[發明專利]一種基于單目視覺的目標精準測距方法

有效

• 申請號: 201910311557.X
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN110031829B
• 公開（公告）日: 2021-07-09
• 發明（設計）人: 劉宏哲;王永森
• 申請（專利權）人: 北京聯合大學
• 主分類號: G01S11/12
• 分類號: G01S11/12
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

1.一種基于單目視覺的目標精準測距方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：相機標定；

步驟1-1：打印一張用于相機標定的黑白相間的棋盤格，把它貼在一個平面上，作為標定物；

步驟1-2：使用需要標定的相機捕獲棋盤格圖像，要求整張棋盤格在圖像內，每個棋盤格邊長不能少于10個像素，并且捕獲從不同角度拍攝的N張圖像；

步驟1-3：打開MATLAB軟件中相機標定模塊，點擊“add images”，然后輸入模板的方格大小d mm，選中步驟1-2中獲取到的N張圖像；

步驟1-4：添加完N張圖像之后，選擇“calibrate”命令，出現標定結果統計圖，點擊保存calibration.mat文件，相機標定完成；

步驟1-5：從calibration.mat中取出內參矩陣其中，f_x、f_y分別是相機水平方向和垂直方向相對單位像素的焦距，(u₀,v₀)是光學中心坐標，外參矩陣其中，分別是世界坐標到相機坐標的旋轉矩陣、平移矩陣；

步驟2：目標測距關鍵點選取；

步驟2-1：由已知的目標檢測結果得到待測目標的矩形框位置(u v w h)，其中(u v)表示矩形框在圖像中左上角頂點的坐標值，(w h)表示矩形框的寬度和高度像素值；

步驟2-2：計算目標測距關鍵點C的像素坐標

步驟2-3：校驗測距關鍵點坐標合法性，需要滿足條件C＝{(x,y)|0xW,0yH}，其中W是圖像總的像素寬度，H是圖像總的像素高度；

步驟3：目標測距；

步驟3-1：選取世界坐標系，世界坐標系的坐標原點在相機正下方的水平路面上，x軸方向為正前方，y軸方向為正左方，z軸方向為正上方，符合右手定則；

步驟3-2：從步驟1中得到相機參數的內參矩陣K和外參矩陣P，從步驟2中得到待測目標的測距關鍵點C的像素坐標(u₁,v₁)，其中令測距關鍵點C的世界坐標為(X_w，Y_w，Z_w)，由于所計算的關鍵點C的世界坐標點位于水平地面上，所以Z_w＝0，最后通過矩陣變換公式計算得到關鍵點C的相關性未知尺度因子s；

步驟3-3：根據步驟3-2所求的相關性未知尺度因子s，關鍵點C的像素坐標以及相機參數的內參矩陣K和外參矩陣P，代入公式①，計算出像素坐標C點對應的世界坐標(X₁，Y₁，0)，其中X₁即為待測目標關鍵點的縱向物理距離值，Y₁即為待測目標關鍵點的橫向物理距離值，記為D₁(X₁，Y₁)；

步驟3-4：由已知的目標檢測結果獲取到待測目標的矩形框位置(u v w h)，從中取得待測目標的像素寬度w,從步驟2中得到測距關鍵點C的像素坐標，計算出該點距離圖像像素中心的橫向像素距離由相似三角形原理得到公式其中，從步驟1中得到相機內參矩陣K中f_x的值，dx為相機橫向像素單位大小，相機焦距f＝f_x·dx，W₁為目標實際物理寬度，X₂,Y₂分別是需要求的目標縱向和橫向物理距離，記為D₂(X₂，Y₂)；

步驟4：誤差修正；

步驟4-1：對計算結果D₁進行濾波處理，得到新的D₁；

步驟4-2：對D₁，D₂進行卡爾曼濾波處理，得到濾波之后的結果(D_cor1,D_cor2)＝Kalman(D₁,D₂)；

步驟4-3：分配權重并進行濾波處理，得到最終距離值D＝Kalman(0.7D_cor1+0.3D_cor2)。