[發明專利]一種單目視覺實時測距方法

無效

• 申請號: 200910082807.3
• 申請日: 2009-04-22
• 公開（公告）號: CN101539422A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 周浩;陳萬春;覃天;劉小明;顧家立
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C3/00
• 分類號: G01C3/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及一種單目視覺實時測距方法，屬于視覺測距技術領域。

背景技術

一般認為，圖像在形成過程中會丟失距離信息，而實際上，從相機構成來看，像距和物距是滿足透鏡公式的，知道了焦距和像距就可以求出物距。這樣，測距的關鍵在于如何求出像距。這里的像距，是指外界物體發出的光線，經透鏡折射后聚焦成清晰的像，像在光軸上的投影到光心的距離。當然，這對使用針孔鏡頭的相機是不適用的，這里只討論使用透鏡鏡頭的相機。

人們對如何測距提出了一些方法，很大一部分是主動式的測距方法，即需要一個對被測目標進行光波照射(如激光)的主動投射光源，通過接受和分析回波來進行測距。相對應的是被動式的測距方法，比如立體視覺方法。該方法是通過在空間中放置兩臺或多臺相機對同一目標在不同的視點進行成像。由于視點不同，所成的圖像之間存在著視差，即同一物點的像點分布在各個相機成像平面的不同位置上。如果能夠從每幅視差圖像中找到同一物點的對應像點，然后根據幾何關系就可以計算出物點的距離。但是這種方法需要相機的精確定位和復雜標定，并且由于在圖像間尋找同一物點的像即圖像的匹配需要大量極其復雜的計算，因此限制了其應用范圍。

Pentland，A.；Darrell，T.；Turk，M.；Huang，W.；A?simple，real-time?rangecamera?Computer?Vision?and?Pattern?Recognition，1989.Proceedings?CVPR′89.，IEEE?Computer?Society?Conference?on?4-8?June?1989?Page(s)：256-261中的相機使用了一個半反射鏡將同一視點的光線分成兩部分，再使用不同光圈的兩個鏡頭把光線聚集到兩個靶面上得到兩幅圖像，利用同一點在兩幅圖像中的散焦程度不同來計算像距。該方法相機結構較為復雜，安裝要求較高，計算量也較大。

Isoda，N.；Terada，K.；Oe，S.；Kaida，K，Improvement?Of?Accuracy?For?DistanceMeasurement?By?Using?Movable?CCD?SICE′97.Proceedings?of?the?36th?SICEAnnual?Conference.International?Session?Papers?29-31?July?1997?Page(s)：1251-1254中相機的靶面是可以相對鏡頭移動的，使鏡頭和物體的相對位置固定，移動靶面得到清晰的像，記下像距，利用透鏡公式計算物距。但該方法相機中有移動部件，測距的實時性不高。

Yamaguti，N.；Oe，S.；Terada，K.；A?Method?of?Distance?Measurement?by?UsingMonocular?Camera，SICE′97.Proceedings?of?the?36th?SICE?Annual?Conference.International?Session?Papers中一個相機沿其光軸方向移動，在不同位置拍下兩幅圖像，兩位置間的距離已知，利用兩幅圖像中同一物體像的大小之比來計算物距。該方法需要移動相機二次成像，影響了其使用范圍。

Nayar，S.K.；Watanabe，M.；Noguchi，M.；Real-time?focus?range?sensorPattern?Analysis?and?Machine?Intelligence，IEEE?Transactions?on?Volume?18，Issue?12，Dec.1996?Page(s)：1186-1198中的相機有一個鏡頭，兩個靶面，利用半反射鏡使兩個靶面上呈現相同的像，只是由于像距不同，像的離焦程度不一樣，利用這一點，計算實際的像距，進而計算物距。所有這些方法，或者是因為計算量大，或者是因為要移動相機組件，都影響了測距的實時性。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述缺點，提供了一種單目視覺實時測距方法。本發明不需要主動投射光源，只需要單次成像，對硬件改動小，不需要相機的定位和標定，測距算法簡單，實時性好。

本發明所述的一種單目視覺實時測距方法，具體包括以下步驟：

步驟一、將相機中的圖像傳感器繞該平面內的水平軸逆時針旋轉θ角；

步驟二、在測距范圍內，對測距目標進行一次成像，確定圖像傳感器平面接收到最清晰圖像的位置m_a；