照片成像测距方法探讨_黄厚旗

交通运输工程与信息学报
第5卷
第4期
2007 年 12 月
Journal of Transportation Engineering and Information
No.4 Vo1.5 Dec.2007
照片成像测距方法探讨
黄厚旗
西南交通大学，交通运输学院，成都 610031
摘
要：在精度要求不高的情况下，可以利用照片成像的原理解决很多测距问题。首先讨论在拍照过程中
照相机外框底边与需要测量线段所在的平面平行情况， 接着将问题扩展到不平行的一般情况。 在此过程中， 同时建立了所测平面与成像平面的坐标点转换关系，以及求解线段长度的一般表达式。然后分析了该方法 在实际运用中可能产生的测量误差及其产生的原因，并提出了切实可行的减小误差的方法。 关键词：图像测距；所测平面；成像平面；坐标转换；测量误差 中图分类号：P22 文献标识码：A 文章编号： 1672-4747 （2007） 04-0041-05
Discussion on the Distance Measuring Method of Photo Imagining
HUANG Hou-qi
College of Traffic & Transportation， Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China
Abstract：Based on the mechanism of photo imaging, this paper analyzed the distance measuring method of photo imaging and built a general model of distance measuring. During the course of taking photos, it is first discussed that the camera outline border is parallel with the plane, then, the unparallel is extended. A coordinate transformation relation between imaging plane and the measured plane, and a expression of line length were built. The errors and the causation of the errors were both analyzed for the method. Finally, a feasible method to reducing these errors was presented. Key words ： Distance measuring of photo ， measured plane ， imaging plane ， coordinate transformation，measuring errors
收稿日期：2006-10-19. 作者简介：黄厚旗（1980-） ，江西于都人，西南交通大学交通运输学院硕士研究生，助工。
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交通运输工程与信息学报
2007 年
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引
言
ABDC 为所测平面；平面 GHJI 为成像平面（即底片 曝光时所处的空间位置） 。
距离的测量方法有多种，常用的距离测量方法 有：钢尺量距、视距测量、光电测距、电磁波测距等， 各种方法均有其各自的优缺点 [1]。例如钢尺量距和视 距测量所要参加的人数较多（一般 2～3 人） 。钢尺量 距采用直接测量，降低了测量能应用的范围；视距测 量易受人和环境的影响； 光电测距和电磁波测距需利 用精密的电子仪器， 经过信号的处理产生数字的测量 信息。而且，上述测量方法的共同特点是测量的精度 主要决定于测量仪器，如果要求提高精度，所需的费 用会大幅度的增加。在现实生活中，在很多情况下所 要求的精度并不高，因此，可以寻找一些费用成本较 低而能达到一定精度要求的方法来解决此问题。 随着 计算机技术与电子技术的不断进步， 使图像测距的实 现成为可能。它能有效地解决上述测量方式的不足， 同时减少开发的成本和周期， 在一定范围内通过改进 计算机算法提高图像测距的精度和效率。 在求解过程中，构造一个锥体 OABFE，且锥体 OABFE 与锥体 OGHJI 具有共同的顶点与中轴线，分
Fig.1 图1 立体图
Three-dimensional map
1
方法设计
使用器材：三角尺（各边长与所测距离比较接
别居于顶点 O 的两侧，如图 1 所示。 在平面 GHJI 上，以直线 GH 为 X 轴，且 GH 方 向为 X 轴正方向；以线段 GH 的中垂线为 Y 轴，且 GK 方向为 Y 轴正方向。在平面 ABFE 上，如果以直 线 AB 为 X 轴，且 AB 为 X 轴正方向；以线段 AB 的 中垂线为 Y 轴，且 AE 为 Y 轴正方向。 设锥体 OGHJI 高为 h1，锥体 OABFE 高为 h2，令 k = h2/h1，则平面 GHJI 上任一点 P1(P1x, P1y) 在平面 ABFE 上的投影点 P2(P2x, P2y) 坐标值为(kP1x, kP1y)。 1.3 1.3.1 问题求解 坐标转换 先求平面 ABFE 上任意一点 P2(P2x, P2y) 在平面 ABDC 上的投影点 P(Px, Py) 的坐标值。 在平面 ABDC 上，令直线 AB 为 X 轴，且 AB 方
近） ，照相机（建议采用数码相机，若为普通相机则 需配备扫描仪） 。 拍摄过程：将三角尺放置于一处，且使三角尺与 所需测量物体处于同一平面；接着拍摄照片，且使照 片包含该三角尺和该物体；最后将照片下载，普通照 相机则可将照片扫描成文件保存。 1.1 问题的提出 在投影面内存在一已知边长的三角形和一线段， 且知该五点在成像平面内对应点的平面坐标值。 在此 前提下求该线段的距离。 1.2 模型建立 先假设拍摄照片时照相机正面边框的底线 （即镜 头所在面边框的底线）平行于所测平面的情况。 图 1 中点 O 为照相机的镜头中心点，四边形
向为 X 轴正方向；以线段 AB 的中垂线为 Y 轴，且点 C 在 Y 轴正方向。 在平面 ABFE 的 Y 轴上取一点 Q2， O1Q 2 = P2y， 且 则 Q2P2 = P2x；同样，在平面 ABDC 的 Y 轴上取一点
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