一种车载单摄像头目标动态测距方法技术

本发明专利技术公开了一种车载单摄像头目标动态测距方法，包括以下步骤：取样摄像头视频图像的0时刻的画面，定义为第1帧画面PT[0]，并对画面进行灰度化处理对灰度化处理后的图像进行目标的识别，得到典型目标的轮廓，并用方形标记，并记录此时目标的成像方图的像高度和像宽度；顺序记录相邻i帧的PT[1]、PT[2]......PT[i]图像，得到在PT[N]图像中目标的成像图像的像高度和像宽度；记录当前的车辆行进速度；推导计算得到距目标的距离值。本发明专利技术的方法，单摄像头，无需辅助；实时性好，算法简练精干，易于与视频实时结合；不依赖光学参数和目标物体特征；对场景适应能力强；成本低，实用性强。

A method for dynamic target location of vehicle single camera

The invention discloses a vehicle mounted single camera object dynamic measurement method, which comprises the following steps: 0 time sampling camera video images, defined as first frames PT[0], and identification of gray-scale image processing to process the gray target on the image, the typical target profile, and the square marking at this time, and record the target imaging images of the height and width as; sequential recording frame PT[1], adjacent I PT[2]... PT[i]... Image, get the image target in PT[N] image as the height and the like width; record when the travel speed of the vehicle before; derived calculated distance from the target value. Method, the single camera, without auxiliary; good real-time, easy and concise algorithm capable of real-time video combination; do not depend on the optical parameters and object characteristics; strong ability to adapt to the scene; low cost, strong practicability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种车载单摄像头目标动态测距方法，可实现单摄像头对前方或后方物体或目标进行动态测距。
技术介绍
动态距离测量是众多应用领域的一个基本问题，在导航、建筑施工、交通控制、军事中均有着重要的应用价值。传统的动态距离测量方法主要包括两种，一是：采用激光、声纳、测距雷达等有源装置进行主动测量，这种测量方式除了成本高外，被测目标易受到影响(激光，雷达电磁辐射等)，不利于被测目标的保护和测量活动(如军事侦察)的隐蔽。二是：基于图像(视频)视觉的测量方法，根据系统所要求的图像采集镜头的数量，又可分为基于多目观测的测量方式和基于单目观测的测量方式。基于多目观测的测量方式又称为基于立体像对的目标测量，是动态目标测量研究中最为成熟的一种方法，它利用立体像对的三角交会原理进行距离测量，具有算法设计简单的优点；其缺点是图像采集需要专业设备，复杂昂贵，每个采集镜头成像参数以及多个镜头之间的相对姿态参数必须事先经过严格校正才能保证测量的准确性；为了保证测距精度，两个采集镜头之间的基线相对于测量目标的尺寸比必须足够大，造成设备的应用限制较大；而与之相比，基于单目观测的目标测量方式对成像设备的要求大大降低，无需专业立体成像设备，任何具有成像能力的设备如普通的监控摄像机、家用DV等都可以做为系统的图像采集镜头，同时也不存在立体成像设备的基线要求限制；所付出的代价是算法的复杂性增高，对系统的计算能力要求较高。目前对基于单目观测的目标测量方法研究仍集中在二维平面场景的测量和目标同名特征已知情况下的三维刚体目标测量，应用范围限制较大，限定应用场景或限定目标类型，自动化程度较低，需要用户手工标定目标同名特征信息；对在事先未知目标同名特征情况下的三维刚体目标测量的研究并不多见，而这正是实际应用中最为需要的。要实现测距，一般的技术方法有双目视觉定位法，激光测距、雷达测距(超声波、毫米波、厘米波测距等)以及光学投影法。采用双目视觉定位法(见中国专利：CN201210430928.4、CN201110238242.0、CN201310202663.7)，模拟人眼成像原理，需要利用2个摄像头，同时采集图像数据，利用2个摄像头的固定位置差，以及目标图像在两个摄像头中的位置差，结合三角函数关系，即可计算出目标位置。激光测距(见中国专利：CN201410040445.2)，利用光速不变原理，一般采用发射主动激光脉冲，然后测量回收的激光脉冲与发射脉冲的时间差，然后计算光程。激光测距精度高，速度快，但激光发射、脉冲检测装置非常复杂昂贵，而且具备不安全因素。雷达测距的应用较多，其利用多普勒原理进行测距和测速，不同的应用，根据精度和成本考虑，有超声波(见中国专利：CN201210466663.3)、毫米波测距等等。此外还有光学投影法(见中国专利：CN201310410512.0)等，也可以获得距离信息，但需要专门的投影设备以及精确的投影源图像，不仅体积大，对设备要求较高，对应用环境也要求高，不适合车载应用。采用单摄像头实现测距的专利主要的技术途径有：中兴公司的中国专利CN201110216724.6，虽然采用的单摄像头，但其实际上是利用在摄录平移目标时，目标与摄像头发生了相对平移，如果记录平移运动的信息，则可以采用类似双目测距的方式，得到目标的距离信息。但其主要用于对目标连续跟踪，且在测距时必须记录运动信息，并且相对目标要进行平移运动，不能对前方物体实时测距。哈尔滨工业大学的中国专利CN201410100639.7，针对待测目标，采用固定摄像头，特定角度固定的方式，对图像进行计算机技术分析，利用投影几何解算，得到物体距离，其需要特定光源、特定的角度等等限制措施，不利于车载运动应用。北京航空航天大学的中国专利CN201310446303.1，采用立式标靶对单摄像头系统进行距离和高度数据定标，然后根据待测目标的图像和投影信息，比对标准靶标信息，获得目标信息，该系统需要标靶定标。广州市佳思信息科技有限公司的中国专利CN201310115393.6，在0.5m和1m两个标准的距离下的，对人脸标定值，然后根据标定值，对光栅进行修正。其用于裸眼3D应用，与本专利技术应用领域和方法差异较大。清华大学的中国专利CN201010224728.4，基于单目视频，采用2D-3D的推算，然后3D-2D的反演比较，不断的迭代处理，可以获得2D图像中的3D信息，但其采用方法中，3D的演算计算量大，且涉及到算法可能不收敛，得不到最终的结果。另外，由于涉及到不断的迭代，不适合实时视频测距要求。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供了基于车载应用的单摄像头视频的实时目标动态测距方法，无需增加额外设备，具有不损伤被观测目标优点，同时具有成本低、自动化程度高的优点。非常适合车载应用。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种车载单摄像头目标动态测距方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1：取样摄像头视频图像的0时刻的画面，定义为第1帧画面PT[0]，并对画面进行灰度化处理；步骤2：对灰度化处理后的图像进行目标的识别，可得到典型目标的轮廓，并用方形标记，并记录此时目标的成像方图的像高度PTH(0)和像宽度；步骤3：顺序记录相邻i帧的PT[1]、PT[2]......PT[i]图像，得到在PT[N]图像中目标的成像图像的像高度PTH(N)和像宽度PTW(N)，其中，N＝1，2,…,i；步骤4：记录当前的车辆行进速度；步骤5：推导计算得到距目标的距离值。步骤5中，推导计算步骤如下：设定：摄像头相对目标的运动速度为V，摄像头焦距为f，视频每帧积分时间为FS，目标的高度为TH，在选定的时间0点，最初始的目标和摄像头的距离为L0，图像帧编号为N，则实时的时间为：t＝N×FS (1)此时摄像头距目标的距离为：L(N)＝L0-Vt＝L0-N×V×FS＝L0-k1N (2)其中，令：k0＝f×TH (3)k1＝V×FS (4)记k1作单帧运动量(也可认为为单帧误差)。则有此时的第N帧图像中像高度PTH(N)＝(f×TH)/(L(N))＝k0/(L0-k1N) (5)定义物像在下一帧的变化趋势大小为膨胀率，则此时在像高方向上的膨胀率 PTH ′ ( N ) = d P T H ( N ) d N = k 0 k 1 / ( L 0 - k 1 N ) 2 - - - ( 6 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车载单摄像头目标动态测距方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1：取样摄像头视频图像的0时刻的画面，定义为第1帧画面PT[0]，并对画面进行灰度化处理；步骤2：对灰度化处理后的图像进行目标的识别，得到典型目标的轮廓，并用方形标记，并记录此时目标的成像方图的像高度PTH(0)和像宽度；步骤3：顺序记录相邻i帧的PT[1]、PT[2]......PT[i]图像，得到在PT[N]图像中目标的成像图像的像高度PTH(N)和像宽度PTW(N)，其中，N＝1，2,…,i；步骤4：记录当前的车辆行进速度；步骤5：推导计算得到距目标的距离值。

【技术特征摘要】
1.一种车载单摄像头目标动态测距方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1：取样摄像头视频图像的0时刻的画面，定义为第1帧画面PT[0]，并对画面进行灰度化处理；步骤2：对灰度化处理后的图像进行目标的识别，得到典型目标的轮廓，并用方形标记，并记录此时目标的成像方图的像高度PTH(0)和像宽度；步骤3：顺序记录相邻i帧的PT[1]、PT[2]......PT[i]图像，得到在PT[N]图像中目标的成像图像的像高度PTH(N)和像宽度PTW(N)，其中，N＝1，2,…,i；步骤4：记录当前的车辆行进速度；步骤5：推导计算得到距目标的距离值。2.根据权利要求1所述的一种车载单摄像头目标动态测距方法，其特征是，步骤5中，推导计算步骤如下：设定：摄像头相对目标的运动速度为V，摄像头焦距为f，视频每帧积分时间为FS，目标的高度为TH，在选定的时间0点，最初始的目标和摄像头的距离为L0，图像帧编号为N，则实时的时间为：t＝N×FS (1)此时摄像头距目标的距离为：L(N)＝L0-Vt＝L0-N×V×FS＝L0-k1N (2)其中，令：k0＝f×TH (3)k1＝V×FS (4)记k1作单帧运动量(也可认为为单帧误差)。则有此时的第N帧图像中像高度PTH(N)＝(f×TH)/(L(N))＝k0/(L0-k1N) (5)定义物像在下一帧的变化趋势大小为膨胀率，则此时在像高方向上的膨胀率 PTH ′ ( N ) = d P T H ( N ) d N = k 0 k 1 / ( L 0 - k 1 N ) 2 - - - ( 6 ) ]]>则有：PTH(N)/PTH′(N)＝(L0-k1N)/k1＝L0/k1-N (7)故：L0＝(PTH(N)/PTH′(N)+N)×k1 (8)又： PTH ′ ( N ) = lim Δ N → 0 P T H ( N + Δ N ) - P T H ( N ) Δ N - - - ( 9 ) ]]>则因为帧为自然数编号，且图像为连续变化，故得： PTH ′ ( N ) ≈ P T H ( M ) - P T H ( N ) M - N = P T H ( N + 1 ) - P T H ( N ) - - - ( 10 ) ]]>故有：L0≈(PTH(N)/(PTH(N+1)-PTH(N))+N)×k1 (11)取： L 0 ≈ ( Σ N = 0 i ( ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈远金，张猛蛟，鞠莉娜，刘彬，张磊，白涛，吕江萍，梁宛玉，
申请(专利权)人：北方电子研究院安徽有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34