CN110793495B - 车辆前方视界最近距离测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆前方视界最近距离测量装置，包括：定标杆、广角物镜、摄像头、上位机；所述定标杆垂直安装于地面；定标杆上设有标定基准点A和校正辅助点B；标定基准点A的高度等于驾驶员眼点位置至地面投影点的垂直高度H；校正辅助点B位于标定基准点A正下方，标定基准点A和校正辅助点B之间距离为h；所述广角物镜和摄像头沿水平光路设置，广角物镜设置在摄像头前侧；标定基准点A位于广角物镜中心和摄像头的成像元件中心所在水平光路；摄像头连接上位机；标定基准点A与广角物镜4中心之间的距离为L；广角物镜中心与摄像头的成像元件中心之间距离为广角物镜的一倍焦距f′。本发明操作简单、测量精准、实用性强。

Description

车辆前方视界最近距离测量方法及装置

技术领域

本发明涉及摄影测量领域，特别涉及一种车辆前方视界最近距离测量方法及装置。

背景技术

最近距离是驾驶员眼点位置在地面的投影点到驾驶员刚好能看到地面的最近点之间的测定距离。最近距离是国家军用标准GJB 59.33-91《装甲车辆试验规程视界测定》要求的测量项目之一，国家军用标准是规定强制执行的，最近距离也关系到驾驶员能否及时准确地发现并规避前方道路的障碍物。最近距离的测量，对车辆行驶安全性与机动性有着重要意义。

传统测量装置是视界灯架，使用方法在夜间无月光的环境下，将视界灯架放置在驾驶员位置，打开视界灯，观察视界灯照明情况，测量视界灯照亮的地面最近点至驾驶员位置在地面的投影点的距离即为最近距离。使用这种装置测量的测量过程简单，但需要在黑暗的环境下测量，受环境因素影响大。需要人为观察照明最近点，受人为因素影响大。测量时还有测量误差，因此整体测量结果误差较大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种车辆前方视界最近距离测量方法及装置，具有操作简单、测量精准、实用性强的特点。

本发明的实施例提出一种车辆前方视界最近距离测量装置，包括：定标杆、广角物镜、摄像头、上位机；

所述定标杆垂直安装于地面；定标杆上设有标定基准点A和校正辅助点B；标定基准点A的高度等于驾驶员眼点位置至地面投影点的垂直高度H；校正辅助点B位于标定基准点A正下方，标定基准点A和校正辅助点B之间距离为h；

所述广角物镜和摄像头沿水平光路设置，广角物镜设置在摄像头前侧；标定基准点A位于广角物镜中心和摄像头的成像元件中心所在水平光路；摄像头连接上位机；

标定基准点A与广角物镜4中心之间的距离为L；

广角物镜中心与摄像头的成像元件中心之间距离为广角物镜的一倍焦距f′。

更优地，定标杆采用能够被磁铁吸引的材料，且其上设有刻度；标定基准点A和校正辅助点B采用不同颜色的磁性标记点，吸附于定标杆上。

本发明的实施例还提出一种车辆前方视界最近距离测量方法，包括以下步骤：

S1，安装定标杆、广角物镜、摄像头，连接摄像头与上位机；

将定标杆垂直安装于地面；广角物镜和摄像头沿水平光路设置，广角物镜位于摄像头前侧，且广角物镜中心与摄像头的成像元件中心之间距离为广角物镜的一倍焦距f′；

在定标杆上找到与驾驶员眼点位置至地面投影点的垂直高度H相对应的一个刻度，广角物镜中心与摄像头对准该刻度，通过上位机观察成像图像，同时调节广角物镜和摄像头，直到该刻度成像在图像中心；将标定基准点A设置在该刻度，在标定基准点A下方距离h处设置校正辅助点B；标定基准点A与广角物镜中心之间的距离为L；

S2，由于广角物镜焦距f′已知，设校正辅助点B成像后理论像高为d₁,由三角形相似定理可知：

得到理论像高：

通过上位机6观察校正辅助点B成像位置，成像实际像高为d₂，根据一阶径向畸变校正公式，得到：

d₁＝d₂(1+k₁r_d ²)

其中r_d ²＝d₂ ²，联立可得畸变参数k₁为：

S3，摄像头通过广角物镜所能观察到的地面最近点即视界最近距离点C，且视界最近距离点C位于标定基准点A、校正辅助点B和广角物镜中心三点所确定的平面；

在上位机上观测视界最近距离点C成像的像高为s₁，根据一阶径向畸变校正公式得到校正后的像高s₂，即：

车辆前方视界最近距离为X，由三角形相似原理可得：

车辆前方视界最近距离X为：

进一步地，一阶径向畸变校正公式为：

x_c＝x_d(1+k₁r_d ²)

y_c＝y_d(1+k₁r_d ²)

其中，x_d，y_d为像点的实际图像坐标，x_c，y_c为像点经畸变校正后的坐标，k₁为阶径向畸变参数，r_d为畸变半径，且

更优地，定标杆采用能够被磁铁吸引的材料，且其上设有刻度；标定基准点A和校正辅助点B采用不同颜色的磁性标记点，吸附于定标杆上。

本发明的优点在于：

1)本发明提出的方法校正了广角物镜的一阶径向畸变，提高了测量精度。

2)本发明中各测量点：A点、B点和C点位于三维世界同一二维平面上，可直接计算距离，不需要求解点的空间三维坐标，简化了计算过程。

3)可实现自动测量最近距离，实用性强。

4)摄像头成像测量，受人为、环境因素影响较小。

附图说明

图1为本发明实施例的车辆前方视界最近距离X示意图。

图2为本发明实施例的测量装置示意图。

图3为本发明实施例的广角物镜一阶径向畸变校正示意图。

图4为本发明实施例的车辆前方视界最近距离X测量示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明的实施例提出一种车辆前方视界最近距离测量装置。

车辆前方视界最近距离如图1所示，图1中驾驶员眼点位置在地面的投影点到驾驶员刚好能看到地面的最近点之间的距离X为车辆前方视界最近距离；

在本实施例中，车辆前方视界最近距离测量装置包括定标杆3、广角物镜4、摄像头5、上位机6；

所述定标杆3垂直安装于地面1；定标杆3上设有标定基准点A和校正辅助点B；标定基准点A的高度等于驾驶员眼点位置至地面投影点的垂直高度H；校正辅助点B位于标定基准点A正下方，标定基准点A和校正辅助点B之间距离为h；

作为一种优选方案，定标杆3采用能够被磁铁吸引的材料，例如铁杆，且其上设有刻度；标定基准点A和校正辅助点B可采用不同颜色的磁性标记点2，吸附于定标杆3上；对于不同车辆进行车辆前方视界最近距离测量时，标定基准点A可以相应调整高度H；

在其它实施例中，标定基准点A和校正辅助点B也可以采用色笔直接标记在定标杆3上；定标杆3也可以不设置刻度，可以使用皮尺来确定高度H和距离h；

所述广角物镜4和摄像头5沿水平光路设置，广角物镜4设置在摄像头5前侧；标定基准点A位于广角物镜4中心和摄像头5的成像元件中心所在水平光路；摄像头5连接上位机6；

标定基准点A与广角物镜4中心之间的距离为L；

广角物镜4中心与摄像头5的成像元件中心之间距离为广角物镜4的一倍焦距f′；

该测量装置采用广角物镜4，不可避免的会产生畸变，畸变会影响图像的可读性，进一步减小测量精度；光学畸变主要分为三类：径向畸变、偏心畸变和薄棱镜畸变；根据镜头光学成像原理，畸变模型为：

D_x(x,y)＝k₁x(x²+y²)+(p₁(3x²+y²)+2p₂xy)+s₁(x²+y²)

D_y(x,y)＝k₂x(x²+y²)+(p₂(3x²+y²)+2p₁xy)+s₂(x²+y²)

其中，D_x，D_y是非线性畸变值，D_x，D_y的第一项称为径向畸变，第二项称为偏心畸变，第三项称为薄棱镜畸变，其中k₁，k₂，p₁，p₂，s₁，s₂称为非线性畸变参数；

考虑到本实施例中，径向畸变对图像影响最大；因此，本实施例通过测量、计算一阶径向畸变校正公式，校正图像一阶径向畸变，提高测量精度；一阶径向畸变校正公式可以写成：

x_c＝x_d(1+k₁r_d ²)

y_c＝y_d(1+k₁r_d ²)

其中，x_d，y_d为像点的实际图像坐标，x_c，y_c为像点经畸变校正后的坐标，k₁为阶径向畸变参数，r_d为畸变半径，且

本实施例提出的车辆前方视界最近距离测量方法，包括以下步骤：

S1，安装定标杆3、广角物镜4、摄像头5，连接摄像头5与上位机6；

定标杆3采用能够被磁铁吸引的材料，例如铁杆，其上设有刻度；将定标杆3垂直安装于地面1；广角物镜4和摄像头5沿水平光路设置，广角物镜4位于摄像头5前侧，且广角物镜4中心与摄像头5的成像元件中心之间距离为广角物镜4的一倍焦距f′；

在定标杆3上找到与驾驶员眼点位置至地面投影点的垂直高度H相对应的一个刻度，广角物镜4中心与摄像头5对准该刻度，通过上位机6观察成像图像，同时调节广角物镜4和摄像头5，直到该刻度成像在图像中心；将标定基准点A设置在该刻度，在标定基准点A下方距离h处设置校正辅助点B，例如标定基准点A和校正辅助点B可采用不同颜色的磁性标记点2，吸附于定标杆3上；标定基准点A与广角物镜4中心之间的距离为L；

S2，由于广角物镜焦距f′已知，设校正辅助点B成像后理论像高为d₁,由三角形相似定理可知：

得到理论像高：

通过上位机6观察校正辅助点B成像位置，成像实际像高为d₂，根据一阶径向畸变校正公式，得到：

d₁＝d₂(1+k₁r_d ²)

其中r_d ²＝d₂ ²，联立可得畸变参数k₁为：

S3，摄像头5通过广角物镜4所能观察到的地面最近点即视界最近距离点C，且视界最近距离点C位于标定基准点A、校正辅助点B和广角物镜4中心三点所确定的平面；

在上位机6上观测视界最近距离点C成像的像高为s₁，根据一阶径向畸变校正公式得到校正后的像高s₂，即：

车辆前方视界最近距离为X，由三角形相似原理可得：

车辆前方视界最近距离X为：

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种车辆前方视界最近距离测量装置，其特征在于，包括：定标杆(3)、广角物镜(4)、摄像头(5)、上位机(6)；

所述定标杆(3)垂直安装于地面(1)；定标杆(3)上设有标定基准点A和校正辅助点B；标定基准点A的高度等于驾驶员眼点位置至地面投影点的垂直高度H；校正辅助点B位于标定基准点A正下方，标定基准点A和校正辅助点B之间距离为h；

所述广角物镜(4)和摄像头(5)沿水平光路设置，广角物镜(4)设置在摄像头(5)前侧；标定基准点A位于广角物镜(4)中心和摄像头(5)的成像元件中心所在水平光路；摄像头(5)连接上位机(6)；

标定基准点A与广角物镜(4)中心之间的距离为L；

广角物镜(4)中心与摄像头(5)的成像元件中心之间距离为广角物镜(4)的一倍焦距f′。

2.如权利要求1所述的车辆前方视界最近距离测量装置，其特征在于，

定标杆(3)采用能够被磁铁吸引的材料，且其上设有刻度；标定基准点A和校正辅助点B采用不同颜色的磁性标记点(2)，吸附于定标杆(3)上。

3.一种车辆前方视界最近距离测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，安装定标杆(3)、广角物镜(4)、摄像头(5)，连接摄像头(5)与上位机(6)；

将定标杆(3)垂直安装于地面(1)；广角物镜(4)和摄像头(5)沿水平光路设置，广角物镜(4)位于摄像头(5)前侧，且广角物镜(4)中心与摄像头(5)的成像元件中心之间距离为广角物镜(4)的一倍焦距f′；

在定标杆(3)上找到与驾驶员眼点位置至地面投影点的垂直高度H相对应的一个刻度，广角物镜(4)中心与摄像头(5)对准该刻度，通过上位机(6)观察成像图像，同时调节广角物镜(4)和摄像头(5)，直到该刻度成像在图像中心；将标定基准点A设置在该刻度，在标定基准点A下方距离h处设置校正辅助点B；标定基准点A与广角物镜(4)中心之间的距离为L；

S2，由于广角物镜焦距f′已知，设校正辅助点B成像后理论像高为d₁,由三角形相似定理可知：

得到理论像高：

通过上位机(6)观察校正辅助点B成像位置，成像实际像高为d₂，根据一阶径向畸变校正公式，得到：

d₁＝d₂(1+k₁r_d ²)

其中r_d ²＝d₂ ²，联立可得畸变参数k₁为：

S3，摄像头(5)通过广角物镜(4)所能观察到的地面最近点即视界最近距离点C，且视界最近距离点C位于标定基准点A、校正辅助点B和广角物镜(4)中心三点所确定的平面；

在上位机(6)上观测视界最近距离点C成像的像高为s₁，根据一阶径向畸变校正公式得到校正后的像高s₂，即：

车辆前方视界最近距离为X，由三角形相似原理可得：

车辆前方视界最近距离X为：

一阶径向畸变校正公式为：

x_c＝x_d(1+k₁r_d ²)

y_c＝y_d(1+k₁r_d ²)

其中，x_d，y_d为像点的实际图像坐标，x_c，y_c为像点经畸变校正后的坐标，k₁为阶径向畸变参数，r_d为畸变半径，且

4.如权利要求3所述的车辆前方视界最近距离测量方法，其特征在于，

定标杆(3)采用能够被磁铁吸引的材料，且其上设有刻度；标定基准点A和校正辅助点B采用不同颜色的磁性标记点(2)，吸附于定标杆(3)上。