用移動設(shè)備進(jìn)行物體尺寸測量的方法
【專利摘要】針對現(xiàn)有測量手段的不足，本發(fā)明提出一種用于移動設(shè)備的、僅需要拍攝一幅圖像即可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確測量的獲得所拍攝圖像中物體尺寸的測量方法。其具體方法如下：用于移動設(shè)備的物體尺寸測量方法，包括獲取原始數(shù)據(jù)的步驟、對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟、計(jì)算邏輯焦距的步驟、計(jì)算獲取單位坐標(biāo)長度e的步驟，以及輸出圖像信息的步驟；有益的技術(shù)效果：本發(fā)明克服前人移動圖像測量方法需要移動設(shè)備且不準(zhǔn)確的問題，提出一種新的僅需拍攝一幅圖像就可以完成測距的移動圖像測量方法。該發(fā)明根據(jù)加速度傳感器靜止拍攝時(shí)的一個重力分解信息計(jì)算出設(shè)備方向，并進(jìn)一步結(jié)合投影幾何技術(shù)，完成測量場景中兩點(diǎn)間距離，達(dá)到快速、準(zhǔn)確的測距。
【專利說明】用移動設(shè)備進(jìn)行物體尺寸測量的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于測量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其屬于基于單幅圖像的測量領(lǐng)域，具體涉及一種用 移動設(shè)備進(jìn)行物體尺寸測量的方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的距離測量方法，如量尺測量、激光測量和電磁波測量等方法，不僅要求攜帶 設(shè)備較多，而且無法進(jìn)行脫離現(xiàn)場的測量。圖像測量是指通過圖像處理的方法，對包含在圖 像中的場景進(jìn)行測量的方法。隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展，利用圖像實(shí)施測量成為研究的熱 點(diǎn)之一。圖像具有保存現(xiàn)場的能力，可以在獲取圖像后在脫離現(xiàn)場的情況下進(jìn)行測量，圖像 的這種屬性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)測量方法的不足。但是目前還缺少簡單高效的圖像測量方法。為 此，本文提出了一種結(jié)合移動設(shè)備內(nèi)置傳感器的圖像測量方法。
[0003] 已有的圖像測量方法主要有三類。第一類是借助于額外的附加設(shè)備，結(jié)合圖像處 理技術(shù)實(shí)現(xiàn)圖像的測量。該類方法需要攜帶附加的設(shè)備，且需要按照固定的位置配置，實(shí)際 使用中不具有便攜性。第二類是采用標(biāo)定物的方法。這類方法使用場景中人工放置的已知 其信息的特定標(biāo)定圖案（如國際象棋棋盤、同心圓和平行圓等）對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，求解場景 平面與實(shí)際平面之間的單應(yīng)性關(guān)系，然后計(jì)算場景中點(diǎn)之間的距離。由于要求場景中有特 定的標(biāo)定圖案，不僅受標(biāo)定圖案大小、光照強(qiáng)度、角點(diǎn)檢測的影響較大，而且不適應(yīng)于范圍 較大的場景。最后一類是采用標(biāo)定相機(jī)的方法。這類方法利用雙目視覺，通過已經(jīng)標(biāo)定的 兩個相機(jī)獲取一對圖像，再根據(jù)兩幅圖像之間的視差來計(jì)算場景中兩點(diǎn)之間的關(guān)系。該測 量方法需要使用兩個相對位置關(guān)系已知的相機(jī)對場景進(jìn)行測量，設(shè)備要求高，且不利用實(shí) 際場景的應(yīng)用。
[0004] 近年來，隨著平板電腦和智能手機(jī)的普及，使用移動設(shè)備實(shí)現(xiàn)便捷的移動圖像測 量方法也引起了研究者的關(guān)注，現(xiàn)有方法需要移動設(shè)備拍攝兩幅圖像，根據(jù)設(shè)備傳感器在 移動過程中記錄的信息獲取兩次拍攝之間的距離，利用兩幅圖像的視差實(shí)現(xiàn)距離計(jì)算，但 是重力對設(shè)備加速度傳感器的影響非常大，因此利用該方法記錄設(shè)備的移動距離具有較大 的誤差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有測量手段的不足，本發(fā)明提出一種用于移動設(shè)備的、僅需要拍攝一幅圖 像即可實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確測量的獲得所拍攝圖像中物體尺寸的測量方法。其具體方法如下：
[0006] 用移動設(shè)備進(jìn)行物體尺寸測量的方法，包括獲取原始數(shù)據(jù)的步驟、對原始數(shù)據(jù)進(jìn) 行預(yù)處理的步驟、計(jì)算邏輯焦距f的步驟、計(jì)算獲取單位坐標(biāo)長度e的步驟，以及輸出圖像 信息的步驟；
[0007] 所述獲取原始數(shù)據(jù)的步驟：用移動設(shè)備拍攝一幅圖像，并記錄拍攝圖像時(shí)的加速 度值；由移動設(shè)備建立攝像坐標(biāo)系；
[0008] 所述對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟：由移動設(shè)備對獲取的加速度值進(jìn)行降噪處 理；
[0009] 所述計(jì)算邏輯焦距f的步驟：在所述的圖像上標(biāo)注出兩條不重合的線段，并輸入 該兩條線段所對應(yīng)的實(shí)際長度值，由移動設(shè)備依據(jù)標(biāo)注在圖像上的兩條線段、所分別對應(yīng) 的實(shí)際長度值以及降噪處理后的加速度值換算出邏輯焦距f ;
[0010] 所述計(jì)算獲取單位坐標(biāo)長度e的步驟：由移動設(shè)備依據(jù)標(biāo)注在圖像上的一條線 段、該線段所對應(yīng)的實(shí)際長度值、降噪處理后的加速度值以及換算得到的邏輯焦距f計(jì)算 出單位坐標(biāo)長度e ; toon] 所述圖像信息包括圖像中兩點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離、圖像中單個點(diǎn)的實(shí)際垂直高 度和實(shí)際深度，具體為：
[0012] 獲取輸出圖像中指定的兩點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離步驟為：由操作者通過移動設(shè)備 在獲取的圖像上標(biāo)記兩個點(diǎn)，由移動設(shè)備依據(jù)前敘步驟獲得的邏輯焦距f、單位坐標(biāo)長度 e、降噪處理后的加速度值以及該兩點(diǎn)在圖像上的位置計(jì)算得到該兩點(diǎn)之間的實(shí)際水平距 離；
[0013] 獲取圖像中單個點(diǎn)的實(shí)際垂直高度和實(shí)際深度的步驟為：由操作者通過移動設(shè)備 在獲取的圖像上標(biāo)注一個點(diǎn)，由移動設(shè)備依據(jù)前敘步驟獲得的邏輯焦距f、單位坐標(biāo)長度 e、降噪處理后的加速度值以及該點(diǎn)在圖像上的位置計(jì)算得到該點(diǎn)的實(shí)際垂直高度和實(shí)際 深度。
[0014] 有益的技術(shù)效果
[0015] 本方法克服前人移動圖像測量方法需要移動設(shè)備且不準(zhǔn)確的問題，提出一種新的 僅需拍攝一幅圖像就可以完成測距的移動圖像測量方法。該方法根據(jù)加速度傳感器靜止拍 攝時(shí)的一個重力分解信息計(jì)算出設(shè)備方向，并進(jìn)一步結(jié)合投影幾何技術(shù)，完成測量場景中 兩點(diǎn)間距離，達(dá)到快速、準(zhǔn)確的測距。
[0016] 此外，本方法中所利用的加速度傳感器在靜止時(shí)，只受重力加速度和很小的隨機(jī) 噪聲的影響。設(shè)備在拍攝照片時(shí)是靜止的，此時(shí)內(nèi)置的加速度傳感器提供了重力在設(shè)備各 個方向上的分量，即提供了設(shè)備的方向。本文提出了利用拍攝時(shí)，靜止?fàn)顟B(tài)的加速度傳感器 提供的設(shè)備方向信息，結(jié)合相機(jī)的投影幾何，測量水平參考平面上物體間距、物體高度、物 體深度和設(shè)備距離高度等信息。
[0017] 進(jìn)一步，本方法只需簡單的交互就可完成，具有廣泛的適用性。本方法不需要額外 的設(shè)備輔助或者附加的標(biāo)定物，也不需要多次拍攝，只需簡單的交互和靜止時(shí)拍攝一幅圖 像即可完成。這一技術(shù)不僅適用于室內(nèi)測量，還可以方便地應(yīng)用到野外復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境，具 有很高的應(yīng)用價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明方法的流程框圖。
[0019] 圖2是本發(fā)明方法的測量原理圖。
[0020] 圖3是加速度值分解的示意圖。
[0021] 圖4是第1個實(shí)施例中所采用的圖像。
[0022] 圖5是第2個實(shí)施例中所采用的圖像。
[0023] 圖6是本發(fā)明方法所使用的移動設(shè)備的結(jié)構(gòu)框圖。
[0024] 圖中的序號為：攝像模塊1、加速度傳感器模塊2、數(shù)據(jù)處理模塊3、顯示模塊4、交 互輸入模塊5、存儲模塊6。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
[0026] 參見圖1，用移動設(shè)備進(jìn)行物體尺寸測量的方法，包括獲取原始數(shù)據(jù)的步驟、對原 始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟、計(jì)算邏輯焦距f的步驟、計(jì)算獲取單位坐標(biāo)長度e的步驟，以及 輸出圖像信息的步驟；
[0027] 所述獲取原始數(shù)據(jù)的步驟：用移動設(shè)備拍攝一幅圖像，并記錄與拍攝圖像相對應(yīng) 的加速度值；由移動設(shè)備建立攝像坐標(biāo)系；所述對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟：由移動設(shè) 備對獲取的加速度值進(jìn)行降噪處理；所述計(jì)算邏輯焦距f的步驟：在所述的圖像上標(biāo)注出 兩條不重合的線段，并輸入該兩條線段所對應(yīng)的實(shí)際長度值，由移動設(shè)備依據(jù)標(biāo)注在圖像 上的兩條線段、所分別對應(yīng)的實(shí)際長度值以及降噪處理后的加速度值換算出邏輯焦距f ; 所述計(jì)算獲取單位坐標(biāo)長度e的步驟：由移動設(shè)備依據(jù)標(biāo)注在圖像上的一條線段、該線段 所對應(yīng)的實(shí)際長度值、降噪處理后的加速度值以及換算得到的邏輯焦距f計(jì)算出單位坐標(biāo) 長度e ;所述圖像信息包括圖像中兩點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離、圖像中單個點(diǎn)的實(shí)際垂直高 度和實(shí)際深度；具體為：獲取圖像中兩點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離的步驟為：由操作者通過移 動設(shè)備在獲取的圖像上標(biāo)記兩個點(diǎn)，由移動設(shè)備依據(jù)前敘步驟獲得的邏輯焦距f、單位坐標(biāo) 長度e、降噪處理后的加速度值以及該兩點(diǎn)在圖像上的位置計(jì)算得到該兩點(diǎn)之間的實(shí)際水 平距離；
[0028] 獲取圖像中單個點(diǎn)的實(shí)際垂直高度和實(shí)際深度的步驟為：通過移動設(shè)備在獲取的 圖像上標(biāo)注一個點(diǎn)，由移動設(shè)備依據(jù)前敘步驟獲得的邏輯焦距f、單位坐標(biāo)長度e、降噪處 理后的加速度值以及該點(diǎn)在圖像上的位置計(jì)算得到該點(diǎn)的實(shí)際垂直高度和實(shí)際深度。
[0029] 參見圖6,所述移動設(shè)備包含攝像模塊1、加速度傳感器模塊2、數(shù)據(jù)處理模塊3、顯 示模塊4、交互輸入模塊5以及存儲模塊6 ;數(shù)據(jù)處理模塊3分別與攝像模塊1、加速度傳感 器模塊2、顯示模塊4、交互輸入模塊5和存儲模塊6相連接；其中，攝像模塊1為視覺成像 器件，負(fù)責(zé)拍攝場景以獲取圖像；加速度傳感器模塊2負(fù)責(zé)采集并輸出加速度數(shù)值；數(shù)據(jù)處 理模塊3負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算；顯示模塊4為顯示屏或具有觸摸輸入功能的顯示屏；交 互輸入模塊5為物理鍵盤或顯示在顯示模塊4上的虛擬鍵盤，用于指點(diǎn)或輸入場景圖像的 象素、位置和長度信息；存儲模塊6由外置或內(nèi)置的各種存儲卡和存儲器構(gòu)成，用于存儲輸 入、輸出的數(shù)據(jù)；
[0030] 優(yōu)選的方案是，所述移動設(shè)備為手機(jī)或平板電腦。進(jìn)一步說，移動設(shè)備為采用安卓 系統(tǒng)的三星、小米、華為、聯(lián)想、酷派的智能手機(jī)或平板電腦，以及蘋果公司的ipod touch、 ipad 或 iphone。
[0031] 參見圖1，本方法獲取并輸出圖像中指定的兩點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離、指定的單個 點(diǎn)的實(shí)際垂直高度和實(shí)際深度的步驟具體如下：
[0032] 按如下步驟獲取圖片中物體的尺寸信息：
[0033] 步驟一、獲取原始數(shù)據(jù)的步驟：
[0034] 數(shù)據(jù)處理模塊3實(shí)時(shí)讀取并緩存200組加速度傳感器模塊2輸出的加速度值；
[0035] 當(dāng)攝像模塊1對需要測量的實(shí)際場景拍攝一幅圖像時(shí)，由數(shù)據(jù)處理模塊3將該圖 像以及自拍攝圖像時(shí)刻起向前的1〇〇組原始的加速度值gi -同存入移動設(shè)備的存儲模塊6 中待用，i取1至100 ;
[0036] 由數(shù)據(jù)處理模塊3建立攝像坐標(biāo)系0ΧΥΖ :所述攝像坐標(biāo)系0ΧΥΖ以攝像模塊1的 鏡頭的視點(diǎn)為光心V，以攝像模塊1的鏡頭的中心點(diǎn)為原點(diǎn)0,以移動設(shè)備的X軸方向?yàn)閿z 像坐標(biāo)系的X軸，以移動設(shè)備的Y軸方向?yàn)閿z像坐標(biāo)系的Y軸，以穿過原點(diǎn)0且垂直于由攝 像坐標(biāo)系的X軸和攝像坐標(biāo)系的Y軸構(gòu)成的Χ0Υ面的直線為攝像坐標(biāo)系的Z軸；
[0037] 參見圖3,圖像I是攝像模塊1對含有物體的場景進(jìn)行拍攝而得到的像，以圖像I 的中心點(diǎn)為原點(diǎn)0,建立攝像坐標(biāo)系0ΧΥΖ，其中：圖像I的橫向和縱向分別對應(yīng)坐標(biāo)系的X 軸和Y軸，過原點(diǎn)0且垂直于Χ0Υ面的直線為坐標(biāo)系的Z軸。圖像I所在的平面稱為成像 面，被拍攝物體所在的水平面稱為水平面。攝像模塊的光心V，也稱為視點(diǎn)，代表了攝像模 塊1的位置，位于0ΧΥΖ坐標(biāo)系的Z軸上。此外，圖中鏡頭視點(diǎn)V到鏡頭原點(diǎn)0之間的距離 即為待求的邏輯焦距f。
[0038] 進(jìn)一步說，攝像模塊1應(yīng)在對焦清晰且不抖動的環(huán)境中，對放置于平面上的待測 物體進(jìn)行拍攝，攝像模塊1根據(jù)透視投影原理將鏡頭視域范圍的三維空間成像到圖像中， 從而得到有待測物體的二維場景圖像。
[0039] 為了確保測試的精度，可以選擇移動設(shè)備1所能達(dá)到的最大分辨率和清晰度以獲 得最佳成像效果。加速度傳感器2在攝像模塊1拍攝照片前啟動，并記錄攝像模塊拍攝時(shí) 刻前至少0. 1秒內(nèi)加速度傳感器數(shù)據(jù)。將攝像模塊1獲取的圖像以及加速度傳感器模塊2 獲取的所有數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)存儲6模塊。
[0040] 步驟二、對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟：
[0041] 由數(shù)據(jù)處理模塊3按加權(quán)平均法將由步驟一獲得的100組原始的加速度數(shù)值gi進(jìn) 行降噪和消除異常值的處理，獲得預(yù)處理后的加速度數(shù)值g;
[0042] 由數(shù)據(jù)處理模塊3將預(yù)處理后的加速度數(shù)值g按攝像坐標(biāo)系0ΧΥΖ分解為X軸加 速度分量g x、Y軸加速度分量gy和Z軸加速度分量gz，并保存到存儲模塊6中待用；
[0043] 在本發(fā)明中，計(jì)算邏輯焦距f時(shí)需要用到重力加速度。因?yàn)橹亓铀俣鹊姆较虼?直于水平面，所以預(yù)處理后的加速度數(shù)值g所對應(yīng)的矢量方向是垂直指向拍攝場景的水平 面的，如圖3所示。這樣，移動設(shè)備拍攝照片時(shí)從加速度傳感器模塊2獲取的加速度數(shù)據(jù)是 該水平面的法向量，相應(yīng)的，所述水平面在攝像坐標(biāo)系0ΧΥΖ下的平面方程為：
[0044] gxx+gyy+gzz+d = 0 ；
[0045] 其中：gx、gy和gz分別為預(yù)處理后的加速度數(shù)值g在攝像坐標(biāo)系0ΧΥΖ下的X軸加 速度分量g x、Y軸加速度分量gy和Z軸加速度分量gz。d為水平面相對于成像面的相對深 度，在后續(xù)地推導(dǎo)過程中可以論證得知，水平面相對于成像面的相對深度d與各計(jì)算輸出 值無關(guān)。
[0046] 步驟三、計(jì)算邏輯焦距f的步驟：
[0047] 現(xiàn)結(jié)合圖2對獲取邏輯焦距f的步驟原理進(jìn)一步闡述。如圖2所示，在所述圖像 顯示的場景水平面中標(biāo)記兩處已知長度的線段，分別記為圖像第一定標(biāo)線段AB和圖像第 二定標(biāo)線段CD ;所述圖像第一定標(biāo)線段AB和圖像第二定標(biāo)線段CD分別對應(yīng)實(shí)際場景中實(shí) 際第一定標(biāo)線段A' B'和實(shí)際第二定標(biāo)線段C' D'，實(shí)際長度值分別為
[0048] 圖像image，I是攝像模塊1拍攝水平面物體后得到像。由數(shù)據(jù)處理模塊3將該保 存在存儲模塊6中的圖像I讀取并顯示在顯示模塊4上；圖像I中的圖像第一定標(biāo)線段AB 的兩端分別稱為端點(diǎn)A和端點(diǎn)B，圖像I中的圖像第二定標(biāo)線段CD的兩端分別稱為端點(diǎn)C 和端點(diǎn)D。
[0049] 由于此時(shí)的圖像中心點(diǎn)與鏡頭中心點(diǎn)相對應(yīng)，圖像I的原點(diǎn)即為鏡頭原點(diǎn)。以圖 像I的中心點(diǎn)為原點(diǎn)0建立攝像坐標(biāo)系0ΧΥΖ，其中：圖像I的橫向和縱向分別對應(yīng)X和Y 軸，過圖像原點(diǎn)〇且垂直于Χ0Υ面的直線為Z軸。為便于描述，將圖像I所在的平面簡稱為 成像面，被拍攝的物體所在的水平面簡稱為水平面。攝像模塊1的光心V，也稱為視點(diǎn)，代表 了攝像模塊1的位置，位于攝像坐標(biāo)系0ΧΥΖ的Z軸上。視點(diǎn)V到原點(diǎn)0之間的距離即為待 求的邏輯焦距f。通過交互輸入模塊5將圖像第一定標(biāo)線段AB的兩端和圖像第二定標(biāo)線段 CD的兩端在顯示模塊4上的位置分別標(biāo)記出來，其中，圖像第一定標(biāo)線段AB的兩端分別為 端點(diǎn)A和端點(diǎn)B，
[0050] 圖像第一定標(biāo)線段AB的實(shí)際長度為Lv B;;圖像第二定標(biāo)線段⑶的兩端分別為端 點(diǎn)C和端點(diǎn)D，圖像第二定標(biāo)線段⑶的實(shí)際長度為D;;端點(diǎn)A、端點(diǎn)B、實(shí)際第一定標(biāo)線 段A' B'的實(shí)際長度值為LA;B;、端點(diǎn)C、端點(diǎn)D和實(shí)際第二定標(biāo)線段C' D'的實(shí)際長度 值為k f均存在存儲模塊6中待用；
[0051] 由數(shù)據(jù)處理模塊3將端點(diǎn)A、端點(diǎn)B、端點(diǎn)C和端點(diǎn)D在顯示模塊4所顯示的圖像 中的二維位置轉(zhuǎn)換為在攝像坐標(biāo)系0ΧΥΖ下的坐標(biāo)值,依次為：端點(diǎn)A的三維坐標(biāo)值（A x, Ay, 〇)、端點(diǎn)B的三維坐標(biāo)值（Bx，By，0)、端點(diǎn)C的三維坐標(biāo)值（C x，Cy，0)和端點(diǎn)D的三維坐標(biāo)值 (Dx, Dy, 0)；
[0052] 由數(shù)據(jù)處理模塊3將端點(diǎn)A的三維坐標(biāo)值（Ax，Ay，0)、端點(diǎn)B的三維坐標(biāo)值（B x，By， 〇)、圖像第一定標(biāo)線段AB所對應(yīng)的實(shí)際長度值LA, B,、端點(diǎn)C的三維坐標(biāo)值（Cx，Cy，0)、端點(diǎn) D的三維坐標(biāo)值（Dx，Dy，0)、圖像第二定標(biāo)線段⑶所對應(yīng)的實(shí)際長度值Lc, D,、以及由步驟 二獲得的X軸加速度分量gx，Y軸加速度分量gy和Z軸加速度分量g z帶入式I，計(jì)算得到邏 輯焦距f，并保存至存儲模塊6中待用；
[0053]

【權(quán)利要求】
1. 用移動設(shè)備進(jìn)行物體尺寸測量的方法，其特征在于：包括依次進(jìn)行的5 個步驟：獲取原始數(shù)據(jù)的步驟、對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟、計(jì)算邏輯焦距 /的步驟、計(jì)算獲取單位坐標(biāo)長度e的步驟，以及輸出圖像信息的步驟；其中，所述獲取原始 數(shù)據(jù)的步驟：用移動設(shè)備拍攝一幅圖像，并記錄與拍攝圖像相對應(yīng)的加速度值；由移動設(shè) 備建立攝像坐標(biāo)系；所述對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟：由移動設(shè)備對獲取的加速度值進(jìn) 行降噪處理；所述計(jì)算邏輯焦距/的步驟：在所述的圖像上標(biāo)注出兩條不重合的線段，并輸 入該兩條線段所對應(yīng)的實(shí)際長度值，由移動設(shè)備依據(jù)標(biāo)注在圖像上的兩條線段、所分別對 應(yīng)的實(shí)際長度值以及降噪處理后的加速度值換算出邏輯焦距/;所述計(jì)算獲取單位坐標(biāo) 長度e的步驟：由移動設(shè)備依據(jù)標(biāo)注在圖像上的一條線段、該線段所對應(yīng)的實(shí)際長度值、降 噪處理后的加速度值以及換算得到的邏輯焦距f計(jì)算出單位坐標(biāo)長度e ; 所述圖像信息包括圖像中兩點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離、圖像中單個點(diǎn)的實(shí)際垂直高度和 實(shí)際深度；其中，獲取圖像中兩點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離的步驟為：由操作者通過移動設(shè)備 在獲取的圖像上標(biāo)記兩個點(diǎn)，由移動設(shè)備依據(jù)前敘步驟獲得的邏輯焦距/、單位坐標(biāo)長度 e、降噪處理后的加速度值以及該兩點(diǎn)在圖像上的位置計(jì)算得到該兩點(diǎn)之間的實(shí)際水平距 離；獲取圖像中單個點(diǎn)的實(shí)際垂直高度和實(shí)際深度的步驟為：通過移動設(shè)備在獲取的圖像 上標(biāo)注一個點(diǎn)，由移動設(shè)備依據(jù)前敘步驟獲得的邏輯焦距/、單位坐標(biāo)長度e、降噪處理后 的加速度值以及該點(diǎn)在圖像上的位置計(jì)算得到該點(diǎn)的實(shí)際垂直高度和實(shí)際深度。
2. 如權(quán)利要求1所述的用移動設(shè)備進(jìn)行物體尺寸測量的方法，其特征在于：本方法獲 取并輸出圖像中指定的兩點(diǎn)之間的實(shí)際水平距離、指定的單個點(diǎn)的實(shí)際垂直高度和實(shí)際深 度的步驟具體如下： 步驟一、獲取原始數(shù)據(jù)的步驟： 由移動設(shè)備的數(shù)據(jù)處理模塊（3)實(shí)時(shí)讀取并緩存100組加速度傳感器模塊（2)所輸出 的加速度值；當(dāng)移動設(shè)備的攝像模塊（1)對需要測量的實(shí)際場景拍攝一幅圖像時(shí)，由數(shù)據(jù) 處理模塊（3)將該圖像以及自拍攝圖像時(shí)刻起向前的100組原始的加速度值紙一同存入移 動設(shè)備的存儲模塊（6)中待用，i取1至100 ;由數(shù)據(jù)處理模塊（3)建立攝像坐標(biāo)系OJTFZ : 所述攝像坐標(biāo)系以攝像模塊（1)的鏡頭的視點(diǎn)為光心V，以攝像模塊（1)的鏡頭的中 心點(diǎn)為原點(diǎn)〇,以移動設(shè)備的Z軸方向?yàn)閿z像坐標(biāo)系的I軸，以移動設(shè)備的y軸方向?yàn)閿z像 坐標(biāo)系的y軸，以穿過原點(diǎn)〇且垂直于由攝像坐標(biāo)系的x軸和攝像坐標(biāo)系的y軸構(gòu)成的 面的直線為攝像坐標(biāo)系的Z軸； 步驟二、對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理的步驟： 由數(shù)據(jù)處理模塊（3)按加權(quán)平均法將由步驟一獲得的100組原始的加速度數(shù)值進(jìn)行 降噪和消除異常值的處理，獲得預(yù)處理后的加速度數(shù)值由數(shù)據(jù)處理模塊（3)將預(yù)處理后 的加速度數(shù)值5按攝像坐標(biāo)系分解為軸加速度分量久、y軸加速度分量辦和Z軸加 速度分量并保存到存儲模塊（6)中待用； 步驟三、計(jì)算邏輯焦距/的步驟： 由數(shù)據(jù)處理模塊（3)將保存在存儲模塊（6)中的圖像讀取并顯示在移動設(shè)備顯示模塊 ⑷上； 在所述圖像顯示的場景水平面中標(biāo)記兩處已知長度的線段，分別記為圖像第一定標(biāo)線 段AB和圖像第二定標(biāo)線段CD ;所述圖像第一定標(biāo)線段AB和圖像第二定標(biāo)線段CD分別對 應(yīng)實(shí)際場景中實(shí)際第一定標(biāo)線段A ? B ?和實(shí)際第二定標(biāo)線段C f D _，實(shí)際長度值分別為 和[c ; 通過移動設(shè)備的交互輸入模塊（5)將圖像第一定標(biāo)線段AB的兩端和圖像第二定標(biāo)線 段⑶的兩端在顯示模塊（4)上的位置分別標(biāo)記出來，其中，圖像第一定標(biāo)線段AB的兩端分 別為端點(diǎn)A和端點(diǎn)B，圖像第一定標(biāo)線段AB的實(shí)際長度為;圖像第二定標(biāo)線段CD的兩 端分別為端點(diǎn)C和端點(diǎn)D，圖像第二定標(biāo)線段CD的實(shí)際長度為;端點(diǎn)A、端點(diǎn)B、實(shí)際第 一定標(biāo)線段A ? B *的實(shí)際長度值為、端點(diǎn)C、端點(diǎn)D和實(shí)際第二定標(biāo)線段O D f的實(shí)際長 度值為均存在存儲模塊（6)中待用； 由數(shù)據(jù)處理模塊（3)將端點(diǎn)A、端點(diǎn)B、端點(diǎn)C和端點(diǎn)D在顯示模塊（4)所顯示的圖像中 的二維位置轉(zhuǎn)換為在攝像坐標(biāo)系0XFZ下的坐標(biāo)值，依次為端點(diǎn)A的三維坐標(biāo)值〇) 、端點(diǎn)g的三維坐標(biāo)值〇>、端點(diǎn)C的三維坐標(biāo)值0；)和端點(diǎn)D的三維坐標(biāo)值 (?〇為 0); 由數(shù)據(jù)處理模塊（3)將端點(diǎn)4的三維坐標(biāo)值、端點(diǎn)S的三維坐標(biāo)值 、圖像第一定標(biāo)線段AB所對應(yīng)的實(shí)際長度值?、端點(diǎn)C的三維坐標(biāo)值(C；,Cy,0)、端點(diǎn)D的 三維坐標(biāo)值《義￥,&.,〇)、圖像第二定標(biāo)線段⑶所對應(yīng)的實(shí)際長度值、以及由步驟二獲 得的X軸加速度分量#.Y，F(xiàn)軸加速度分量馬?和Z軸加速度分量jr2帶入式I，計(jì)算得到邏輯焦 距/,并保存至存儲模塊（6)中待用；
步驟四、計(jì)算獲取單位坐標(biāo)長度e的步驟： 由數(shù)據(jù)處理模塊（3)將由步驟三得到端點(diǎn)4的三維坐標(biāo)值(為、端點(diǎn)S的三維坐 標(biāo)值〇j、圖像第一定標(biāo)線段AB所對應(yīng)的實(shí)際長度值和邏輯焦距/ ,以及由步驟 二獲得的I軸加速度分量A，y軸加速度分量馬?和Z軸加速度分量ft帶入式II，計(jì)算得到單 位坐標(biāo)長度e并保存至存儲模塊（6)中待用；
步驟五、輸出圖像信息的步驟： 設(shè)在實(shí)際場景的水平面上有第一待測點(diǎn)r和第二待測點(diǎn)p,在穿過第一待測點(diǎn)r且垂 直水平面的直線上設(shè)有第三待測點(diǎn)f ,即第一待測點(diǎn)f是第三待測點(diǎn)C在場景的水平面上 投影的垂足；由在攝像模塊（1)拍攝獲得的圖像的上與第一待測點(diǎn)r、第二待測點(diǎn)r和第 三待測點(diǎn)t分別對應(yīng)點(diǎn)是圖像第一待測點(diǎn)E、圖像第二待測點(diǎn)F和圖像第三待測點(diǎn)G ; 1) 獲取實(shí)際場景水平面中實(shí)際第一待測點(diǎn)r和實(shí)際第二待測點(diǎn)，之間的水平距離值 ^EfFt ； 由操作者通過交互輸入模塊（5)標(biāo)記出與實(shí)際第一待測點(diǎn)皮相對應(yīng)的圖像第一待測點(diǎn) E、以及與實(shí)際第二待測點(diǎn)產(chǎn)相對應(yīng)的圖像第二待測點(diǎn)F在顯示模塊（4)所顯示的圖像中的 二維位置，由數(shù)據(jù)處理模塊（3)將圖像第一待測點(diǎn)E和圖像第二待測點(diǎn)F在顯示模塊（4)上 的二維位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為攝像坐標(biāo)系OXFZ下的圖像第一待測點(diǎn)E的三維坐標(biāo)值 和圖像第二待測點(diǎn)F的三維坐標(biāo)值(F2,F_0)并一同代入式III，獲得指定區(qū)域的實(shí)際的水 平長度值L&f.-:
式中的f和e分別為步驟三中的邏輯焦距和步驟四中的單位坐標(biāo)長度； 2) 獲取實(shí)際場景水平面上方的實(shí)際第三待測點(diǎn)^的垂直高度值; 由于實(shí)際第一待測點(diǎn)r是實(shí)際第三待測點(diǎn)G;在場景水平面上的垂足，故實(shí)際第一待測 點(diǎn)r與實(shí)際第三待測點(diǎn)^之間的線段的長度大小即為實(shí)際第三待測點(diǎn)f的垂直高度 值好EfG1，； 通過交互輸入模塊（5)標(biāo)記出圖像第一待測點(diǎn)E和圖像第三待測點(diǎn)G在顯示模塊（4) 所顯示的圖像中的二維位置，由數(shù)據(jù)處理模塊（3)將圖像第一待測點(diǎn)E和圖像第三待測點(diǎn)G 在顯示模塊（4)上的二維位置信息分別轉(zhuǎn)換為攝像坐標(biāo)系〇iTZ下的圖像第一待測點(diǎn)E的 三維坐標(biāo)值和圖像第三待測點(diǎn)G的三維坐標(biāo)值并一同代入式IV，獲得 實(shí)際第三待測點(diǎn)C的垂直高度值l#E,& :
3) 獲取實(shí)際場景中單個點(diǎn)的深度； 所述單個點(diǎn)的深度為場景水平面內(nèi)點(diǎn)的深度或場景水平面上方懸空點(diǎn)的深度； 所述場景水平面內(nèi)點(diǎn)的深度為移動設(shè)備內(nèi)攝像模塊（1)的鏡頭與位于場景水平面內(nèi)的 實(shí)際第一待測點(diǎn)P之間的直線距離；通過交互輸入模塊（5)標(biāo)記出圖像第一待測點(diǎn)E在顯 示模塊（4)所顯示的圖像中的位置；由數(shù)據(jù)處理模塊（3)將圖像第一待測點(diǎn)E在顯示模塊 (4)上的位置信息轉(zhuǎn)換為攝像坐標(biāo)系〇1了2下的圖像第一待測點(diǎn)E坐標(biāo)值y,0)并代入 式V，獲得場景水平面內(nèi)點(diǎn)的深度:
所述場景水平面上方懸空點(diǎn)的深度.為移動設(shè)備內(nèi)攝像模塊（1)的鏡頭與位于場景水 平面上方的實(shí)際第三待測點(diǎn)CT之間的直線距離； 通過交互輸入模塊（5)標(biāo)記出圖像第三待測點(diǎn)G在顯示模塊（4)所顯示的圖像中的位 置；由數(shù)據(jù)處理模塊（3)讀取圖像第三待測點(diǎn)G在攝像坐標(biāo)系OATZ下的圖像第三待測點(diǎn)G 坐標(biāo)值(GpGy,0〕，連同步驟三得到的邏輯焦距/和步驟四所得到的單位坐標(biāo)長度e -同代 入式VI，獲得場景水平面上方懸空點(diǎn)的深度:
上述計(jì)算結(jié)果通過顯示模塊（4)顯示。
3. 如權(quán)利要求2所述的用移動設(shè)備進(jìn)行物體尺寸測量的方法，其特征在于， 對由步驟一獲得的100組原始的加速度數(shù)值免進(jìn)行降噪和消除異常值的處理的具體 方法如下： 所述加速度傳感器模塊（2)按0. 001s為取樣周期，進(jìn)行加速度值的取樣和輸出； 數(shù)據(jù)處理模塊（3)實(shí)時(shí)讀取并緩存200組由加速度傳感器模塊（2)傳遞來的原始加速 度數(shù)據(jù)；當(dāng)攝像模塊（1)拍攝一幅圖像后，由數(shù)據(jù)處理模塊（3)將該圖像以及自拍攝圖像時(shí) 刻起向前的100組原始的加速度值S丨S l〇〇j一同存入移動設(shè)備的存儲模塊（6)中待 用；數(shù)據(jù)處理模塊（3)按獲取的時(shí)間先后順序?qū)⑺龅?00組原始的加速度數(shù)值進(jìn)行 排列，其中，#1為拍照時(shí)刻的加速度值;為自拍照時(shí)刻起向前的第1個加速值，以此類推， 為自拍照時(shí)刻起向前的第99個加速值； 上述原始的加速度數(shù)值&分別對應(yīng)一個權(quán)值％ = 101 - i S 100>并帶入下 式，獲得預(yù)處理后的加速度數(shù)值沒：
4. 如權(quán)利要求1所述的用移動設(shè)備進(jìn)行物體尺寸測量的方法，其特征在于，所述移動 設(shè)備為智能手機(jī)或平板電腦。
【文檔編號】G01B11/22GK104279960SQ201410541470
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】方賢勇, 陳尚文 申請人:安徽大學(xué)