はじめに
たまたま研究室にwebカメラが2台あったので物体の距離推定をしてみました。
実行環境は次の通りです。
- OS：macOS Catalina(ver10.15.1)
- OpenCV：ver4.1.2
プログラムの手順としては次の通りです。
- 映像の取り込み
- 対象のフィルタリング
- 重心位置取得（重心位置で距離推定を行う）
- 三角測量に基づく計算（参考）
ソースコード
グローバルに定義してある変数については次の通りです。
- float T：カメラレンズ間の距離（実測：cm単位）
- float F：カメラの焦点距離（Zを用いて推定値を定める）
- float Z：物体との距離（実測：cm単位）、Fの推定値を求める際に利用
先に物体とカメラとの距離をグローバル変数のZに代入して43行目と46行目のコメントアウトを消してfを出力します（逆にzについてはコメントアウトする）。
出力されたfをグローバル変数Fとして代入するとおおよそ正確な測定ができます。
#include <iostream>
#include <opencv2/opencv.hpp>
float T = 16; //カメラ間距離
float F = 1285; //焦点距離
//float Z = 50; //物体距離
int main(){
cv::VideoCapture video1(1); //動画の読み込み
cv::VideoCapture video2(2); //動画の読み込み
cv::Mat frame1,frame2; //フレーム格納用
while(1){
//1フレーム読み込み
video1.read(frame1);
video2.read(frame2);
cv::Mat mask1, mask2; //mask格納用
//フィルタリング,mask画像生成
inRange(frame1, cv::Scalar(0, 0, 100), cv::Scalar(50, 50, 255), mask1);
inRange(frame2, cv::Scalar(0, 0, 100), cv::Scalar(50, 50, 255), mask2);
//画像1重心探索
cv::Moments mom1 = cv::moments(mask1, 1);
cv::Point2f pt1 = cv::Point2f(mom1.m10/mom1.m00, mom1.m01/mom1.m00);
cv::circle(mask1, pt1, 10, cv::Scalar(100), 3, 4);
//画像2重心探索
cv::Moments mom2 = cv::moments(mask2, 1);
cv::Point2f pt2 = cv::Point2f(mom2.m10/mom2.m00, mom2.m01/mom2.m00);
cv::circle(mask2, pt2, 10, cv::Scalar(100), 3, 4);
//画像表示
cv::imshow("frame1", frame1);
cv::imshow("frame2", frame2);
cv::imshow("mask1", mask1);
cv::imshow("mask2", mask2);
//計算
float D = pt1.x - pt2.x; //ピクセル誤差
//float f = Z*D/T; //焦点距離
float z = F*T/D; //推定距離
//std::cout << f << std::endl; //標準出力
std::cout << z << std::endl; //標準出力
//キー入力
int key = cv::waitKey(10);
if(key == 'q'){
cv::destroyAllWindows();
break;
}
}
return 0;
}
OpenCV関数についての簡単な説明
過去のOpenCVについての記事で触れていない関数について簡単に説明します。
cv::inRange
入力配列の要素が指定した範囲内に含まれているか確認し、含まれていれば1、含まれていなければ0を返します。
次のようにして使います。
inRange(入力配列, 最小値の配列, 最大値の配列, 出力配列);
ここでは各画素においてBGR値が(0,0,100)〜(50,50,255)であるかを判別している。これによって赤色の要素を抜き出しています。
cv::moments
モーメントを求める関数。
次のようにして使います。
cv::moments(配列, パラメータ);
ここでパラメータは画像の際にのみ有効な真偽値で、真の場合に0でないピクセルが全て1として扱われます。
重心についてはこちらにあるようにして求められます。
cv::circle
円を描く関数。
次のようにして使います。
cv::circle(描画する画像, 円の中心座標, 半径, 色, 枠線の太さ, 枠線の種類);
実行してみた
実画像の一部を少し隠しています。
マスク画像には重心に丸が描かれています。
実測32.5cmの時
画像については次の通りに出力されました。
左カメラ生画像 右カメラ生画像 左カメラマスク画像 右カメラマスク画像
距離推定結果は「32.4118」とかなり正確な数値が出ました。
実測18cmの時
画像については次の通りに出力されました。
左カメラ生画像 右カメラ生画像 左カメラマスク画像 右カメラマスク画像
距離推定結果は「18.1881」とこちらもかなり正確な数値を出ました。
その他の距離（机の都合上10cm〜80cm）でも測定しましたが、誤差は大きくて1.5cm程度に収まりました。
最後に
ラジコンカーに取り付けて自動走行とかやってみても面白そうですね。
今回は簡単な実装になりましたが、参考になれば幸いです。
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