Как измерить расстояние до объекта

Измерение расстояния до объекта и его скорости

Технологию, которую я собираюсь Вам представить, я не встречал в найденных мной методах определения расстояния до объекта на изображении. Она не является ни универсальной, ни сложной, суть её заключается в том, что видимое поле (будем считать, что мы используем видеокамеру) калибруется линейкой и затем сопоставляется координата объекта на изображении с отметкой на линейке. То есть измерение ведётся по одной линии или оси. Но нам не нужно хранить отметку на линейке для каждого пикселя, алгоритму для калибровки нужно только знать размер линейки в пикселях и в метрах, а также координату пикселя, который является фактической серединой линейки. Очевидное ограничение — работает только на плоских поверхностях.

Кроме самого метода в статье рассмотрена его реализация на языке Python с использованием библиотеки OpenCV, а также рассмотрены особенности получения изображений с вебкамер в Linux, используя video4linux2 API.

На практике нужно было измерить расстояние до автомобиля и его скорость на каком-нибудь прямом участке дороги. Я использовал длинную рулетку, растягивал её в доль дороги, по середине полотна, затем настраивал камеру так, чтобы вся рулетка как раз входила в поле зрение камеры и была выравнена с осью X изображения. Следующим шагом было положить что-нибудь яркое на середину рулетки, закрепить камеру так, чтобы она никуда не съехала, и записать координаты пикселя этой середины.

Все расчёты сводятся к одной единственной формуле:
l = L*K / ( W/x — 1 + K ), где
l – искомое расстояние до объекта, м;
L – длина «линейки», м;
W – длина «линейки» в пикселях, обычно совпадает с шириной изображения;
x – координата объекта на изображении;
K = (W — M) / M – коэффициент, отражающий наклон камеры, здесь M – координата середины «линейки».

В выводе этой формулы мне очень пригодились школьные знания тригонометрии.

График зависимости этой функции приведён на рисунке:

Чем больше наклон камеры, тем круче идёт график. В граничном случае, когда ось камеры направлена перпендикулярно плоскости «линейки» ( M = W / 2), график становится прямой линией.

Но статья была бы слишком короткой, если бы на этом и остановиться. Поэтому я решил сделать демонстрационную программу, которая бы подключалась к вебкамере компьютера и следила бы за каким-нибудь объектом, вычисляя расстояние до него и его скорость. В качестве языка программирования я выбрал Python, язык с очень большим количеством достоинств, для построения графического интерфейса был выбрал фреймворк Tkinter, идущий вместе с Python, так что его не нужно устанавливать отдельно. Для слежения за объектом хорошо подходит OpenCV, я использую версию 2.2, но в репозитории текущей версии ubuntu (10.10) имеется только версия 2.1, а у них API немного изменилось в лучшую сторону и программа под версией 2.1 не заработает. В принципе можно было бы построить всю программу на OpenCV, возложив на неё функции графического интерфейса и захвата изображения, но я хотел отделить её от основной части программы, чтобы можно было если что заменить эту библиотеку на что-нибудь другое или просто убрать, выключив слежение. Я начал перерабатывать старую программу, удаляя всё ненужное, и на моё удивление от программы осталось всего несколько строк с непосредственным расчётом расстояния и скорости, что в принципе было логично, так как в оригинале программа не использует графический интерфейс, следит за автомобилем по другому алгоритму да и вместо вебкамеры используется мегапиксельная сетевая камера с подключением по RTSP.

Что касается получения изображений с вебкамеры, то тут не всё так просто. Под Windows программа использует DirectX для подключения к камере через библиотеку VideoCapture, здесь всё достаточно просто. Но под Linux внятных статей об использовании вебкамер из Python очень мало, а те примеры что есть как правило оказываются неработоспособными из-за какой-нибудь очередной смены API. В прошлом я использовал ffmpeg для этих целей и программа была на C, но ffmpeg это немного «по воробьям из пушки», да и дополнительными зависимостями не хотелось отягощать конечную программу. Можно было воспользоваться OpenCV, которая так же использует ffmpeg, но был выбран путь написания собственной обёртки video4linux2 API для Python.

Также подразумевается, что вебкамера отдаёт изображение в YUYV формате (YUV422), от RGB он отличается тем, что цветовой информации в нём в 2 раза меньше. В YUYV два пикселя кодируются 4 байтами, а в RGB шестью, отсюда экономия в полтора раза. Y — компонента яркости, для каждого пикселя она своя. U и V — цветоразностные компоненты, которые определяют цвет пикселя, так вот каждые два пикселя используют одни и те же значения U и V. Если представить поток байт от вебкамеры в этих обозначениях, то он будет выглядеть как YUYV YUYV YUYV YUYV YUYV YUYV — это 12 пикселей. Выяснить в каком формате у Вас работает вебкамера можно с помощью VLC плеера, открываете захватывающее устройство с его помощью и затем запрашиваете информацию о кодеке, должно быть как на рисунке:

Вот так выглядит исходный код библиотеки для доступа к вебкамере:
main_v4l2.cpp

Алгоритм вполне понятен — сначала открываем устройство, имя которого задаётся вначале («/dev/video0»), а затем на каждый запрос getFrame считываем кадр с вебкамеры, конвертируем его в RGB формат и отдаём ссылку на кадр тому, кто его просил. Я предоставляю также Makefile для быстрой компиляции данной библиотеки, если вам это понадобится.

А вот так выглядит обёртка этой библиотеки для Python:
v4l2.py

Как видите абсолютно ничего сложного. Библиотека подключается с помощью модуля ctypes. В написании обёртки не было никаких проблем, за исключением строчки:

Осталось только показать исходный код основного скрипта, который формирует графический интерфейс и загружает все остальные модули.
main.py

Источник

Способы определения расстояний без специальных средств

Ведёте ли вы автомобиль, путешествуете ли с рюкзаком, умение определять расстояния — это важный и полезный навык, как в городе, так и в дали от городской суеты. В данной статье, я расскажу о том, как рассчитывать расстояния и тренировать глазомер.

Варианты определения расстояний до объектов

Среди полезных умений, которые рекомендуется освоить всем, кто предпочитает спокойному отдыху активный, относится определение расстояния на местности. Ситуаций, когда этот навык может пригодиться, множество – отсутствие картографического материала или его порча, утеря, необходимость определить ширину реки на глаз, расстояние до цели, произвести расчет высоты дерева, которое нужно использовать в качестве моста и другое.

Существует не один способ определения расстояний на местности

Существующие варианты отличаются различной погрешностью измерений и инструментарием. Узнать расстояние можно:

Определение расстояния «на глаз» или по линейным объектам

Метод измерения расстояния «на глаз» подходит, когда есть объект с известным размером (длина, ширина или высота). Такой расчет считается точным на 90%, а иногда и больше, если набраться опыта.

Линейные размеры самых часто встречающихся объектов:

L Как определять стороны света в природе, рассказываю в статье: Как определить север и юг без компаса днем и ночью

Как определить расстояние до объекта

Возьмите линейку и расположите ее на уровне измеряемого объекта в 50 см от глаз. Размеры предмета (длину, ширину или высоту) измеряют по линейке и учитывают в миллиметрах.

Определение расстояния по линейке

Теперь воспользуйтесь формулой:

Расстояние, м =(реальный размер в см/измеренный размер по линейке в мм)*5.

Этот академический метод в туристической среде был немного упрощен. Определение расстояния туристы проводят по большому пальцу.

Рассмотрим на примере измерения расстояния до столба связи (высота 8 м). Длина большого пальца около 6 см. Вытяните руку перед собой, сожмите ладонь в кулак так, чтобы большой палец смотрел вверх. Расстояние от глаз до пальца будет около 60 см. Определите какой длине соответствует столб, к примеру трети пальца (2 см).

Далее осталось рассчитать пропорцию:

Х = (8 м * 60 см)/2 см =240 м.

Вычисление расстояния шагами

Умение определять расстояния собственными шагами может пригодиться как для любителей туризма (например, при составлении схем местности и наоборот, при поиске объекта, указанного на карте или плане), так и обычным горожанам, которые занимаются, скажем, спортивной ходьбой.

Длина шага — величина постоянная

Шаги используют в качестве мерной единицы по причине того, что человек обычно делает одинаковые по длине шаги, когда идет размеренным шагом по ровной поверхности. Именно эту длину своего шага рекомендуется вычислить и запомнить, как эталонную.

На изменение эталонной длины влияет:

Способ «Мокрые ноги »
Определить длину шага можно несколькими способами.

Смысл такого измерения в том, что нужно «наследить» мокрыми ногами, затем взять рулетку и узнать расстояние от одной пятки до другой. Для чистоты расчетов, следует сделать несколько шагов, померить расстояния и вычислить среднее значение.

Имея длину шага, теперь можно без труда считать расстояния в походе или на прогулке. Интересно, что если ввести такой подсчет в привычку, то скоро вы заметите, что считаете шаги уже по инерции. Есть два способа учитывать шаги.

Чтобы не сбиться при подсчете, когда количество шагов переваливает за отметку 100, можно на каждую сотню загибать палец или перекладывать спички из одного кармана в другой.

Видимость объектов – как способ узнать расстояние

По тому различимы объекты, находящиеся вдали глазом или нет, также можно достаточно точно определять расстояние. Тренировкой возможно добиться снижения погрешности в определении длины до 10-20% на 1 км.

Определение расстояния по видимым объектам

Используя этот метод, нужно учитывать, что глаз по-разному воспринимает расстояния:

Данные, приведенные ниже, рассчитаны на определение расстояния до объекта днем в ясную погоду на равнинной местности.

L Как определить погоду в походных условиях, вы узнаете из статьи: Способы как узнать погоду по приметам на завтра

Заключение

В походе нет неважных навыков. Чем больше вы умеете, тем уверенней вы себя чувствуете, особенно в экстремальных ситуациях. Точно определять расстояния «на глаз» можно научиться, всего лишь чаще тренируйте свой глазомер, используя методы, описанные в данной статье.

Источник

Определение расстояния по линейке: как померить

Как определить расстояние до объекта

Бывают ситуации, когда необходимо уметь определять расстояние до объекта, имея под рукой лишь линейку. К примеру, вы должны рассчитать, через какое время вы доберетесь до видимого вдали населенного пункта или, манящего теплым дымком, домика лесника. Или путеводной звездой для вас стал проходящий вдалеке поезд, и где-то над деревьями вы увидели концы столбов линии электропередач железнодорожных путей.

Современные гаджеты, конечно, никто не отменял: не зря же целые толпы ученых и разработчиков трудились, чтобы внедрить в повседневную (и не очень) жизнь свои изобретения и тем самым облегчить нам существование или поиск выхода в той или иной ситуации. Однако методы и способы, которые уже много десятилетий применяются на практике, не зря до сих пор имеют столь большую популярность.

На глаз

Ничего сложного, на самом деле, в таком методе определения расстояния, нет. Достаточно знать несколько простых правил. А суть умения заключается в фиксировании на местности отрезки, равные 50, 100, 500 и 1 тыс. м.

Итак, правила. Если вспомнить школьные курсы физики и ОБЖ, то ничего нового вы сейчас не узнаете. Однако, освежим в памяти.

Расстояние по линейке

По угловой величине

Измерить расстояние с помощью линеечки можно, используя угловую величину. Разберемся, что это и как это сделать. Ознакомимся для начала с понятием тысячной. Тысячная — это международная единица измерения расстояния по горизонту, равная 1/6 тыс. горизонта. Широко распространено ее применение в армии в основном для корректировки прострелов.

На бумаге обозначается и произносится так:

Использовать данную величину для измерения расстояния до объекта возможно, если вы знаете один из параметров намеченного ориентира: ширину или высоту. Для вычисления применяется формула.

Разобрались? Более-менее. С формулой вопросов нет, а как найти угловую величину? Вот тут-то нам на помощь и приходит старая добрая школьная линейка. Объясняем:

Рассмотрим на примере. Высота 10-этажного дома равна 30 метров. На линейке эта величина составляет 20 мм или 40-тысячных. Подставляем в формулу и вот что получаем.

А что если объект невысокий, но мы все равно его видим? Тогда используем другую формулу.

Пример

Вдалеке нам виден человек ростом 165 см. На линейке его рост составляет 3 мм. И тогда, то сколько нам до него идти, рассчитываем по формуле.

Д=(165/3)*5=275 м —м вот такое расстояние между вами и человеком.

Если под рукой нет линейки, можно использовать другие прямые предметы, длину которых вы хорошо знаете. Например, карандаш или коробок со спичками. Измеряется расстояние с помощью подручных предметов тем же вышеописанным способом и с применением тех же данных и методов. Конечно, результат измерений не будет таким же точным, но погрешность будет минимальна.

Ведь даже примерное знание расстояния, которое вам необходимо преодолеть, может выручить вас внештатной ситуации. Вы уже сможете определить, сколько времени вам понадобится для того, чтобы добраться до какого-либо укрытия, если наступает ночь или портится погода. Хватит ли ув вас с собой припасов до того момента, когда в заветной близости окажется населенный пункт.

Изначально этот метод и был разработан для использования в полевых условиях, но со временем успешно перекочевал в область туризма. Поэтому, если вы решили отправиться в поход, помимо основных инструментов для определения положения на местности и расстояний, которые необходимо преодолеть, иметь в запасе столь полезное знание никогда не будет лишним. Линейка много места в походном снаряжении не займет.

В пути можно попрактиковаться, сверяя полученный результат с обозначениями на картах. Немного опыта использования такой методики в реальности — и вот вы уже почти матерый профессионал в ориентировании на местности. По крайней мере, неопытные туристы точно будут заглядывать вам в рот, когда вы примените этот способ при них.

Источник

Определение расстояний без специальных средств

Человеку, находящемуся в какой-либо местности может понадобится возможность измерения расстояний до определенных объектов, а также определение ширины и высоты этих обьектов. Такие измерения лучше и точнее можно провести с иcпользованием специальных средств (лазерных дальномеров, дальномерных шкал оптический приборов и.т.д.), но таковые не всегда могут оказаться под рукой. Поэтому в данной ситуации на выручку придет знание «дедовских», проверенных временем, способов. К таковым относятся:

Определение расстояний на глаз

Данный способ является наиболее простым и быстрым. Определяющим здесь является умение мысленно откладывать на местности равные отрезки в 50, 100, 500 и 1000 м. Данные отрезки расстояний необходимо изучить и хорошо закрепить в зрительной памяти. При этом необходимо принимать во внимание следующие особенности:

Еще удобней для этих целей использовать штангенциркуль, который для компактности можно укоротить.

Также существует более простая формула определения дистанции при помощи линейки:
Д = (высота или ширина объекта в см / кол-во миллиметров на линейке) x 5

Пример: ростовая фигура имеет высоту 170 см и на линейке закрывает 2 мм, следовательно дистанция до нее будет:(170см / 2мм) x 5 = 425 м

Определение расстояний при помощи линейки и сподручных предметов

Линейные размеры распространенных объектов

При отсутствии линейки угловые величины можно измерять помощи подручных предметов, зная их линейные размеры. Это может быть, например спичечный коробок, спичка, карандаш, монета, патроны, пальцы рук и.т.д Например, спичечный коробок имеет длину — 45 мм, ширину 30 мм, высоты 15 мм, следовательно если его вытянуть на расстояние 50 см, его длина будет соответствовать 0-90, ширина 0-60, высота 0-30.

Определение расстояний по звуку

Человек обладает способностью улавливать и различать звуки различной природы, как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, что позволяет весьма успешно навскидку определять расстояния до источников звука. Слух, как и глазомер необходимо постоянно тренировать.

Средняя дальность слышимости различных источников

Источник

Определение расстояний без специальных средств

Человеку, находящемуся в какой-либо местности может понадобится возможность измерения расстояний до определенных объектов, а также определение ширины и высоты этих обьектов. Такие измерения лучше и точнее можно провести с иcпользованием специальных средств (лазерных дальномеров, дальномерных шкал оптический приборов и.т.д.), но таковые не всегда могут оказаться под рукой. Поэтому в данной ситуации на выручку придет знание «дедовских», проверенных временем, способов. К таковым относятся:

Определение расстояний на глаз

Данный способ является наиболее простым и быстрым. Определяющим здесь является умение мысленно откладывать на местности равные отрезки в 50, 100, 500 и 1000 м. Данные отрезки расстояний необходимо изучить и хорошо закрепить в зрительной памяти. При этом необходимо принимать во внимание следующие особенности:

Еще удобней для этих целей использовать штангенциркуль, который для компактности можно укоротить.

Также существует более простая формула определения дистанции при помощи линейки:
Д = (высота или ширина объекта в см / кол-во миллиметров на линейке) x 5

Пример: ростовая фигура имеет высоту 170 см и на линейке закрывает 2 мм, следовательно дистанция до нее будет:(170см / 2мм) x 5 = 425 м

Определение расстояний при помощи линейки и сподручных предметов

Линейные размеры распространенных объектов

При отсутствии линейки угловые величины можно измерять помощи подручных предметов, зная их линейные размеры. Это может быть, например спичечный коробок, спичка, карандаш, монета, патроны, пальцы рук и.т.д Например, спичечный коробок имеет длину — 45 мм, ширину 30 мм, высоты 15 мм, следовательно если его вытянуть на расстояние 50 см, его длина будет соответствовать 0-90, ширина 0-60, высота 0-30.

Определение расстояний по звуку

Человек обладает способностью улавливать и различать звуки различной природы, как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной, что позволяет весьма успешно навскидку определять расстояния до источников звука. Слух, как и глазомер необходимо постоянно тренировать.

Средняя дальность слышимости различных источников

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Источник