一种基于超焦距成像的大面积区域中目标物体测量方法技术

本发明专利技术涉及一种基于超焦距成像的大面积区域中目标物体测量方法，包括：步骤(1)：对相机的像距进行定标；步骤(2)：设置相机位置使得大面积区域中的参考线位于相机成像面内；所述参考线和相机成像面的水平边缘平行；步骤(3)：通过在大面积区域中放置一定标物体，并根据所述参考线来计算相机的倾角；步骤(4)：根据所述相机的倾角计算大面积区域中目标物体的纵向长度；步骤(5)：根据所述相机的倾角计算大面积区域中目标物体的横向长度。本发明专利技术能够有效计算大面积区域中的目标物体的大小。算大面积区域中的目标物体的大小。算大面积区域中的目标物体的大小。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超焦距成像的大面积区域中目标物体测量方法


[0001]本专利技术涉及成像测量
，特别是涉及一种基于超焦距成像的大面积区域中目标物体测量方法。

技术介绍

[0002]随着人类对海洋湖泊等水域开发的逐步深入，水面漂浮物越来越多，影响到了水体环境和水生物的生存，水面漂浮物一般被认为是水面垃圾，需要对其进行评估和清扫。针对以上问题，如果在水面上或近岸安装数码相机，对该水域的表面拍摄照片，对于所拍摄的区域内的漂浮物进行评估，可为水面漂浮物的处理提供决策依据。
[0003]已有技术如下：
[0004]数码相机和数码摄像机，都是数码成像设备，其不同之处在于数码相机主要用于记录单帧的静态图像，数码摄像机主要用于记录连续的动态影像。由于本专利技术是针对静态图像进行处理，其图像来源可以是数码相机拍摄的静态图像，也可以时数码摄像机拍摄动态影像的截图，二者在数据处理上方法一样，为叙述方便，均称其为数码相机。
[0005]数码相机的基本原理是利用光学镜头将像成在面阵感光传感器上，感光传感器由许多个光敏像元按一定规律排列组成的，像元一般排列成一个M
×
N的一个阵列。光线经过镜头进入相机内，在感光传感器上成像，感光传感器上的各个像元记录其上的光强，再经模数转换成为数字信号，再经过图像处理器形成一个M
×
N像素的原始图片。对于数码相机，其技术参数一般会包括像元的行列数、感光面尺寸、镜头焦距等。由像元的行列数、感光面尺寸可以计算出每个像元所占据的尺寸(包含像元间的间隔)，以此计算出的像元为长方形，因此可以计算出一个像元占据a
×
b的面积，其中a为像元的水平长度，b为像元的竖直高度。
[0006]一般情况下，相机镜头的光轴垂直于面阵感光传感器，并与感光传感器相交于其几何中心，一般情况可认为该点的像元坐标为(M/2,N/2)。
[0007]由于数码相机的镜头焦距小，光圈小，所以其景深一般比较大，在物距变化很大的范围内可以保证成像的清晰度。利用超焦距成像，可以在不需要对焦的情况下，通过较大距离的景深实现在很大的距离范围内影像的清晰。对于广角数码相机，镜头焦距一般为几毫米，被拍摄的物体到镜头的距离一般在米及以上的距离，物距与焦距相差2个量级以上。因此在物距发生变化时，像距变化很小，即使具有自动对焦功能的相机，其自动对焦行程一般在250～400um，约占其焦距的二十分之一，像距的变化也很小，在一定程度上可以看作超焦距成像。
[0008]由于数码相机感光传感器的像元的尺寸是已知，统计某物的像在感光传感器所占的像素数，就可以得到像的大小。如果知道物距和像距，就能很容易计算出物体的大小。但由于普通数码相机不能记录物距，所以通过数码照片不能直接计算出物体的大小。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于超焦距成像的大面积区域中目标物
体测量方法，能够有效计算大面积区域中的目标物体的大小。
[0010]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于超焦距成像的大面积区域中目标物体测量方法，包括：
[0011]步骤(1)：对相机的像距进行定标；
[0012]步骤(2)：设置相机位置使得大面积区域中的参考线位于相机成像面内；
[0013]所述参考线和相机成像面的水平边缘平行；
[0014]步骤(3)：通过在大面积区域中放置一定标物体，并根据所述参考线来计算相机的倾角；
[0015]步骤(4)：根据所述相机的倾角计算大面积区域中目标物体的纵向长度；
[0016]步骤(5)：根据所述相机的倾角计算大面积区域中目标物体的横向长度。
[0017]所述步骤(1)具体为：在相机的成像范围内放置一平板作为物屏，在所述物屏的竖直方向上相距有X和Y两个点，调节相机使Y点成像于成像面的几何中心，根据公式计算出其中，O为镜头光心，OY' 为相机的像距，OY为物距，X'Y'为X和Y所成像之间的距离，XY为物屏上X和Y之间的距离。
[0018]所述步骤(3)包括：
[0019]步骤(31)：将相机置于距离水平面高度h的位置；
[0020]步骤(32)：在大面积区域中放置一定标物体B，并使所述定标物体B的像B'位于成像面的几何中心；
[0021]步骤(33)：计算相机的倾角，公式为：
[0022]∠tilt＝∠tilt
初
±
(∠β
‑
∠β
初
)
[0023]其中，∠tilt
初
为相机初始定标条件下的倾角且O 为镜头光心，A为相机在大面积区域所在水平面上的垂直投影点，OA＝h为相机到大面积区域所在水平面的垂直距离，AB＝s为A点到定标物体B的距离；∠β
初
为初始定标条件下
[0024][0025]参考线—相机连线与相机光轴之间的夹角且C为参考线上的一点且C与A点和B点在同一直线上，m1为定标时参考线在成像面中所在的像元行数，v为相机的像距，B'C'为定标物体B和参考线对应的点C在成像面中的距离；∠β为当前参考线—相机连线与相机光轴之间的夹角且m2为当前参考线在成像面中所在的像元行数，M为感光面像元的行数，b为感光面像元的高度。
[0026]所述步骤(3)中的参考线为海天线或地平线。
[0027]所述步骤(4)包括：
[0028]步骤(41)：选取成像在感光面中心列的目标物体上的两点E和F；
[0029]步骤(42)：计算相机在大面积区域所在水平面上的垂直投影点A与目标物体上点F的距离AF，公式为：AF＝OA
×
tan∠AOF＝h
×
tan(∠tilt
±
∠B
*
OF)，其中，O为镜头光心，A 为相机在大面积区域所在水平面垂直方向上的投影点，OA＝h为相机到大面积区域所在水平面的垂直距离，B
*
为当前实际测量时相机光轴与大面积区域的相交点，∠AOF＝∠AOB
*
±
∠B
*
OF＝∠tilt
±
∠B
*
OF，其中，∠tilt为相机的倾角；
[0030]步骤(43)：计算相机在大面积区域所在水平面上的垂直投影点A与目标物体上点E的距离AE，公式为：AE＝OA
×
tan∠AOE＝h
×
tan(∠tilt
±
∠B
*
OE)；
[0031]步骤(44)：根据距离AF和距离AE计算目标物体的纵向长度，公式为：
[0032][0033]其中，v为相机的像距，s为定标时A点到定标物体B的距离，m2为当前参考线在成像面中所在的像元行数，m1为定标时参考线在成像面中所在的像元行数，M为感光面像元的总行数，b为感光面像元的高度，m
E'
为E点的像E'所在像元的行数，m...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超焦距成像的大面积区域中目标物体测量方法，其特征在于，包括：步骤(1)：对相机的像距进行定标；步骤(2)：设置相机位置使得大面积区域中的参考线位于相机成像面内；所述参考线和相机成像面的水平边缘平行；步骤(3)：通过在大面积区域中放置一定标物体，并根据所述参考线来计算相机的倾角；步骤(4)：根据所述相机的倾角计算大面积区域中目标物体的纵向长度；步骤(5)：根据所述相机的倾角计算大面积区域中目标物体的横向长度。2.根据权利要求1所述的基于超焦距成像的大面积区域中目标物体测量方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：在相机的成像范围内放置一平板作为物屏，在所述物屏的竖直方向上相距有X和Y两个点，调节相机使Y点成像于成像面的几何中心，根据公式计算出其中，O为镜头光心，OY'为相机的像距，OY为物距，X'Y'为X和Y所成像之间的距离，XY为物屏上X和Y之间的距离。3.根据权利要求1所述的基于超焦距成像的大面积区域中目标物体测量方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：步骤(31)：将相机置于距离水平面高度h的位置；步骤(32)：在大面积区域中放置一定标物体B，并使所述定标物体B的像B'位于成像面的几何中心；步骤(33)：计算相机的倾角，公式为：∠tilt＝∠tilt
初
±
(∠β
‑
∠β
初
)其中，∠tilt
初
为相机初始定标条件下的倾角且O为镜头光心，A为相机在大面积区域所在水平面上的垂直投影点，OA＝h为相机到大面积区域所在水平面的垂直距离，AB＝s为A点到定标物体B的距离；∠β
初
为初始定标条件下参考线—相机连线与相机光轴之间的夹角且C为参考线上的一点且C与A点和B点在同一直线上，m1为定标时参考线在成像面中所在的像元行数，v为相机的像距，B'C'为定标物体B和参考线对应的点C在成像面中的距离；∠β为当前参考线—相机连线与相机光轴之间的夹角且m2为当前参考线在成像面中所在的像元行数，M为感光面像元的行数，b为感光面像元的高度。4.根据权利要求1所述的基于超焦距成像的大面积区域中目标物体测量方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴阳，韦波，张忭忭，王斐，杨胜龙，郑汉丰，石永闯，张衡，
申请(专利权)人：中国水产科学研究院东海水产研究所，
类型：发明
国别省市：