基于目标位置信息的单目摄像头测距方法及可读存储介质与流程

1.本发明涉及单目摄像头测距技术领域，具体涉及基于目标位置信息的单目摄像头测距方法及可读存储介质。


背景技术：

2.目前，具有高级驾驶辅助系统(advanced driver assistance system，adas)或自主驾驶功能(autonomous driving，ad)的车辆已逐步推向市场，极大地促进了智能交通的发展。支持ad/adas的传感器主要有雷达、视觉相机系统、激光雷达、超声波传感器等，其中视觉相机系统因能够获得与人类视觉一样的二维图像信息而应用最为广泛，其典型的应用包括车道检测、物体检测、车辆检测、行人检测、骑车人检测等指定目标检测。
3.视觉相机系统主要包括单目摄像头和立体摄像头。其中，单目摄像头具有紧凑、简单和易于安装等优点，且计算量比立体摄像头小很多。但是，现有通过单目摄像头测距的方案的准确性比较低。为此，公开号为cn109959919a的中国专利公开了《一种汽车及单目摄像头测距方法、装置》，其方法包括：通过单目摄像头采集图像；获取图像中待测目标的像素坐标；根据像素坐标选择测距模型，并利用所选择的测距模型根据像素坐标计算待测目标与单目摄像头之间的距离，其中，测距模型包括第一测距模型和第二测距模型。
4.上述现有方案中的单目摄像头测距方法，根据像素坐标选择测距模型，并利用所选择的测距模型根据像素坐标计算待测目标与单目摄像头之间的距离。但申请人发现，上述现有方案需要将摄像头到地面的高度作为测量条件，进而结合目标的接地点在图像中的坐标计算出目标的距离。换句话说，现有方案需要获取待测目标的接地点图像坐标，导致其只能测量地面目标的距离。然而，随着汽车的自动驾驶等级提高，不仅需要测量车辆和行人等地面目标的距离，还需要测量交通标示、交通灯等“空中目标”的距离。
5.因此，如何设计一种能够实现空中目标测距的方法，以提高单目摄像头测距的全面性和有效性是亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种基于目标位置信息的单目摄像头测距方法，以能够实现空中目标的测距，从而能够提高单目摄像头测距的全面性和有效性。
7.为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
8.基于目标位置信息的单目摄像头测距方法，包括以下步骤：
9.s1：通过单目摄像头获取包含待测目标的待测图像；
10.s2：对待测图像进行目标检测，得到待测目标在待测图像中的位置信息；
11.s3：基于待测目标在待测图像中的位置信息，结合如下的测距模型计算对应的目标纵向距离作为待测目标与单目摄像头之间的距离；
12.测距模型：
13.式中：d表示目标纵向距离；k表示设置的拟合参数；y1和y2表示待测目标在待测图像中的位置信息。
14.优选的，步骤s2中，基于神经网络构建并训练对应的目标检测模型，然后通过训练后的目标检测模型对待测图像进行目标检测，以得到待测目标的边界框在待测图像中的坐标信息作为待测目标在待测图像中的位置信息。
15.优选的，步骤s2中，通过如下步骤训练目标检测模型：
16.s201：构建训练数据集；
17.s202：基于训练数据集训练目标检测模型，保存目标检测模型的网络权重参数；
18.s203：重复执行步骤s202，直至目标检测模型收敛。
19.优选的，步骤s3中，测距模型中的y1和y2分别表示待测目标的边界框在待测图像中的左上角纵坐标和右下角纵坐标。
20.优选的，步骤s3中，测距模型中的拟合参数k通过线性拟合的方式计算。
21.优选的，步骤s3中，测距模型中的拟合参数
22.式中：f表示单目摄像头的焦距；h表示待测目标的高度尺寸；h表示待测图像上单位像素对应于单目摄像头感光板上的物理高度。
23.本发明还公开了一种可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现本发明中基于目标位置信息的单目摄像头测距方法的步骤。
24.本发明中的单目摄像头测距方法与现有技术相比，具有如下有益效果：
25.本发明通过待测目标在待测图像中的位置信息，结合构建的测距模型计算待测目标与单目摄像头之间的距离，而无需将单目摄像头到地面的高度作为测量条件，即无需获取待测目标的接地点图像坐标，进而能够实现空中待测目标的测距，从而能够提高单目摄像头测距的全面性和有效性。同时，本发明中的测距模型是申请人基于实际研究和测算建立的，该测距模型能够准确实现空中待测目标的测距，并且具有计算简单和便于实践应用等优势，能够解决实际环境中固定尺寸待测目标的测距问题。
附图说明
26.为了使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
27.图1为基于目标位置信息的单目摄像头测距方法的逻辑框图；
28.图2为测距模型的原理图；
29.图3为待测目标边界框的示意图。
具体实施方式
30.下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
31.实施例一：
32.本实施例中公开了一种基于目标位置信息的单目摄像头测距方法。
33.如图1所示，基于目标位置信息的单目摄像头测距方法，包括以下步骤：
34.s1：通过单目摄像头获取包含待测目标的待测图像；
35.s2：对待测图像进行目标检测，得到待测目标在待测图像中的位置信息；
36.s3：基于待测目标在待测图像中的位置信息，结合如下的测距模型计算对应的目标纵向距离作为待测目标与单目摄像头之间的距离；
37.测距模型：
38.式中：d表示目标纵向距离；k表示设置的拟合参数；y1和y2表示待测目标在待测图像中的位置信息。
39.需要说明的是，本发明中的测距模型应用于一类尺寸固定的待测目标，该类中的个体具有相同的尺寸，即待测目标的尺寸需要固定。
40.具体实施过程中，测距模型通过如下步骤建立：
41.如图2所示，o点为单目摄像头光心；z轴为单目摄像头光轴；xy平面为成像平面，即待测图像(为方便分析，将成像平面从光心后方焦距处平移到光心前方焦距处)；pq为待测目标的高度尺寸，位于z0平面上，pq在xy平面的成像为pq；c点为xy平面与光轴的交点；c点为z0平面与光轴的交点。
42.根据三角形相似原理，已知图2中，三角形opq与三角形opq相似，所以：
[0043][0044]
三角形oqc与三角形oqc相似，所以：
[0045][0046]
由(1)、(2)可得：
[0047][0048]
所以，待测目标的纵向距离为：
[0049][0050]
其中oc为单目摄像头的焦距，pq为待测目标的高度尺寸，pq为目标成像在单目摄像头感光板上的物理高度。
[0051]
假设待测图像上单位像素对应感光板上的物理高度为h，待测目标成像在待测图像上的像素高度为n，则有：
[0052]
pq＝n
×hꢀꢀ
(5)
[0053]
假设单目摄像头的焦距为f，待测目标的高度尺寸为h，待测目标到单目摄像头的目标纵向距离为d，结合(4)、(5)可得测距模型为：
[0054][0055]
优选地，为了不用测量参数f、h和h，令则可得简化后的测距模型为：
[0056]
[0057]
即拟合参数
[0058]
式中：f表示单目摄像头的焦距；h表示待测目标的高度尺寸；h表示待测图像上单位像素对应于单目摄像头感光板上的物理高度。
[0059]
那么，目标纵向距离d与像素高度的倒数成线性关系，n由下述中的神经网络模型的输出计算得到，神经网络模型输出待测图像上待测目标的边界框(bounding box)的左上角坐标(x1,y1)、右下角坐标(x2,y2)，其中，y1和y2分别表示待测目标的边界框在待测图像中的左上角纵坐标和右下角纵坐标。
[0060]
如图3所示，则有：
[0061]
n＝y
2-y1ꢀꢀ
(8)
[0062]
联立(7)、(8)可得最终测距模型为：
[0063][0064]
具体实施过程中，测距模型中的拟合参数k通过线性拟合的方式计算。
[0065]
本实施例中，通过采集多张不同距离的目标图像，同时测得对应图像目标的实际纵向距离d；然后将目标图像输入到训练好的神经网络模型中，得到多组y
2-y1的值，并取倒数得到的值；最后将多组d、进行线性拟合，设置截距为0，即可得到拟合参数k。
[0066]
本发明通过待测目标在待测图像中的位置信息，结合构建的测距模型计算待测目标与单目摄像头之间的距离，而无需将单目摄像头到地面的高度作为测量条件，即无需获取待测目标的接地点图像坐标，进而能够实现空中待测目标的测距，从而能够提高单目摄像头测距的全面性和有效性。同时，本发明中的测距模型是申请人基于实际研究和测算建立的，该测距模型能够准确实现空中待测目标的测距，并且具有计算简单和便于实践应用等优势，能够解决实际环境中固定尺寸待测目标的测距问题。
[0067]
具体实施过程中，基于神经网络构建并训练对应的目标检测模型，然后通过训练后的目标检测模型对待测图像进行目标检测，以得到待测目标的边界框在待测图像中的坐标信息作为待测目标在待测图像中的位置信息。
[0068]
通过如下步骤训练目标检测模型：
[0069]
s201：构建训练数据集；
[0070]
s202：基于训练数据集训练目标检测模型，保存目标检测模型的网络权重参数；
[0071]
s203：重复执行步骤s202，直至目标检测模型收敛。
[0072]
需要说明的是，通过构建并训练神经网络模型来实现待测目标及其边界框的检测是现有成熟手段，本发明只是运用现有手段来获取待测目标的边界框在待测图像中的坐标信息，因此，关于目标检测模型构建和训练的具体过程，这里不再赘述。
[0073]
为了更好的说明本发明技术方案的优势，本实施例中公开了如下实验结果。
[0074]
本实验通过本发明中基于目标位置信息的单目摄像头测距方法对实际目标进行测距，所测目标的实际距离、测量距离、误差及百分比误差见表1所示。
[0075]
表1
[0076][0077]
如表1所示，通过本发明方法测得的测量距离与实际距离之间的百分比误差均在
±
5％之内，验证了本发明中基于目标位置信息的单目摄像头测距方法的有效性和实用性。
[0078]
实施例二：
[0079]
本实施例中公开了一种可读存储介质。
[0080]
一种可读存储介质，其上存储有计算机管理类程序，所述计算机管理类程序被处理器执行时实现本发明的基于目标位置信息的单目摄像头测距方法的步骤。可读存储介质可以是u盘或计算机等具有可读存储功能的设备。
[0081]
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。