单目相机减速带检测以及测距

news2024/10/7 17:26:24

单目相机减速带检测以及测距项目是一个计算机视觉领域的应用，旨在使用一个摄像头（单目相机）来识别道路上的减速带，并进一步估计车辆与减速带之间的距离。这样的系统对于智能驾驶辅助系统（ADAS）特别有用，因为它可以帮助驾驶员提前减速，避免碰撞或剧烈颠簸。

下面是一个典型的单目相机减速带检测和测距项目的组成部分：

1. 数据集准备

收集包含减速带的大量图像或视频片段，这些数据用于训练机器学习模型。
数据集应该多样化，包括不同天气条件、光照水平、减速带类型和视角的图像。

2. 目标检测模型训练

使用深度学习框架，如YOLOv5、SSD或Faster R-CNN，训练一个目标检测模型以识别减速带。
训练模型需要标注的数据，即在每张图像中标注减速带的位置。

3. 相机标定

为了准确地测量距离，必须先标定相机，以获取其内参数（如焦距、主点位置）和任何畸变参数。
标定通常使用带有已知几何图案（如棋盘格）的标定板完成。

4. 测距算法开发

开发算法来根据减速带在图像中的大小和相机的参数计算其距离。
可以采用三角法或透视投影法，其中已知减速带的实际尺寸是一个关键参数。

5. 系统集成与测试

将检测和测距模块整合到一个系统中，确保它们协同工作。
在各种条件下测试系统，包括不同的光线、角度和减速带类型，以评估其鲁棒性和准确性。

6. 实时处理

优化系统以实现实时处理，这对于车载应用至关重要。
可能需要硬件加速，如GPU或专用的计算机视觉处理器，以达到所需的帧率。

7. 用户界面与警报系统

设计用户界面，显示减速带的位置和距离信息。
如果减速带距离过近，可能需要触发警报系统，提醒驾驶员采取行动。

在实际应用中，单目相机减速带检测和测距项目可能还会涉及到一些挑战，例如减速带的多样性（形状、颜色、材质）、环境因素的影响（如阴影、雨雪等）以及相机运动的补偿等。因此，持续的改进和适应性是此类项目成功的关键。

一、相机标定（拍照+标定+去畸变）

相机标定在calibration.py里实现。目前不足：鱼眼相机去畸变有点问题，其他均正常。

使用方法：运行calibration.py，按照提示运行即可。请注意，本程序capture时会自动清空标定板图片文件夹（已修改为可选择是否清空）。先capture拍照，拍照数目可以在程序里预设；然后calibrate标定，不同类型相机的结果会自动写入不同config里。然后可以undistort去畸变。

标定板相关请参考我的博客：本程序使用的标定板是x方向奇数11个、y方向偶数8个、角点间距1cm的标定板，在程序里为calibration.py的：

board = Board(11,8,10) #col row width(mm)

把部分函数放入到了utils/calibrate下，供其他程序使用。新增了鸟瞰图，运行birdeye.py即可。

PS：鸟瞰图转换中，标定板平面坐标系的原点以左上角为基础，向左上平移了200mm。

二、单应矩阵标定

本着有啥用啥的原则，我直接用宿舍的瓷砖标定了哈哈哈（其实之前用外面的瓷砖标定过，但是相机太烂了拍不清，在宿舍放了几个标志物再标定的）。

单应矩阵至少需要四个点，用findHomography函数，这里有个坑了我一下午的坑：这个函数找到的H满足 $$ c[x,y,1]^T = H[u,v,1]^T $$ 其中，u,v是成像坐标系的点，x,y是地面坐标系的点。一定注意还有个c，因为H是八自由度的，最后得到转换后的坐标不是标准齐次坐标，还要手动转化为标准齐次坐标。

程序运行方法：运行getHomography.py以拍照、鼠标点击获得像素以及标定（大体是这样，我最后把像素坐标写死了），然后求解H；运行getDistance以实现运用获得的H点击像素之后测距(可能以后会删除，因为这个.py是用来测试测距的)。