本发明属于视觉图像算法
技术领域：
，特别是视觉测距算法领域，具体涉及一种使用单相机估算目标距离的方法及系统。
背景技术：
：在视觉测距领域存在两种主流的方法，一是激光测距，二是双目相机测距。其中，激光测距方法是采用激光器作为光源，通常是以激光传感器单纯的测量传感器与目标之间的距离。由于无法获取到目标图像，故无法灵活定位到目标图像中的特征点。其中，双目相机测距比较全面，通过分析两张图片的差异进行计算距离。然而双目相机测距需要进行相机标定且要处理两张图片，前期处理及测距耗时较长，且设备成本高。鉴于上述原因，需要一种测距计算耗时短、设备成本低的相机与目标距离测量方法。技术实现要素：本发明提供一种使用单相机估算目标距离的方法，包括步骤s1～s3。s1、设定合理间距，由近及远拍摄多张拍摄物清晰图像；s2、获取拍摄完成的拍摄物图像的面积值，通过线性拟合获取拍摄物距离与拍摄物图像的面积值之间的线性关系；s3、取一新拍摄物，并任意摆放新拍摄物与相机的距离后，拍摄新图像，获取新图像的面积，根据所述线性关系，计算得出相机与拍摄物距离。优选的，步骤s2还包括，获取相机成像面到相机镜头平面的距离。优选的，步骤s2还包括，获取拍摄物图像的半径值，根据所述拍摄物图像的半径值，计算拍摄物图像的面积值。优选的，在步骤s2中，拍摄物距离，是拍摄物距离镜头平面距离，其与拍摄物图像的面积值的负二分之一次幂呈线性正比关系。优选的，在步骤s3中，所述新的拍摄物为任意形状，且新的拍摄物图像面积是先识别灰度值，再使用halcon视觉分析算法得出。优选的，拍摄物与新拍摄物朝向相机面的面积相同。优选的，相机采用调焦镜头。本发明还提供一种目标距离估算系统，包括取值模块、计算模块及输出模块，取值模块连接计算模块，计算模块连接输出模块。取值模块用于连续拍摄指定距离的清晰图像，经过视觉图像处理，得到物品的像素面积，经曲线拟合，得到距离与像素面积的线性关系。计算模块用于拍摄任意距离的新拍摄物的清晰图像，经视觉图像处理后获取目标物品的像素面积，根据取值模块得到的线性关系，计算得到被测物品与相机之间的距离。输出模块用于将测量得到的距离，通过多种通讯方式发送给其他硬件设备，控制后续设备运行。优选的，取值模块还用于获取相机成像面到相机镜头平面的距离。本发明提供的使用单相机估算目标距离的方法及系统，该方法首先设定合理间距，由近及远拍摄多张拍摄物清晰图像。其次，获取拍摄完成的拍摄物图像的面积值，通过线性拟合获取拍摄物距离与拍摄物图像的面积值之间的线性关系。其后，取一新拍摄物，并任意摆放新拍摄物与相机的距离后，拍摄新图像，获取新图像的面积，根据所述线性关系，计算得出相机与拍摄物距离。如此，无需每次进行相机标定，单纯获取图像面积即可完成相机目标测距。通过本发明提供的结合附图阅读本申请实施方式的详细描述后，本申请的其他特点和优点将变得更加清楚。附图说明图1为本发明较佳实施例提供的相机与拍摄物相对位置示意图；图2为本发明较佳实施例提供的实验数据中面积a拍摄物所在刻度d对应曲线图；图3为本发明较佳实施例提供的第一组实验数据提供的方程y＝ka-1/2 b的直线图；图4为本发明较佳实施提供的第二组实验数据提供的方程y1＝k1a1-1/2 b1的直线图；图5为本发明较佳实施例提供的第一组与第二组实验数据中拍摄物离镜头距离的差值变化趋势图。具体实施方式本实施例提供的使用单相机估算目标距离的方法，包括步骤s1～s3。步骤s1：设定合理间距，由近及远拍摄多张拍摄物清晰图像。本实施例中，首次拍摄，需将拍摄物固定在刻度台上，固定相机位置及光圈不变化，调整相机焦距直到拍摄物清晰可见。采集拍摄物图像并且记录拍摄物此处在刻度台上位置。步骤s2：获取拍摄完成的拍摄物图像的面积值，通过线性拟合获取拍摄物距离与拍摄物图像的面积值之间的线性关系。请参见图1，设定拍摄物1，相机2，相机成像面3及相机镜头平面4，获取拍摄物1图像的半径值r及拍摄物1的半径值h，以及相机焦距值f。获取相机成像面3到相机镜头平面4的距离。根据拍摄物1图像的半径值r，计算拍摄物1图像的面积a为πr2。此外，假设相机成像面到相机镜头平面的距离为d,相机镜头平面到初始拍摄物的距离为y，则可得即(式1)。参照图而则将d代入式1可得根据上述推算过程得出，初始拍摄物距离镜头平面距离，与初始拍摄物图像的面积值的负二分之一次幂呈线性正比关系。步骤s3：取一新拍摄物，并任意摆放新拍摄物与相机的距离后，拍摄新图像，获取新图像的面积，根据所述线性关系，计算得出相机与拍摄物距离。本步骤中，所述新拍摄物形状及大小可以与拍摄物相同，也可为任意形状，但新拍摄物的面积需与拍摄物面积相同。新拍摄物图像面积是先识别灰度值，再使用halcon视觉分析算法得出。具体而言，新的拍摄物图像面积的获取过程为：首先将彩色图像转换为灰度图像，再使用模式识别算法，识别出图像中的固定明显特征，得到特征的坐标位置。接下来，以特征的坐标位置为基础，换算出被测区域的位置，进行图像截取。最后，在截图的图像中，通过二值化，获取目标物品的区域，并获取目标区域的面积。本方案的研究过程中，为了能够取到清晰的图像，本方案采用调焦相机。下面结合实验数据，对本发明技术方案作进一步说明。首先，在不同位置分多次采集拍摄物图像，并处理每一张拍摄物图像，计算得到图像中目标的面积a。如表1，得到第一组实验数据共22条。序号面积a序号面积a129623001256273922372770135093013194896714464359416171501542449851365386163878316116542717357170710154911832896588894341930408097869612028224910701177212634501162783822245945表1将处理拍摄物图像所得的22条数据中的面积a与每一张图像所对应的刻度d进行拟合。得到结果如图2所示，为一条平滑曲线。图2中，横坐标为d(cm)，纵坐标为a(px2)。而由于将表1中22条面积a每一条都取其-1/2次幂，与之前所记录的每一个面积所对应刻度d(即y)进行拟合可得图3，图3表示直线方程y＝ka-1/2 b。为了验证图3的准确性，再次取得第二组实验数据共20条进行对比，请参见表2。表2参照表2，算得其直线方程为y1＝k1a1-1/2 b1，其直线如图4。将(y-y1)作因变量，a-1/2作为自变量拟合一条直线。在图5中，单位为cm，该直线显示了在一定距离上两组实验数据中拍摄物离镜头距离的差。由图5可知在100cm的距离上误差不到0.5cm，该误差为可接受范围。本发明较佳实施例还提供一种目标距离估算系统，包括取值模块、计算模块及输出模块，取值模块连接计算模块，计算模块连接输出模块，取值模块用于连续拍摄指定距离的清晰图像，经过视觉图像处理，得到物品的像素面积，经曲线拟合，得到距离与像素面积的线性关系。计算模块用于拍摄任意距离的新拍摄物的清晰图像，经视觉图像处理后获取目标物品的像素面积，根据取值模块得到的线性关系，计算得到被测物品与相机之间的距离。输出模块用于将测量得到的距离，通过多种通讯方式发送给其他硬件设备，控制后续设备运行。。综上所述，通过本发明较佳实施例提供的使用单相机估算目标距离的方法及系统，该方法首先设定相机与拍摄物的合理间距，并由近及远拍摄多张拍摄物清晰图像。其次，获取拍摄完成的拍摄物图像的面积值，通过线性拟合获取拍摄物距离与拍摄物图像的面积值之间的线性关系。其后，取一新拍摄物，并任意摆放新拍摄物与相机的距离后，拍摄新图像，获取新图像的面积，根据所述线性关系，计算得出相机与拍摄物距离。经采用本发明提供的方法及系统，无需进行相机标定，且设备投入少，仅需处理一张图片，算法耗时短。以上所述仅是本发明的优选实施例，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。当前第1页1 2 3
技术特征：1.使用单相机估算目标距离的方法，其特征在于，包括以下步骤：
s1、设定合理间距，由近及远拍摄多张拍摄物清晰图像；
s2、获取拍摄完成的拍摄物图像的面积值，通过线性拟合获取拍摄物距离与拍摄物图像的面积值之间的线性关系；
s3、取一新拍摄物，并任意摆放新拍摄物与相机的距离后，拍摄新图像，获取新图像的面积，根据所述线性关系，计算得出相机与拍摄物距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2还包括，获取相机成像面到相机镜头平面的距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2还包括，获取拍摄物图像的半径值，根据所述拍摄物图像的半径值，计算拍摄物图像的面积值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s2中，拍摄物距离，是拍摄物距离镜头平面距离，其与拍摄物图像的面积值的负二分之一次幂呈线性正比关系。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s1及s2中，所述拍摄物朝向相机的一侧为圆形平面。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤s3中，所述新拍摄物为任意形状，且新拍摄物图像面积是先识别灰度值，再使用halcon视觉分析算法得出。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拍摄物与新拍摄物朝向相机面的面积相同。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相机采用调焦镜头。
9.一种使用权利要求1至8任一项所述方法的目标距离估算系统，其特征在于，包括取值模块、计算模块及输出模块，所述取值模块连接计算模块，所述计算模块连接输出模块，
所述取值模块，用于连续拍摄指定距离的清晰图像，经过视觉图像处理，得到物品的像素面积，经曲线拟合，得到距离与像素面积的线性关系；
所述计算模块，用于拍摄任意距离的新拍摄物的清晰图像，经视觉图像处理后获取目标物品的像素面积，根据取值模块得到的线性关系，计算得到被测物品与相机之间的距离；
所述输出模块，用于将测量得到的距离，通过多种通讯方式发送给其他硬件设备，控制后续设备运行。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述取值模块，还用于获取相机成像面到相机镜头平面的距离。
技术总结本发明提供一种使用单相机估算目标距离的方法及系统，该方法首先使用调焦相机拍摄物品清晰图像。然后手动测量拍摄物的半径值，使用图像处理手段获取拍摄完成的初始拍摄物图像的面积值，从而得到初始拍摄物距离与初始拍摄物图像的面积值之间的线性关系，其中，线性关系的线性系数由相机初始焦距值、初始拍摄物的半径值确定。最后，调节相机焦距后拍摄新的拍摄物图像，并获取所述新的拍摄物图像面积，根据所述线性关系，计算得出相机与新的拍摄物距离。如此，无需每次进行相机标定，单纯获取图像面积即可完成相机目标测距。
技术研发人员：江毅然;于忠达;董婷
受保护的技术使用者：青岛科美创视智能科技有限公司
技术研发日：2020.12.07
技术公布日：2021.03.12
