单目测距方法以及系统

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种单目测距方法以及系统。

背景技术

视觉测距涉及范围广泛，如车辆、行人、树木、马路边缘、交通标志和路面标记等信息。基于视觉的测距方法通常有单目视觉测距和多目视觉测距两种方式。单目视觉测距技术相对于多目视觉测距技术具有成本低廉、系统安装简单、稳定性好等特点，而且不会出现复杂的图像匹配问题。

然而，传统单目测距方法，通过拍摄棋盘格不同角度的图像计算相机内参矩阵和外参矩阵，借助脱离了目标的外部工具棋盘格进行测距。当外部工具棋盘格发生变化时，传统单目测距方法也需要做适应性修改，容易导致传统单目测距方法的测距精度偏低。

发明内容

本发明的目的是解决传统单目测距方法依靠于外部工具棋盘格进行测距导致的精度偏低的技术问题。为实现上述目的，本发明提供一种单目测距方法以及系统。

本发明提供一种单目测距方法，包括：

获取经图像采集设备采集的图像中目标检测框的横向宽度；

根据相机坐标系与图像坐标系的转换关系，获得横向测距关系表达式；

对所述横向测距关系表达式进行差分计算，获得横向测距距离表达式；

获取目标横向宽度约束条件，并根据所述横向测距距离表达式与所述目标横向宽度约束条件，计算获得第一测距距离。

在一个实施例中，所述方法还包括：

根据相机坐标系与图像坐标系的转换关系，获得纵向测距关系表达式；

获取所述图像采集设备的安装高度、焦距以及像元尺寸，并根据所述纵向测距关系表达式、所述安装高度、所述焦距以及所述像元尺寸，计算获得第二测距距离。

在一个实施例中，所述方法还包括：

设置第一约束高度阈值，所述第一约束高度阈值的数值范围为60米至80米；

若所述安装高度在零至所述第一约束高度阈值之间，则根据所述横向测距距离表达式与所述目标横向宽度约束条件，计算获得所述第一测距距离。

在一个实施例中，所述方法还包括：

设置第二约束高度阈值，所述第二约束高度阈值的数值范围为110米至130米；

若所述安装高度在所述第一约束高度阈值至所述第二约束高度阈值之间，则根据所述横向测距距离表达式与所述目标横向宽度约束条件，计算获得所述第一测距距离，且根据所述纵向测距关系表达式、所述安装高度、所述焦距以及所述像元尺寸，计算获得所述第二测距距离；

对所述第一测距距离与所述第二测距距离进行加权平均处理，获得混合测距距离。

在一个实施例中，所述方法还包括：

若所述安装高度大于所述第二约束高度阈值，则根据所述纵向测距关系表达式、所述安装高度、所述焦距以及所述像元尺寸，计算获得所述第二测距距离。

本发明提供一种单目测距系统，包括：

横向数据获取模块，用于获取经图像采集设备采集的图像中目标检测框的横向宽度；

横向测距关系计算模块，用于根据相机坐标系与图像坐标系的转换关系，获得横向测距关系表达式；

横向测距关系计算模块，用于对所述横向测距关系表达式进行差分计算，获得横向测距距离表达式；

第一测距距离计算模块，用于获取目标横向宽度约束条件，并根据所述横向测距距离表达式与所述目标横向宽度约束条件，计算获得第一测距距离。

在一个实施例中，所述系统还包括：

纵向测距关系计算模块，用于根据相机坐标系与图像坐标系的转换关系，获得纵向测距关系表达式；

第二测距距离计算模块，用于获取所述图像采集设备的安装高度、焦距以及像元尺寸，并根据所述纵向测距关系表达式、所述安装高度、所述焦距以及所述像元尺寸，计算获得第二测距距离。

在一个实施例中，所述系统还包括：

第一阈值设置模块，用于设置第一约束高度阈值，所述第一约束高度阈值的数值范围为60米至80米；

第一约束计算模块，用于若所述安装高度在零至所述第一约束高度阈值之间，则根据所述横向测距距离表达式与所述目标横向宽度约束条件，计算获得所述第一测距距离。

在一个实施例中，所述系统还包括：

第二阈值设置模块，用于设置第二约束高度阈值，所述第二约束高度阈值的数值范围为110米至130米；

第二约束计算模块，用于若所述安装高度在所述第一约束高度阈值至所述第二约束高度阈值之间，则根据所述横向测距距离表达式与所述目标横向宽度约束条件，计算获得所述第一测距距离，且根据所述纵向测距关系表达式、所述安装高度、所述焦距以及所述像元尺寸，计算获得所述第二测距距离；

混合测距距离计算模块，用于对所述第一测距距离与所述第二测距距离进行加权平均处理，获得混合测距距离。

在一个实施例中，所述系统还包括：

第三约束计算模块，用于若所述安装高度大于所述第二约束高度阈值，则根据所述纵向测距关系表达式、所述安装高度、所述焦距以及所述像元尺寸，计算获得所述第二测距距离。

上述单目测距方法以及系统中，通过目标横向宽度约束条件的横向信息差分做距离估算。通过设置目标横向宽度约束条件，利用了横向信息差分对第一测距距离进行了计算，充分利用了目标的实际信息，不在依靠于外部工具棋盘格实现测距，使得本发明提供的单目测距方法不在依赖于外部工具即可实现测距，提高了适用性与测距精度。

附图说明

图1是本发明提供的单目测距方法的步骤流程示意图。

图2是本发明提供的纵向测距方法与横向测距方法的对比图。

图3是本发明提供的单目测距系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

请参见图1，本发明提供一种单目测距方法，包括：

S10，获取经图像采集设备采集的图像中目标检测框的横向宽度；

S20，根据相机坐标系与图像坐标系的转换关系，获得横向测距关系表达式；

S30，对横向测距关系表达式进行差分计算，获得横向测距距离表达式；

S40，获取目标横向宽度约束条件，并根据横向测距距离表达式与目标横向宽度约束条件，计算获得第一测距距离。

本实施例中，图像中包含多个目标检测框，每个目标检测框包括长度坐标与宽度坐标，也可以理解为包括四个顶点坐标，进而可以计算出目标检测框的横向宽度。在单目测距方法中利用轿车宽度在1600毫米至1800毫米之间的横向信息差分，做距离估算。坐标系x-y为图像坐标系，X

在相机坐标系与图像坐标系的转换过程中，取出与测距相关的两项分别为：

其中，

将两个横向的测距公式做差分计算，可以得到横向测距距离表达式，表示如下：

公式中x

根据横向测距距离表达式与目标横向宽度约束条件，计算获得第一测距距离，即横向测距距离表达式中Z

在一个实施例中，单目测距方法还包括：

S50，根据相机坐标系与图像坐标系的转换关系，获得纵向测距关系表达式；

S60，获取图像采集设备的安装高度、焦距以及像元尺寸，并根据纵向测距关系表达式、安装高度、焦距以及像元尺寸，计算获得第二测距距离。

本实施例中，纵向测距关系表达式为

通过本实施例中实际标定的摄像机外参，即纵向测距方法，并结合宽度约束测距，即横向测距方法，实现了两套物理系统融合提升测距精度。通过本发明提供的单目测距方法，分析了不同相机参数下对距离的影响因素，利用纵向测距方法与横向测距方法的融合，能够提高单目测距的精度。

在一个实施例中，单目测距方法还包括：

S70，设置第一约束高度阈值，第一约束高度阈值的数值范围为60米至80米；

S80，若安装高度在零至第一约束高度阈值之间，则根据横向测距距离表达式与目标横向宽度约束条件，计算获得第一测距距离。

本实施例中，如图2所示：上曲线为纵向测距方法，也可以理解为内外参标定测距方法，横坐标为像素，纵坐标为距离。下曲线为横向测距方法，也可以理解为宽度约束测距方法，横坐标为像素，纵坐标为距离。对比两条曲线纵向测距方法的测距范围从24m到120m使用了1600个像素，横向测距方法的测距范围从6m到120m使用了1900个像素。距离在0到70m内相邻像素的距离差，上曲线为0.012m，下曲线为0.003m。设置第一约束高度阈值，若安装高度在零至第一约束高度阈值之间时，采用横向宽度约束测距方法。从而根据横向测距距离表达式与目标横向宽度约束条件，计算获得第一测距距离。

在一个实施例中，单目测距方法还包括：

S90，设置第二约束高度阈值，第二约束高度阈值的数值范围为110米至130米；

S100，若安装高度在第一约束高度阈值至第二约束高度阈值之间，则根据横向测距距离表达式与目标横向宽度约束条件，计算获得第一测距距离，且根据纵向测距关系表达式、安装高度、焦距以及像元尺寸，计算获得第二测距距离；

S110，对第一测距距离与第二测距距离进行加权平均处理，获得混合测距距离。

本实施例中，设置第二约束高度阈值，若安装高度在第一约束高度阈值至第二约束高度阈值之间，采用两种方法加权平均混合测距，将纵向测距方法与横向测距方法的两种测距结果进行加权取平均，作为最终的测距结果，获得混合测距距离。

在一个实施例中，单目测距方法还包括：

S120，若安装高度大于第二约束高度阈值，则根据纵向测距关系表达式、安装高度、焦距以及像元尺寸，计算获得第二测距距离。

本实施例中，若安装高度大于第二约束高度阈值，则采用纵向测距方法。通过设置第一约束高度阈值与第二约束高度阈值，对高度进行区间划分，不同区间内采用不同的方法进行单目测距，使得本发明提供的单目测距方法更具有适用性，更贴合实际应用，完全脱离了外部工具棋盘格的辅助，可以大大提高整体测距方法的测距精度。

请参见图3，本发明提供一种单目测距系100，单目测距系100包括横向数据获取模块10、横向测距关系计算模块20、横向测距关系计算模块30以及第一测距距离计算模块40。横向数据获取模块10用于获取经图像采集设备采集的图像中目标检测框的横向宽度。横向测距关系计算模块20用于根据相机坐标系与图像坐标系的转换关系，获得横向测距关系表达式。横向测距关系计算模块30用于对横向测距关系表达式进行差分计算，获得横向测距距离表达式。第一测距距离计算模块40用于获取目标横向宽度约束条件，并根据横向测距距离表达式与目标横向宽度约束条件，计算获得第一测距距离。

本实施例中，横向数据获取模块10的相关描述可参考上述实施例中S10的相关描述。横向测距关系计算模块20的相关描述可参考上述实施例中S20的相关描述。横向测距关系计算模块30的相关描述可参考上述实施例中S30的相关描述。第一测距距离计算模块40的相关描述可参考上述实施例中S40的相关描述。

在一个实施例中，单目测距系统100还包括纵向测距关系计算模块与第二测距距离计算模块。纵向测距关系计算模块用于根据相机坐标系与图像坐标系的转换关系，获得纵向测距关系表达式。第二测距距离计算模块用于获取图像采集设备的安装高度、焦距以及像元尺寸，并根据纵向测距关系表达式、安装高度、焦距以及像元尺寸，计算获得第二测距距离。

本实施例中，纵向测距关系计算模块的相关描述可参考上述实施例中S50的相关描述。第二测距距离计算模块的相关描述可参考上述实施例中S60的相关描述。

在一个实施例中，单目测距系统100还包括第一阈值设置模块与第一约束计算模块。第一阈值设置模块用于设置第一约束高度阈值，第一约束高度阈值的数值范围为60米至80米。第一约束计算模块用于若安装高度在零至第一约束高度阈值之间，则根据横向测距距离表达式与目标横向宽度约束条件，计算获得第一测距距离。

本实施例中，第一阈值设置模块的相关描述可参考上述实施例中S70的相关描述。第一约束计算模块的相关描述可参考上述实施例中S80的相关描述。

在一个实施例中，单目测距系统100还包括第二阈值设置模块、第二约束计算模块以及混合测距距离计算模块。第二阈值设置模块用于设置第二约束高度阈值，第二约束高度阈值的数值范围为110米至130米。第二约束计算模块用于若安装高度在第一约束高度阈值至第二约束高度阈值之间，则根据横向测距距离表达式与目标横向宽度约束条件，计算获得第一测距距离，且根据纵向测距关系表达式、安装高度、焦距以及像元尺寸，计算获得第二测距距离。混合测距距离计算模块用于对第一测距距离与第二测距距离进行加权平均处理，获得混合测距距离。

本实施例中，第二阈值设置模块的相关描述可参考上述实施例中S90的相关描述。第二约束计算模块的相关描述可参考上述实施例中S100的相关描述。混合测距距离计算模块的相关描述可参考上述实施例中S110的相关描述。

在一个实施例中，单目测距系统100还包括第三约束计算模块。第三约束计算模块，用于若安装高度大于第二约束高度阈值，则根据纵向测距关系表达式、安装高度、焦距以及像元尺寸，计算获得第二测距距离。

本实施例中，第三约束计算模块的相关描述可参考上述实施例中S120的相关描述。

上述各个实施例中，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于的特定顺序或层次。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，模块和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，模块和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或模块都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。