[发明专利]一种单目视觉实时测距方法

摘要

本发明公开了一种单目视觉实时测距方法，包括以下步骤：步骤一、将相机中的图像传感器绕该平面内的水平轴逆时针旋转θ角；步骤二、在测距范围内，对测距目标进行一次成像，确定图像传感器平面接收到最清晰图像的位置m_a；步骤三、利用m_a，求出测距目标到相机的距离；只需利用单个相机即可完成测距任务；本方法属于被动式的测距方法，不需要主动投射光源，结构更加简单；对测距目标只需进行一次成像即可满足测距需要；硬件上只需对现有相机的图像传感器进行倾斜，结构改动小，成本低；由于测距算法简练、快速，因此测距的实时性好，在工业控制，机器人导航以及飞机着陆、导弹巡航、目标运动估计等军事领域都存在应用价值。

主权项

1、一种单目视觉实时测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将相机中的图像传感器绕该平面内的水平轴逆时针旋转θ角；步骤二、在测距范围内，对测距目标进行一次成像，确定图像传感器平面接收到最清晰图像的位置ma；模数偏差总和算子计算两相邻像素点的水平方向和垂直方向的一阶灰度偏差的总和如下式所示：${\mathrm{SMD}}_x=\underset{x}{\mathrm{\Σ}}\underset{y}{\mathrm{\Σ}}|f(x,y)-f(x,y-1)|---\left(1\right)$${\mathrm{SMD}}_y=\underset{x}{\mathrm{\Σ}}\underset{y}{\mathrm{\Σ}}|f(x,y)-f(x+1,y)|---\left(2\right)$式中，f(x，y)为图像像素坐标为(x，y)处的灰度值；设f(m)为图像传感器平面第m行的SMD对焦函数，测距目标成像图像的分辨率为X×Y，X为行数，Y为列数，则f(m)＝SMDx+SMDy (3)其中x＝m，1≤m≤X，1≤y≤Y；当f(m)取最大值时，此时m＝ma，则认为ma行处所在的水平线位置接收到的图像为最清晰的；步骤三、利用ma，求出测距目标到相机的距离OU；由几何关系可得：OM＝ON-NC sinθ (4)式中，OM为透镜中心到图像传感器上目标成清晰像处位置在透镜中心的水平轴上投影点的距离，ON为透镜中心到图像传感器与透镜中心的水平轴的交点的距离，NC为图像传感器与透镜中心的水平轴的交点到图像传感器平面与目标呈清晰像的交点的距离；图像传感器根据比例关系可得：$\stackrel{\‾}{\mathrm{NC}}=\frac{{2m}_a-X}{2X}\×h---\left(5\right)$透镜公式如式(6)：$\frac{1}{\stackrel{\‾}{\mathrm{OM}}}+\frac{1}{\stackrel{\‾}{\mathrm{OU}}}=\frac{1}{f}---\left(6\right)$式中，OU为物距，f为透镜焦距；将式(4)、式(5)，代入式(6)，得到测距公式(7)为：$\stackrel{\‾}{\mathrm{OU}}=\frac{f\×(2X\stackrel{\‾}{\mathrm{ON}}-{2m}_{a}h\sin \mathrm{\θ}+\mathrm{Xh}\sin \mathrm{\θ})}{2X\stackrel{\‾}{\mathrm{ON}}-{2m}_{a}h\sin \mathrm{\θ}+\mathrm{Xh}\sin \mathrm{\θ}-2\mathrm{Xf}}---\left(7\right)$式中，X为图像高度的像素数，h为图像传感器平面的高度，f为透镜焦距。