赵明绘，王建华，郑 翔，张山甲，张 程

(上海海事大学 航运技术与控制工程交通行业重点实验室，上海 201306)

0 引 言

无人水面艇由于其可以执行更危险的以及不适于有人船只执行的任务而吸引了广大研究人员[1]。为了实现无人水面艇的自主避障和目标跟踪等功能，无人水面艇对周围环境进行感知是十分必要的。视觉技术能切实提高无人水面艇对环境的感知能力，实现动态避障和目标跟踪等功能，增强无人水面艇对未知环境的应变能力，提高无人水面艇的航行安全。

基于单目视觉的测距问题，目前已有一些研究工作，文献[2～4]利用图像像素点、相机内参和透视投影几何关系测量前方车辆障碍物的距离。文献[5]通过视频来估计被跟踪船与相机距离;文献[6,7]利用图像中地平线与目标船之间的垂直像素距离作为测量距离;文献[8]计算垂直方向距离和水平方向距离，并且测量相机俯仰角;文献[9]分析参数误差对测距精度的影响;文献[10]分析不同相机高度、俯仰角及方向角对车距测量的影响。

本文在单目测距模型、相机高度和俯仰角标定方法的基础上，通过仿真实验分析影响测距精度的因素，通过实船实验进行验证。

1 单目测距原理

1.1 测距模型

采集水面目标图像，识别图像中目标所在区域，并计算该区域像素纵坐标最大值，及其对应的横坐标均值，将组合得到的坐标作为观测点的像素坐标。根据相机内部参数和透视投影几何关系获得观测点在相机坐标系下的深度信息，再根据刚体变换计算观测点在无人艇附体坐标系下的三维信息，进而计算观测点到艇体的距离。……