用移動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)圖像測量方法需要移動(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(gè)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(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)便捷的移動(dòng)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(dòng)設(shè)備拍攝兩幅圖像，根據(jù)設(shè)備傳感器在 移動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)設(shè)備 在獲取的圖像上標(biāo)記兩個(gè)點(diǎn)，由移動(dòng)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(gè)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(dòng)設(shè)備 在獲取的圖像上標(biāo)注一個(gè)點(diǎn)，由移動(dòng)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(dòng)圖像測量方法需要移動(dòng)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(dòng)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(gè)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(gè)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(gè)實(shí)施例中所采用的圖像。
[0022] 圖5是第2個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)設(shè)備在獲取的圖像上標(biāo)記兩個(gè)點(diǎn)，由移動(dòng)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(gè)點(diǎn)的實(shí)際垂直高度和實(shí)際深度的步驟為：通過移動(dòng)設(shè)備在獲取的 圖像上標(biāo)注一個(gè)點(diǎn)，由移動(dòng)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(dòng)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(dòng)設(shè)備為手機(jī)或平板電腦。進(jìn)一步說，移動(dòng)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(gè) 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(dòng)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(dòng)設(shè)備的X軸方向?yàn)閿z 像坐標(biāo)系的X軸，以移動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)，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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)設(shè)備 在獲取的圖像上標(biāo)記兩個(gè)點(diǎn)，由移動(dòng)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(gè)點(diǎn)的實(shí)際垂直高度和實(shí)際深度的步驟為：通過移動(dòng)設(shè)備在獲取的圖像 上標(biāo)注一個(gè)點(diǎn)，由移動(dòng)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(dòng)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)設(shè)備的Z軸方向?yàn)閿z像坐標(biāo)系的I軸，以移動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)點(diǎn)的深度； 所述單個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)加速值，以此類推， 為自拍照時(shí)刻起向前的第99個(gè)加速值； 上述原始的加速度數(shù)值&分別對應(yīng)一個(gè)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(dòng)設(shè)備進(jìn)行物體尺寸測量的方法，其特征在于，所述移動(dòng) 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)