CN113465573A - 单目测距方法、装置及智能装置 - Google Patents

单目测距方法、装置及智能装置 Download PDF

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CN113465573A CN202110738325.XA CN202110738325A CN113465573A CN 113465573 A CN113465573 A CN 113465573A CN 202110738325 A CN202110738325 A CN 202110738325A CN 113465573 A CN113465573 A CN 113465573A
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程骏
庞建新
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Abstract

本申请实施例提供了一种单目测距方法、装置及智能装置，其中方法包括：通过单目相机拍摄平视图；根据第一区域图像的顶角像素坐标确定单应矩阵；从矩形区域的底边确定基准点，获取基准点与单目相机之间的距离；确定基准点在第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；对单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据单应矩阵对目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；根据获取到的相关参数，确定目标物体与单目相机之间的距离。这样，可以通过单目相机测量目标物体的距离，降低测距条件，提高测距效率。

Description

单目测距方法、装置及智能装置
技术领域
本申请涉及图像处理技术域，尤其涉及一种单目测距方法、装置及智能装置。
背景技术
目前单目相机在拍摄照片时，实质上市拍摄场景在单目相机的成像平面上留下的一个投影，照片以二维的形式反映了三维的世界。显然，拍摄过程中丢掉了拍摄场景的深度信息。在单目相机中，无法通过单个图片来计算场景中物体离单目相机的距离。
随着近年来人工智能的不断发展，基于人工智能的自动驾驶技术也受到了广泛的关注，也相继提出一些基于深度学习的单目相机的测距算法，但是这些算法多数是通过已知物体在摄像头中的成像大小和姿态通过神经网络计算物体的距离，这样的算法对于不规则的物体则需要采集每个姿态下的物体距离，对于数据的要求十分苛刻，导致现有单目相机的测距技术存在测距条件比较难满足的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种单目测距方法、装置及智能装置。
第一方面，本申请实施例提供了一种单目测距方法，所述方法包括：
通过单目相机拍摄平视图，所述单目相机的地面可视区域包括矩形区域，所述平视图包括所述矩形区域对应的第一区域图像；
根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵；
从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的距离；
确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；
对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；
根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。
可选的，所述根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵，包括：
获取所述第一区域图像的顶角像素坐标及其对应的逆透视顶角像素坐标；
根据所述第一区域图像的顶角像素坐标、所述逆透视顶角像素坐标确定所述单应矩阵。
可选的，所述获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标，包括：
根据所述俯视图的大小设置所述基准点像素坐标的逆透视坐标。
可选的，所述获取所述第一区域图像的顶角像素坐标及其对应的逆透视顶角像素坐标，包括：
对所述平视图进行矫正，得到矫正后平视图，所述矫正后平视图包括第二区域图像，将所述第二区域图像的顶角像素坐标作为所述第一区域图像的顶角像素坐标；
根据所述基准点像素坐标的逆透视坐标、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述矩形区域的边长，确定所述逆透视顶角像素坐标。
可选的，所述方法还包括：
通过所述单目相机拍摄棋盘格图像，根据所述棋盘格图像获取所述单目相机的内参及畸变参数；
所述对所述平视图进行矫正，得到矫正后平视图，包括：
根据所述内参及畸变参数对所述平视图进行矫正，得到所述矫正后平视图。
可选的，所述基准点像素坐标的逆透视坐标包括第一方向基准点像素坐标及第二方向基准点像素坐标，所述第二方向垂直于所述第一方向；
所述根据所述基准点像素坐标的逆透视坐标、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述矩形区域的边长，确定所述逆透视顶角像素坐标，包括：
根据所述第一方向基准点像素坐标、所述第二方向基准点像素坐标、所述矩形区域的边长、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述逆透视顶角像素坐标与所述逆透视基准点坐标的位置关系，确定所述逆透视顶角像素坐标的第一方向坐标及第二方向坐标。
可选的，所述根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离，包括：
将所述目标逆透视坐标的第一方向坐标减去所述第一方向基准点像素坐标，得到第一像素差值；将所述第一像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第一乘积；将所述第一乘积作为所述目标物体与所述单目相机之间的第一方向距离；和/或，
将所述目标逆透视坐标的第二方向坐标减去所述第二方向基准点像素坐标，得到第二像素差值；将所述第二像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第二乘积；将所述第二乘积作加上所述基准点与所述单目相机之间的第二方向距离之和，作为所述目标物体与所述单目相机之间的第二方向距离。
第二方面，本申请实施例提供了一种单目测距装置，所述单目测距装置包括：
拍摄模块，用于通过单目相机拍摄平视图，所述单目相机的地面可视区域包括矩形区域，所述平视图包括所述矩形区域对应的第一区域图像；
第一确定模块，用于根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵；
获取模块，用于从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的所述基准点与所述单目相机之间的距离；
第一处理模块，用于确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；
第二处理模块，用于对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；
第二确定模块，用于根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。
可选的，所述第一确定模块，还用于获取所述第一区域图像的顶角像素坐标及其对应的逆透视顶角像素坐标；
根据所述第一区域图像的顶角像素坐标、所述逆透视顶角像素坐标确定所述单应矩阵。
可选的，所述第一确定模块，还用于根据所述俯视图的大小设置所述基准点像素坐标的逆透视坐标。
可选的，所述第一确定模块，还用于对所述平视图进行矫正，得到矫正后平视图，所述矫正后平视图包括第二区域图像，将所述第二区域图像的顶角像素坐标作为所述第一区域图像的顶角像素坐标；
根据所述基准点像素坐标的逆透视坐标、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述矩形区域的边长，确定所述逆透视顶角像素坐标。
可选的，所述单目测距装置还包括：
矫正模块，通过所述单目相机拍摄棋盘格图像，根据所述棋盘格图像获取所述单目相机的内参及畸变参数；
所述第一确定模块，还用于根据所述内参及畸变参数对所述平视图进行矫正，得到所述矫正后平视图。
可选的，所述基准点像素坐标的逆透视坐标包括第一方向基准点像素坐标及第二方向基准点像素坐标，所述第二方向垂直于所述第一方向；
所述第一确定模块，还用于根据所述第一方向基准点像素坐标、所述第二方向基准点像素坐标、所述矩形区域的边长、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述逆透视顶角像素坐标与所述逆透视基准点坐标的位置关系，确定所述逆透视顶角像素坐标的第一方向坐标及第二方向坐标。
可选的，第二确定模块，还用于将所述目标逆透视坐标的第一方向坐标减去所述第一方向基准点像素坐标，得到第一像素差值；将所述第一像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第一乘积；将所述第一乘积作为所述目标物体与所述单目相机之间的第一方向距离；和/或，
将所述目标逆透视坐标的第二方向坐标减去所述第二方向基准点像素坐标，得到第二像素差值；将所述第二像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第二乘积；将所述第二乘积作加上所述基准点与所述单目相机之间的第二方向距离之和，作为所述目标物体与所述单目相机之间的第二方向距离。
第三方面，本申请实施例提供了一种智能装置，包括单目相机、存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器运行时执行第一方面提供的单目测距方法。
第四方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行第一方面提供的单目测距方法。
上述本申请提供的单目测距方法、装置及智能装置，通过单目相机拍摄平视图；根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵；从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的距离；确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。这样，可以通过单目相机测量目标物体的距离，没有过多的数据要求，能实现对不规则的目标物体的测距，降低测距条件，提高测距效率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对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本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本申请实施例提供的单目测距方法的一流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的一平视图示意图；
图3示出了本申请实施例提供的另一平视图示意图；
图4示出了本申请实施例提供的一矫正后平视图流程示意图；
图5示出了本申请实施例提供的一逆透视图示意图；
图6示出了本申请实施例提供的一物理坐标***示意图；
图7示出了本申请实施例提供的单目测距装置的一结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
实施例1
本公开实施例提供了一种单目测距方法。
具体的，如图1所示，单目测距方法包括
步骤S101，通过单目相机拍摄平视图。
在本实施例中，所述单目相机的地面可视区域包括矩形区域，所述平视图包括所述矩形区域对应的第一区域图像。
需要补充说明的是，地面可以铺设有矩形图案的瓷砖，多个矩形图案的瓷砖可以组成矩形区域，通过对平视图进行图像检测，可以确定相应的第一区域图像。此外，在其他实现方式中，在地面没有瓷砖等矩形图案时，可以在地面设置矩形区域，该矩形区域设置在单目相机的地面可视区域。
请参阅图2，单目相机201设置在地面202上，地面202铺设有矩形图案的瓷砖，多个矩形图案的瓷砖可以组成矩形区域，例如，4个矩形图案的瓷砖组成矩形区域203，通过对平视图进行图像检测，可以确定相应的第一区域图像203。
步骤S102，根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵。
请参阅图2，可以将图2的左上角作为原点、以左竖边为y轴、顶部为x轴，建立像素坐标系，第一区域图像203的顶角像素坐标，即像素点A、B、C、D的像素坐标。
在本实施例中，可以根据第一区域图像的顶角像素坐标、预先后期的第一区域图像的顶角像素坐标的逆透视坐标计算单应矩阵。
步骤S103，从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的所述基准点与所述单目相机之间的距离。
在本实施例中，所述基准点可以是所述矩形区域的底边的任一点。例如，举例来说，可以将矩形区域的底边中点作为基准点。
在本实施例中，获取所述基准点与所述单目相机之间的距离，可以通过用户测量基准点与单目相机之间的距离，也可以根据基准点与所述单目相机之间间隔的矩形图案的瓷砖个数，进行图像分析处理得到，在此不做限制。
步骤S104，确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标。
在本实施例中，矩形区域位于单目相机的地面可视区域，平视图中的第一区域图像包括矩形区域的所有边。在将矩形区域的底边中点作为基准点时，如图2中所示，基准点在所述第一区域图像203中对应的基准点像素坐标为像素点E。
步骤S105，对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标。
在本实施例中，保持单目相机的高度及夹持角度不变，通过单目相机拍摄其他平视图。可以选择Yolo V5、Fast-RCNN等目标检测费算法进行目标物体检测。目标物体检测的主要目的就是将需要检测的物体的轮廓使用矩形框框出轮廓。由此可知，目标检测的Bounding Box所框出的目标物体底边处在所标定的二维平面。
请参阅图3，第一平视图300包括目标物体302及目标物体边界框301，目标物体边界框301包括底边3013、顶边3011、左竖边3012、右竖边3013。根据单应矩阵对底边3013任一像素点坐标进行逆透视变换，获取底边3013任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标。举例来说，根据单应矩阵对底边3013中点坐标进行逆透视变换，获取底边3013中点坐标对应的目标逆透视坐标。
在本实施例中，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边中点的像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边中点的像素点坐标对应的目标逆透视坐标。
在本实施例中，根据公式1，对所述目标物体边界框的底边中点的像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边中点的像素点坐标对应的目标逆透视坐标。
公式1：
Figure BDA0003142324270000111
其中，(u，v)表示目标物体边界框的底边中点的像素点坐标，(x，y)为底边中点的像素点坐标对应的目标逆透视坐标。Z表示深度值。
步骤S106，根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。
在本实施例中，为了将像素坐标与真实物理坐标对应，预先设定像素尺度与物理尺度的对应关系，即每个像素对应现实世界的长度。例如，1个像素对应现实世界的s米。
可选的，步骤S102包括：
获取所述第一区域图像的顶角像素坐标及其对应的逆透视顶角像素坐标；
根据所述第一区域图像的顶角像素坐标、所述逆透视顶角像素坐标确定所述单应矩阵。
在本实施例中，所述第一区域图像的顶角像素坐标分别为p1(u1，v1)，p2(u2，v2)，p3(u3，v3)，p4(u4，v4)，对应的逆透视顶角像素坐标分别为q1(x1，y1)，q2(x2，y2)，q3(x3，y3)，q4(x4，y4)。根据p1(u1，v1)，p2(u2，v2)，p3(u3，v3)，p4(u4，v4)，q1(x1，y1)，q2(x2，y2)，q3(x3，y3)，q4(x4，y4)计算单应矩阵。
可选的，步骤S104中，所述获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标，包括：
根据所述俯视图的大小设置所述基准点像素坐标的逆透视坐标。
在本实施例中，平视图进行逆透视变换得到的俯视图的大小是可以进行设置的。可以将俯视图的宽度的一半设置为所述基准点像素坐标的逆透视坐标的第一方向像素坐标，可以将俯视图的高度的四分之三设置为所述基准点像素坐标的逆透视坐标的第二方向像素坐标。在其他实施方式中，还可以将俯视图的高度设置为所述基准点像素坐标的逆透视坐标的第二方向像素坐标。在此不做限制。
可选的，所述获取所述第一区域图像的顶角像素坐标及其对应的逆透视顶角像素坐标，包括：
对所述平视图进行矫正，得到矫正后平视图，所述矫正后平视图包括第二区域图像，将所述第二区域图像的顶角像素坐标作为所述第一区域图像的顶角像素坐标；
根据所述基准点像素坐标的逆透视坐标、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述矩形区域的边长，确定所述逆透视顶角像素坐标。
请参阅图4，矫正后平视图中第二区域图像401的顶角像素坐标为像素点F、G、H、I的像素坐标，第二区域图像401相比矫正之前的第一区域图像203而言，第二区域图像401的边线比较直，降低了畸变效果。
可选的，所述方法还包括：
通过所述单目相机拍摄棋盘格图像，根据所述棋盘格图像获取所述单目相机的内参及畸变参数；
所述对所述平视图进行矫正，得到矫正后平视图，包括：
根据所述内参及畸变参数对所述平视图进行矫正，得到所述矫正后平视图。
在本实施例中，为确定空间物体表面某点的三维几何位置与其在图像中对应点之间的相互关系，必须建立相机成像的几何模型，这些几何模型参数就是相机参数。在大多数条件下这些参数必须通过实验与计算才能得到，这个求解内参、外参、畸变参数的过程就称之为相机标定。由图像坐标系转换为相机坐标系可得式公式1，其中等式右侧的3×4的矩阵称为相机的内参矩阵，其中fx和fy分别为x轴和y轴的焦距，u0和v0为相机的光心坐标，D为物理尺度参数。
公式2：
Figure BDA0003142324270000131
在本实施例中，除标定单目相机内参外，还需要标定单目相机的畸变参数。畸变简单来说，就是可能由于单目相机镜头的原因，一条直线投影到图片上不能保持为一条直线，产生了光学畸变。相机畸变主要分为两种，径向畸变与切向畸变。
在本实施例中，使用单目相机拍摄棋盘格图像的方式，获取单目相机的内参以及畸变参数。根据标定后的相机内参以及畸变参数，对单目相机拍摄的平视图进行畸变矫正。
可选的，所述基准点像素坐标的逆透视坐标包括第一方向基准点像素坐标及第二方向基准点像素坐标，所述第二方向垂直于所述第一方向；
所述根据所述基准点像素坐标的逆透视坐标、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述矩形区域的边长，确定所述逆透视顶角像素坐标，包括：
根据所述第一方向基准点像素坐标、所述第二方向基准点像素坐标、所述矩形区域的边长、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述逆透视顶角像素坐标与所述逆透视基准点坐标的位置关系，确定所述逆透视顶角像素坐标的第一方向坐标及第二方向坐标。
在本实施例中，若基准点为矩形区域的底边中点，将俯视图的宽度的一半设置为所述基准点像素坐标的逆透视坐标的第一方向像素坐标，将俯视图的高度的四分之三设置为所述基准点像素坐标的逆透视坐标的第二方向像素坐标，设置所述基准点像素坐标的逆透视坐标为(x，y)。由于基准点为矩形区域的底边中点，根据逆透视顶角像素坐标与所述逆透视基准点坐标的位置关系，可以推导出逆透视顶角像素坐标。
请参阅图5，若基准点为矩形区域的底边中点，基准点像素坐标的逆透视坐标为图5中像素点N的坐标，设为(x，y)，则逆透视顶角像素坐标对应为像素点J、K、L、M的坐标，若所述矩形区域的底边边长为W米，垂直于底边的竖边边长为L米，每一像素点对应物理世界的s米，可以求得底边在逆透视变换图为W/s像素，竖边在逆透视变换图为L/s像素。像素点J、K、L、M的坐标，分别为q1(x-W/2s，y-L/s)，q2(x+W/2s，y-L/s)，q3(x-W/2s，y)，q4(x+W/2s，y)。
进一步补充说明的是，按照公式3设置逆透视变换的单应矩阵：
公式3：
Figure BDA0003142324270000141
由p1逆透视转换得到q1，以p1和q1的对应关系为例，首先将p1和q1坐标变换为其次坐标(u1，v1，1)和(x1，y1，1)，二者可以通过单应矩阵得到公式4：
Figure BDA0003142324270000142
将方程展开可以得到公式5-公式7：
公式5：h1u1+h2v1+g3＝x1；
公式6：h4u1+h5v1+h6＝y1；
公式7：h7u1+h8v1+h9＝1；
由于单应矩阵存在尺度不变形，因此可以令h9＝1，此时h7u1+h8v1＝0，代入可得公式8-公式9；
公式8：h1u1+h2v1+h3-h7u1x1-h8v1y1＝x1；
公式9：h4u1+h5v1+h6-h7u1x1-h8v1y1＝y1；
以p2和q2的对应关系，可以推出公式10-公式11：
公式10：h1u2+h2u2+h3-h7u2x2-h8v2y2＝x2；
公式11：h4u2+h5v2+h6-h7u2x2-h8v2y2＝y2；
以p2和q2的对应关系，可以推出公式12-公式13：
公式12：h1u3+h2v3+h3-h7u3x3-h8v3y3＝x3；
公式13：h4u3+h5v3+h6-h7u3x3-h8v3y3＝y3；
以p3和q3的对应关系，可以推出公式14-公式15：
公式14：h1u4+h2v4+h3-h7u4x4-h8v4y4＝x4；
公式15：h4u4+h5v3+h6-h7u44-h8v4y4＝y4；
p1(u1，v1)，p2(u2，v2)，p3(u3，v3)，p4(u4，v4)可以从平视图中直接读取，对应的逆透视顶角像素坐标q1(x1，y1)，q2(x2，y2)，q3(x3，y3)，q4(x4，y4)，用q1(x-W/2s，y-L/s)，q2(x+W/2s，y-L/s)，q3(x-W/2s，y)，q4(x+W/2s，y)替换，带入公式8-公式15，计算得到单应矩阵H。
可选的，步骤S106包括：
将所述目标逆透视坐标的第一方向坐标减去所述第一方向基准点像素坐标，得到第一像素差值；将所述第一像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第一乘积；将所述第一乘积作为所述目标物体与所述单目相机之间的第一方向距离；和/或，
将所述目标逆透视坐标的第二方向坐标减去所述第二方向基准点像素坐标，得到第二像素差值；将所述第二像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第二乘积；将所述第二乘积作加上所述基准点与所述单目相机之间的第二方向距离之和，作为所述目标物体与所述单目相机之间的第二方向距离。
在本实施例中，为了计算其他平视图中路面像素点的物理坐标，需要确定物理坐标系的原点。如图6所示，将单目相机在路面的投影点设为物理坐标系的原点，以路面作为2D平面，平行于摄像头的视线作为y轴正方向，垂直于y轴的右侧为x轴正方向。测量坐标系原点与矩形区域的基准点之间的距离，具体的，在本实施例中，矩形区域的基准点为底边中点，测量坐标系原点与底边中点的y方向距离L1米。由于矩形底边中点的图像坐标为(x，y)，由此可知，其他平视图中目标物体边界框底边的任一像素点的目标逆透视坐标(a，b)在物理坐标系中的坐标为((a-x)s，(b-y)s+L1)。其中(a-x)s与(b-y)s+L1分别表示x轴方向上、y轴方向上目标物体与单目相机的真实的物理距离，单位为米。
补充说明的是，其他平视图中目标物体边界框底边的中点坐标的目标逆透视坐标(a1，b1)在物理坐标系中的坐标为((a1-x)s，(b1-y)s+L1)。其中(a1-x)s与(b1-y)s+L11分别表示x轴方向上、y轴方向上目标物体边界框底边的中点真实的物理距离，单位为米。
本实施例提供的单目测距方法，通过单目相机拍摄平视图；根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵；从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的距离；确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。这样，可以通过单目相机测量目标物体的距离，没有过多的数据要求，能实现对不规则的目标物体的测距，降低测距条件，提高测距效率。
实施例2
此外，本公开实施例提供了一种单目测距装置。
在本实施例中，单目测距装置可以是智能车、机器人等智能设备。
具体的，如图7所示，单目测距装置700包括：
拍摄模块701，用于通过单目相机拍摄平视图，所述单目相机的地面可视区域包括矩形区域，所述平视图包括所述矩形区域对应的第一区域图像；
第一确定模块702，用于根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵；
获取模块703，用于从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的所述基准点与所述单目相机之间的距离；
第一处理模块704，用于确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；
第二处理模块705，用于对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；
第二确定模块706，用于根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。
可选的，所述第一确定模块702，还用于获取所述第一区域图像的顶角像素坐标及其对应的逆透视顶角像素坐标；
根据所述第一区域图像的顶角像素坐标、所述逆透视顶角像素坐标确定所述单应矩阵。
可选的，所述第一确定模块702，还用于根据所述俯视图的大小设置所述基准点像素坐标的逆透视坐标。
可选的，所述第一确定模块702，还用于对所述平视图进行矫正，得到矫正后平视图，所述矫正后平视图包括第二区域图像，将所述第二区域图像的顶角像素坐标作为所述第一区域图像的顶角像素坐标；
根据所述基准点像素坐标的逆透视坐标、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述矩形区域的边长，确定所述逆透视顶角像素坐标。
可选的，所述单目测距装置700还包括：
矫正模块，通过所述单目相机拍摄棋盘格图像，根据所述棋盘格图像获取所述单目相机的内参及畸变参数；
所述第一确定模块702，还用于根据所述内参及畸变参数对所述平视图进行矫正，得到所述矫正后平视图。
可选的，所述基准点像素坐标的逆透视坐标包括第一方向基准点像素坐标及第二方向基准点像素坐标，所述第二方向垂直于所述第一方向；
所述第一确定模块702，还用于根据所述第一方向基准点像素坐标、所述第二方向基准点像素坐标、所述矩形区域的边长、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述逆透视顶角像素坐标与所述逆透视基准点坐标的位置关系，确定所述逆透视顶角像素坐标的第一方向坐标及第二方向坐标。
可选的，第二确定模块706，还用于将所述目标逆透视坐标的第一方向坐标减去所述第一方向基准点像素坐标，得到第一像素差值；将所述第一像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第一乘积；将所述第一乘积作为所述目标物体与所述单目相机之间的第一方向距离；和/或，
将所述目标逆透视坐标的第二方向坐标减去所述第二方向基准点像素坐标，得到第二像素差值；将所述第二像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第二乘积；将所述第二乘积作加上所述基准点与所述单目相机之间的第二方向距离之和，作为所述目标物体与所述单目相机之间的第二方向距离。
本实施例提供的单目测距装置700可以实现实施例1所示单目测距方法，为避免重复，在此不再赘述。
本实施例提供的单目测距装置，通过单目相机拍摄平视图；根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵；从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的距离；确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。这样，可以通过单目相机测量目标物体的距离，没有过多的数据要求，能实现对不规则的目标物体的测距，降低测距条件，提高测距效率。
实施例3
此外，本公开实施例提供了一种智能装置，包括单目相机、存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器上运行时执行上述方法实施例1所提供的单目测距方法。
在本实施例中，智能装置可以为智能车、机器人等智能设备。
其中，处理器，用于：通过单目相机拍摄平视图，所述单目相机的地面可视区域包括矩形区域，所述平视图包括所述矩形区域对应的第一区域图像；
根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵；
从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的距离；
确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；
对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；
根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。
可选的，处理器，还用于：获取所述第一区域图像的顶角像素坐标及其对应的逆透视顶角像素坐标；
根据所述第一区域图像的顶角像素坐标、所述逆透视顶角像素坐标确定所述单应矩阵。
可选的，处理器，还用于：根据所述俯视图的大小设置所述基准点像素坐标的逆透视坐标。
可选的，处理器，还用于：对所述平视图进行矫正，得到矫正后平视图，所述矫正后平视图包括第二区域图像，将所述第二区域图像的顶角像素坐标作为所述第一区域图像的顶角像素坐标；
根据所述基准点像素坐标的逆透视坐标、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述矩形区域的边长，确定所述逆透视顶角像素坐标。
可选的，处理器，还用于：通过所述单目相机拍摄棋盘格图像，根据所述棋盘格图像获取所述单目相机的内参及畸变参数；
根据所述内参及畸变参数对所述平视图进行矫正，得到所述矫正后平视图。
可选的，所述基准点像素坐标的逆透视坐标包括第一方向基准点像素坐标及第二方向基准点像素坐标，所述第二方向垂直于所述第一方向；
处理器，还用于：根据所述第一方向基准点像素坐标、所述第二方向基准点像素坐标、所述矩形区域的边长、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述逆透视顶角像素坐标与所述逆透视基准点坐标的位置关系，确定所述逆透视顶角像素坐标的第一方向坐标及第二方向坐标。
可选的，处理器，还用于：将所述目标逆透视坐标的第一方向坐标减去所述第一方向基准点像素坐标，得到第一像素差值；将所述第一像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第一乘积；将所述第一乘积作为所述目标物体与所述单目相机之间的第一方向距离；和/或，
将所述目标逆透视坐标的第二方向坐标减去所述第二方向基准点像素坐标，得到第二像素差值；将所述第二像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第二乘积；将所述第二乘积作加上所述基准点与所述单目相机之间的第二方向距离之和，作为所述目标物体与所述单目相机之间的第二方向距离。
本实施例提供的智能装置可以实现实施例1所示单目测距方法，为避免重复，在此不再赘述。
本实施例提供的智能装置，通过单目相机拍摄平视图；根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵；从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的距离；确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。这样，可以通过单目相机测量目标物体的距离，没有过多的数据要求，能实现对不规则的目标物体的测距，降低测距条件，提高测距效率。
实施例4
本申请还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计算机程序，通过单目相机拍摄平视图，所述单目相机的地面可视区域包括矩形区域，所述平视图包括所述矩形区域对应的第一区域图像；
根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵；
从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的距离；
确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；
对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；
根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。
所述计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：
获取所述第一区域图像的顶角像素坐标及其对应的逆透视顶角像素坐标；
根据所述第一区域图像的顶角像素坐标、所述逆透视顶角像素坐标确定所述单应矩阵。
可选的，所述计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
根据所述俯视图的大小设置所述基准点像素坐标的逆透视坐标。
可选的，所述计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
对所述平视图进行矫正，得到矫正后平视图，所述矫正后平视图包括第二区域图像，将所述第二区域图像的顶角像素坐标作为所述第一区域图像的顶角像素坐标；
根据所述基准点像素坐标的逆透视坐标、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述矩形区域的边长，确定所述逆透视顶角像素坐标。
可选的，所述计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
通过所述单目相机拍摄棋盘格图像，根据所述棋盘格图像获取所述单目相机的内参及畸变参数；
根据所述内参及畸变参数对所述平视图进行矫正，得到所述矫正后平视图。
可选的，所述基准点像素坐标的逆透视坐标包括第一方向基准点像素坐标及第二方向基准点像素坐标，所述第二方向垂直于所述第一方向；
所述计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
根据所述第一方向基准点像素坐标、所述第二方向基准点像素坐标、所述矩形区域的边长、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述逆透视顶角像素坐标与所述逆透视基准点坐标的位置关系，确定所述逆透视顶角像素坐标的第一方向坐标及第二方向坐标。
可选的，所述计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
将所述目标逆透视坐标的第一方向坐标减去所述第一方向基准点像素坐标，得到第一像素差值；将所述第一像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第一乘积；将所述第一乘积作为所述目标物体与所述单目相机之间的第一方向距离；和/或，
将所述目标逆透视坐标的第二方向坐标减去所述第二方向基准点像素坐标，得到第二像素差值；将所述第二像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第二乘积；将所述第二乘积作加上所述基准点与所述单目相机之间的第二方向距离之和，作为所述目标物体与所述单目相机之间的第二方向距离。
在本实施例中，计算机可读存储介质可以为只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)、磁碟或者光盘等。
本实施例提供的计算机可读存储介质可以实现实施例1所示单目测距方法，为避免重复，在此不再赘述。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者终端不仅包括那些要素，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、物品或者终端所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者终端中还存在另外的相同要素。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请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申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种单目测距方法，其特征在于，所述方法包括：
通过单目相机拍摄平视图，所述单目相机的地面可视区域包括矩形区域，所述平视图包括所述矩形区域对应的第一区域图像；
根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵；
从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的距离；
确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；
对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；
根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵，包括：
获取所述第一区域图像的顶角像素坐标及其对应的逆透视顶角像素坐标；
根据所述第一区域图像的顶角像素坐标、所述逆透视顶角像素坐标确定所述单应矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标，包括：
根据所述俯视图的大小设置所述基准点像素坐标的逆透视坐标。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取所述第一区域图像的顶角像素坐标及其对应的逆透视顶角像素坐标，包括：
对所述平视图进行矫正，得到矫正后平视图，所述矫正后平视图包括第二区域图像，将所述第二区域图像的顶角像素坐标作为所述第一区域图像的顶角像素坐标；
根据所述基准点像素坐标的逆透视坐标、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述矩形区域的边长，确定所述逆透视顶角像素坐标。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述单目相机拍摄棋盘格图像，根据所述棋盘格图像获取所述单目相机的内参及畸变参数；
所述对所述平视图进行矫正，得到矫正后平视图，包括：
根据所述内参及畸变参数对所述平视图进行矫正，得到所述矫正后平视图。
6.根据权利要求4所述的单目测距方法，其特征在于，所述基准点像素坐标的逆透视坐标包括第一方向基准点像素坐标及第二方向基准点像素坐标，所述第二方向垂直于所述第一方向；
所述根据所述基准点像素坐标的逆透视坐标、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述矩形区域的边长，确定所述逆透视顶角像素坐标，包括：
根据所述第一方向基准点像素坐标、所述第二方向基准点像素坐标、所述矩形区域的边长、所述物理尺度与像素尺度的对应关系、所述逆透视顶角像素坐标与所述逆透视基准点坐标的位置关系，确定所述逆透视顶角像素坐标的第一方向坐标及第二方向坐标。
7.根据权利要求6所述的单目测距方法，其特征在于，所述根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离，包括：
将所述目标逆透视坐标的第一方向坐标减去所述第一方向基准点像素坐标，得到第一像素差值；将所述第一像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第一乘积；将所述第一乘积作为所述目标物体与所述单目相机之间的第一方向距离；和/或，
将所述目标逆透视坐标的第二方向坐标减去所述第二方向基准点像素坐标，得到第二像素差值；将所述第二像素差值乘以物理尺度与像素尺度的对应关系，得到第二乘积；将所述第二乘积作加上所述基准点与所述单目相机之间的第二方向距离之和，作为所述目标物体与所述单目相机之间的第二方向距离。
8.一种单目测距装置，其特征在于，所述装置包括：
拍摄模块，用于通过单目相机拍摄平视图，所述单目相机的地面可视区域包括矩形区域，所述平视图包括所述矩形区域对应的第一区域图像；
第一确定模块，用于根据所述第一区域图像的顶角像素坐标确定用于将所述平视图逆透视变换为俯视图的单应矩阵；
获取模块，用于从所述矩形区域的底边确定基准点，获取所述基准点与所述单目相机之间的所述基准点与所述单目相机之间的距离；
第一处理模块，用于确定所述基准点在所述第一区域图像中对应的基准点像素坐标，获取所述基准点像素坐标对应的逆透视基准点坐标；
第二处理模块，用于对所述单目相机拍摄的其他平视图进行目标物体检测，得到目标物体边界框，根据所述单应矩阵对所述目标物体边界框的底边任一像素点坐标进行逆透视变换，获取所述底边任一像素点坐标对应的目标逆透视坐标；
第二确定模块，用于根据所述逆透视基准点坐标、所述目标逆透视坐标、物理尺度与像素尺度的对应关系、及所述基准点与所述单目相机之间的距离，确定所述目标物体与所述单目相机之间的距离。
9.一种智能装置，其特征在于，包括单目相机、存储器以及处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序在所述处理器运行时执行权利要求1至7中任一项所述的单目测距方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序在处理器上运行时执行权利要求1至7中任一项所述的单目测距方法。
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