装置 |
| CN110008862A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-07-12 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种车辆目标检测方法及相关装置 |
| CN111724434A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-09-29 | 江苏农牧科技职业学院 | 一种水产养殖体生长跟踪方法、装置、***及介质 |
| CN115235419A (zh) * | 2022-07-27 | 2022-10-25 | 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 | 固定站相对高度测量设备及其测量方法 |
| US11509833B2 (en) | 2021-03-04 | 2022-11-22 | Ford Global Technologies, Llc | Illumination control for vehicle sensors |
-
2017
- 2017-06-06 CN CN201710420538.1A patent/CN107101612A/zh active Pending
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