基于平行环境元素的单目视觉测距方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及测距领域，公开一种基于平行环境元素的单目视觉测距方法和系统，方法包括：标定单目摄像机的横向像素焦距f

【技术实现步骤摘要】
基于平行环境元素的单目视觉测距方法和系统


[0001]本专利技术涉及测距
，尤其是指一种基于平行环境元素的单目视觉测距方法和系统。

技术介绍

[0002]人工智能自上世纪五十年代诞生，曲折发展至本世纪，即进入了蓬勃发展阶段，近年来更是被国家列入发展规划，受到了越来越多人的重视。国家发展规划不仅从学术研究的角度对人工智能的发展提出了明确的方向，也从经济发展的方向对人工智能的产业化过程给出了明晰的指导。
[0003]人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门计算机科学，主要有机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等方向。在大数据、超级计算等技术以及社会发展的共同驱动下，人工智能呈现出深度学习、跨界融合、人机协同等新特征。在这其中，图像识别的具体任务包括图像处理、图像分析、图像理解等，利用视觉距离测定是其中一个细分热门研究方向。
[0004]目前，距离传感器的研究主要分为三类，分别是红外激光测距、超声波测距和可见光测距。红外激光测距的主要设备是激光雷达，可按照探测种类分为单点测距、二维测距和三维测距三种，其特点是精度极高、分辨率好、实时性极强、有效测量距离远；但是，红外激光测距的成本高、算法研发难度大。超声波测距是利用超声波接触到障碍物后会反弹的特点进行距离测定，其原理和红外测距相同，也因而具有成本低、实时性强、算法研发难度低等优点；但是，超声波测距由于难于精确限定超声波传播张角而容易受到噪声污染，且分辨率偏低，有效测量距离偏低。可见光测距即为视觉测距，是一种利用单目摄像机进行距离测定的方法，与其他两种方式相比精度、成本、实时性、算法研发难度、有效测量距离均介于二者之间，同时又可根据所依赖的视图数量分为双目测距和单目测距两种。其中，双目测距的精度较高，但实时性稍弱，标定复杂。单目测距实时性强、设备调试简单，具有非常广泛的应用前景，但是单目测距则精度偏低，需要依赖先验知识。

技术实现思路

[0005]为此，本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术中的不足，提供一种基于平行环境元素的单目视觉测距方法和系统，可以增强实时性、稳定性和可靠性、有效降低测量误差、拓展单目视觉测距的应用场景。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于平行环境元素的单目视觉测距方法，包括：
[0007]步骤1：标定单目摄像机的横向像素焦距，根据所述横向像素焦距得到测量距离和实际距离间的补充修正系数；
[0008]步骤2：使用单目摄像机采集场景照片，获取场景照片中平行环境元素和待测目标在所述平行环境元素所成平面上的投影像点；
[0009]步骤3：计算与平行环境元素垂线的方向上的消影点；
[0010]步骤4：使用所述消影点和待测目标在所述平行环境元素所成平面上的投影像点构建直线，计算所述直线被该组平行环境元素的两条像直线截得的线段长度；
[0011]步骤5：根据所述横向像素焦距、线段长度和两条平行像直线间的实际距离计算原始距离测量值；
[0012]步骤6：使用所述补充修正系数修正所述原始距离测量值得到最终的距离测量值。
[0013]作为优选的，所述标定单目摄像机的横向像素焦距，具体为：
[0014]步骤1
‑
1：选取棱角分明并且长度已知的标定物；
[0015]步骤1
‑
2：测量场景中平行环境元素的间距；
[0016]步骤1
‑
3：获取待测目标出现的范围区间，测定范围区间的平均距离值，使用所述平均距离值划定标定范围；
[0017]步骤1
‑
4：在所述标定范围中设置多个距离间距，在每个距离间距处横向放置标定物，在定点拍摄每个标定物并记录各个标定物与单目摄像机之间的距离，从拍摄的相片中提取出标定物的像素长度，将每张相片中标定物的像素长度和当前标定物与单目摄像机之间的距离作为标定数据对；
[0018]步骤1
‑
5：根据标定数据对得到每张相片的像素焦距，将所有相片的像素焦距的平均值作为所述单目摄像机的横向像素焦距。
[0019]作为优选的，使用所述平均距离值划定标定范围，具体为：
[0020]以所述待测距离的预估平均值为基准，向近处和远处各延伸距离a米作为标定范围；
[0021]在所述标定范围中设置多个距离间距，具体为：
[0022]在所述标定范围中设置大于等于a个的距离间距。
[0023]作为优选的，所述根据标定数据对得到每张相片的像素焦距，具体为：
[0024]所述像素焦距其中，l
pixel
为每张相片中标定物的像素长度，d为标定物与单目摄像机之间的距离，l
c
为标定物的实际横向长度。
[0025]作为优选的，根据所述横向像素焦距得到测量距离和实际距离间的补充修正系数，具体为：
[0026]建立使用单目摄像机拍摄的图像中物体的横向尺度x、物体的实际宽度w、物体与摄像机之间的距离z之间的比例关系式：其中，f
x
为横向像素焦距；
[0027]将标定得到的单目摄像机的横向像素焦距f
x
代入关系式多次执行步骤2
‑
步骤5得到多次的原始距离测量值，将多次的原始距离测量值与实际测量距离进行线性拟合得到斜率值为k、截距值为b的直线方程表达式，将所述k和b作为所述补充修正系数。
[0028]作为优选的，所述获取场景照片中平行环境元素和待测目标在所述平行环境元素所成平面上的投影像点，具体为：
[0029]步骤2
‑
1：建立当前场景照片的图像坐标系，接受外部传入环境中的平行环境元素并计算各个平行环境元素在图像坐标系下的直线方程表达式；
[0030]步骤2
‑
2：根据直线方程表达式建立平行环境元素所成的平面，接受外部传入的待测目标并将待测目标投影到所述平行环境元素所成的平面上得到所述投影像点。
[0031]作为优选的，所述计算与平行环境元素垂线的方向上的消影点，具体为：
[0032]步骤3
‑
1：从一组平行环境元素的两条像直线l1、l2中各取两像点得到像点集S＝{X1,X2,X3,X4}，其中X1、X3属于l1，X2、X4属于l2，且X1的纵坐标大于X2、X3的纵坐标大于X4；
[0033]步骤3
‑
2：根据像点集S构建伪像点集S
′
＝{X
′1,X
′2,X
′3,X
′4}，其中X
′1＝X1、X
′3＝X3，X
′2和X
′4的取值满足X
′1、X
′2、X
′3、X
′4四点构成矩形；
[0034]步骤3
‑
3：计算满足X
′
＝HX的单应矩阵H，
[0035]步骤3
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于平行环境元素的单目视觉测距方法，其特征在于，包括：步骤1：标定单目摄像机的横向像素焦距，根据所述横向像素焦距得到测量距离和实际距离间的补充修正系数；步骤2：使用单目摄像机采集场景照片，获取场景照片中平行环境元素和待测目标在所述平行环境元素所成平面上的投影像点；步骤3：计算与平行环境元素垂线的方向上的消影点；步骤4：使用所述消影点和待测目标在所述平行环境元素所成平面上的投影像点构建直线，计算所述直线被该组平行环境元素的两条像直线截得的线段长度；步骤5：根据所述横向像素焦距、线段长度和两条平行像直线间的实际距离计算原始距离测量值；步骤6：使用所述补充修正系数修正所述原始距离测量值得到最终的距离测量值。2.根据权利要求1所述的基于平行环境元素的单目视觉测距方法，其特征在于：所述标定单目摄像机的横向像素焦距，具体为：步骤1
‑
1：选取棱角分明并且长度已知的标定物；步骤1
‑
2：测量场景中平行环境元素的间距；步骤1
‑
3：获取待测目标出现的范围区间，测定范围区间的平均距离值，使用所述平均距离值划定标定范围；步骤1
‑
4：在所述标定范围中设置多个距离间距，在每个距离间距处横向放置标定物，在定点拍摄每个标定物并记录各个标定物与单目摄像机之间的距离，从拍摄的相片中提取出标定物的像素长度，将每张相片中标定物的像素长度和当前标定物与单目摄像机之间的距离作为标定数据对；步骤1
‑
5：根据标定数据对得到每张相片的像素焦距，将所有相片的像素焦距的平均值作为所述单目摄像机的横向像素焦距。3.根据权利要求2所述的基于平行环境元素的单目视觉测距方法，其特征在于：使用所述平均距离值划定标定范围，具体为：以所述待测距离的预估平均值为基准，向近处和远处各延伸距离a米作为标定范围；在所述标定范围中设置多个距离间距，具体为：在所述标定范围中设置大于等于a个的距离间距。4.根据权利要求2所述的基于平行环境元素的单目视觉测距方法，其特征在于：所述根据标定数据对得到每张相片的像素焦距，具体为：所述像素焦距其中，l
pixel
为每张相片中标定物的像素长度，d为标定物与单目摄像机之间的距离，l
c
为标定物的实际横向长度。5.根据权利要求1所述的基于平行环境元素的单目视觉测距方法，其特征在于：根据所述横向像素焦距得到测量距离和实际距离间的补充修正系数，具体为：建立使用单目摄像机拍摄的图像中物体的横向尺度x、物体的实际宽度w、物体与摄像机之间的距离z之间的比例关系式：其中，f
x
为横向像素焦距；
将标定得到的单目摄像机的横向像素焦距f
x
代入关系式多次执行步骤2
‑
步骤5得到多次的原始距离测量值，将多次的原始距离测量值与实际测量距离进行线性拟合得到斜率值为k、截距值为b的直线方程表达式，将所述k和b作为所述补充修正系数。6.根据权利要求1所述的基于平行环境元素的单目视觉测距方法，其特征在于：所述获取场景照片中平行环境元素和待测目标在所述平行环境元素所成平面上的投影像点，具体为：步骤2
‑
1：建立当前场景照片的图像坐标系，接受外部传入环境中的平行环境元素并计算各个平行环境元素在图像坐标系下的直线方程表达式；步骤2
‑
2：根据直线方程表达式建立平行环境元素所成的平面，接受外部传入的待测目标并将待测目标投影到所述平行环境元素所成的平面上得到所述投影像点。7.根据权利要求1所述的基于平行环境元素的单目视觉测距方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：王远鹏，吴澄，盛洁，张瑾，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：