如何用摄像头来测距剖析

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如何用摄像头来测距（opencv）

作者：郭世龙

最近一直忙着找工作，blog都长草了，今天把以前作的一个东西放上来充充门面吧。记得在哪看到过老外做的这个东西，觉得很好玩，就自己也做了一个。在摄像头下面固定一个激光笔，就构成了这个简易的测距装置。看一下图吧。

原理

假设激光束是与摄像头的光轴完全平行，激光束的中心落点在在摄像头的视域中是最亮的点。激光束照射到摄像头视域中的跟踪目标上，那么摄像头可以捕捉到这个点，通过简单的图像处理的方法，可以在这侦图像中找到激光束照射形成的最亮点，同时可以计算出Y轴上方向上从落点到图像中心的象素的个数。这个落点越接近图像的中心，被测物体距离机器人就越远。由下图图可以计算距离D：

（1）

等式中h是一个常量，是摄像头与激光发射器之间的垂直距离，可以直接测量获得。

θ可通过下式计算：

θ=Num*Rop+Offset（2）

其中：Num是从图像中心到落点的像素个数

Rop是每个像素的弧度值

Offset是弧度误差

合并以上等式可以得到：

（3）

Num可以从图像上计算得到。Rop和Offset需要通过实验计算获得。首先测量出D的准确值，然后根据等式（1）可以计算出准确的θ，根据等式（2）可到只含有参数Rop和Offset 的方程。在不同的距离多次测量D的准确值计算θ，求解方程组可以求出Rop和Offset。这里Rop＝0.0030354，Offset＝0.056514344。

程序

头文件：

class LaserRange

{

public:

struct RangeResult * GetRange(IplImage * imgRange,IplImage * imgDst);

LaserRange();

virtual ~LaserRange();

private:

unsigned int maxW;

unsigned int maxH;

unsigned int MaxPixel;

RangeResult * strctResult;

// Values used for calculating range from captured image data

const double gain; // Gain Constant used for converting pixel offset to angle in radians const double offset;// Offset Constant

const double h_cm; // Distance between center of camera and laser

unsigned int pixels_from_center; // Brightest pixel location from center

void Preprocess(void * img,IplImage * imgTemp);

};

cpp文件：

LaserRange::LaserRange():gain(0.0030354),offset(0),h_cm(4.542)

{

maxW=0;

maxH=0;

MaxPixel=0;

pixels_from_center=0; // Brightest pixel location from center

strctResult=new RangeResult;

strctResult->maxCol=0;

strctResult->maxRow=0;

strctResult->maxPixel=0;

strctResult->Range=0.0;

}

LaserRange::~LaserRange()

{

if(NULL!=strctResult) delete strctResult;

}

struct RangeResult * LaserRange::GetRange(IplImage * imgRange,IplImage * imgDst) {

if(NULL==imgRange) return strctResult;

Preprocess(imgRange,imgDst);

pixels_from_center = abs(120-maxH);

// Calculate range in cm based on bright pixel location, and setup specific constants strctResult->Range= h_cm/tan(pixels_from_center * gain + offset);

strctResult->PixfromCent=pixels_from_center;

strctResult->maxCol=maxW;

strctResult->maxRow=maxH;

strctResult->maxPixel=MaxPixel;

//strctResult->Range=0.0;

return strctResult;

}

void LaserRange::Preprocess(void *img, IplImage * imgTemp)

{

MaxPixel=0; //处理下一帧前最大像素值清零；

IplImage* image = reinterpret_cast(img);

cvCvtPixToPlane( image,0 ,0 ,imgTemp , 0);

for( int j=((imgTemp->width-60)/2-1); j<(imgTemp->width-40)/2+59; j++) {

for(int i=5; iheight-5; i++)

{

if((imgTemp->imageData[i*imgTemp->widthStep+j])>MaxPixel)

{

if( ((imgTemp->imageData[(i-1)*imgTemp->widthStep+j])>MaxPixel) && ((imgTemp->imageData[(i-1)*imgTemp->widthStep+j+1])>MaxPixel)

&&((imgTemp->imageData[(i-1)*imgTemp->widthStep+j-1])>MaxPixel) ) {

if( ((imgTemp->imageData[(i+1)*imgTemp->widthStep+j])>MaxPixel) && ((imgTemp->imageData[(i+1)*imgTemp->widthStep+j+1])>MaxPixel)

&&((imgTemp->imageData[(i+1)*imgTemp->widthStep+j-1])>MaxPixel) ) {

if((imgTemp->imageData[i*(imgTemp->widthStep)+j+1])>MaxPixel)

{

if((imgTemp->imageData[i*(imgTemp->widthStep)+j-1])>MaxPixel)

{

MaxPixel=imgTemp->imageData[i*imgTemp->widthStep+j] ;

maxW=j;

maxH=i;