用移动设备进行物体尺寸测量的方法技术

针对现有测量手段的不足，本发明专利技术提出一种用于移动设备的、仅需要拍摄一幅图像即可实现快速准确测量的获得所拍摄图像中物体尺寸的测量方法。其具体方法如下：用于移动设备的物体尺寸测量方法，包括获取原始数据的步骤、对原始数据进行预处理的步骤、计算逻辑焦距的步骤、计算获取单位坐标长度e的步骤，以及输出图像信息的步骤；有益的技术效果：本发明专利技术克服前人移动图像测量方法需要移动设备且不准确的问题，提出一种新的仅需拍摄一幅图像就可以完成测距的移动图像测量方法。该发明专利技术根据加速度传感器静止拍摄时的一个重力分解信息计算出设备方向，并进一步结合投影几何技术，完成测量场景中两点间距离，达到快速、准确的测距。

【技术实现步骤摘要】
用移动设备进行物体尺寸测量的方法
本专利技术属于测量
，尤其属于基于单幅图像的测量领域，具体涉及一种用移动设备进行物体尺寸测量的方法。
技术介绍
传统的距离测量方法，如量尺测量、激光测量和电磁波测量等方法，不仅要求携带设备较多，而且无法进行脱离现场的测量。图像测量是指通过图像处理的方法，对包含在图像中的场景进行测量的方法。随着图像处理技术的发展，利用图像实施测量成为研究的热点之一。图像具有保存现场的能力，可以在获取图像后在脱离现场的情况下进行测量，图像的这种属性，弥补了传统测量方法的不足。但是目前还缺少简单高效的图像测量方法。为此，本文提出了一种结合移动设备内置传感器的图像测量方法。已有的图像测量方法主要有三类。第一类是借助于额外的附加设备，结合图像处理技术实现图像的测量。该类方法需要携带附加的设备，且需要按照固定的位置配置，实际使用中不具有便携性。第二类是采用标定物的方法。这类方法使用场景中人工放置的已知其信息的特定标定图案(如国际象棋棋盘、同心圆和平行圆等)对相机进行标定，求解场景平面与实际平面之间的单应性关系，然后计算场景中点之间的距离。由于要求场景中有特定的标定图案，不仅受标定图案大小、光照强度、角点检测的影响较大，而且不适应于范围较大的场景。最后一类是采用标定相机的方法。这类方法利用双目视觉，通过已经标定的两个相机获取一对图像，再根据两幅图像之间的视差来计算场景中两点之间的关系。该测量方法需要使用两个相对位置关系已知的相机对场景进行测量，设备要求高，且不利用实际场景的应用。近年来，随着平板电脑和智能手机的普及，使用移动设备实现便捷的移动图像测量方法也引起了研究者的关注，现有方法需要移动设备拍摄两幅图像，根据设备传感器在移动过程中记录的信息获取两次拍摄之间的距离，利用两幅图像的视差实现距离计算，但是重力对设备加速度传感器的影响非常大，因此利用该方法记录设备的移动距离具有较大的误差。
技术实现思路
针对现有测量手段的不足，本专利技术提出一种用于移动设备的、仅需要拍摄一幅图像即可实现快速准确测量的获得所拍摄图像中物体尺寸的测量方法。其具体方法如下：用移动设备进行物体尺寸测量的方法，包括获取原始数据的步骤、对原始数据进行预处理的步骤、计算逻辑焦距f的步骤、计算获取单位坐标长度e的步骤，以及输出图像信息的步骤；所述获取原始数据的步骤：用移动设备拍摄一幅图像，并记录拍摄图像时的加速度值；由移动设备建立摄像坐标系；所述对原始数据进行预处理的步骤：由移动设备对获取的加速度值进行降噪处理；所述计算逻辑焦距f的步骤：在所述的图像上标注出两条不重合的线段，并输入该两条线段所对应的实际长度值，由移动设备依据标注在图像上的两条线段、所分别对应的实际长度值以及降噪处理后的加速度值换算出逻辑焦距f；所述计算获取单位坐标长度e的步骤：由移动设备依据标注在图像上的一条线段、该线段所对应的实际长度值、降噪处理后的加速度值以及换算得到的逻辑焦距f计算出单位坐标长度e；所述图像信息包括图像中两点之间的实际水平距离、图像中单个点的实际垂直高度和实际深度，具体为：获取输出图像中指定的两点之间的实际水平距离步骤为：由操作者通过移动设备在获取的图像上标记两个点，由移动设备依据前叙步骤获得的逻辑焦距f、单位坐标长度e、降噪处理后的加速度值以及该两点在图像上的位置计算得到该两点之间的实际水平距离；获取图像中单个点的实际垂直高度和实际深度的步骤为：由操作者通过移动设备在获取的图像上标注一个点，由移动设备依据前叙步骤获得的逻辑焦距f、单位坐标长度e、降噪处理后的加速度值以及该点在图像上的位置计算得到该点的实际垂直高度和实际深度。有益的技术效果本方法克服前人移动图像测量方法需要移动设备且不准确的问题，提出一种新的仅需拍摄一幅图像就可以完成测距的移动图像测量方法。该方法根据加速度传感器静止拍摄时的一个重力分解信息计算出设备方向，并进一步结合投影几何技术，完成测量场景中两点间距离，达到快速、准确的测距。此外，本方法中所利用的加速度传感器在静止时，只受重力加速度和很小的随机噪声的影响。设备在拍摄照片时是静止的，此时内置的加速度传感器提供了重力在设备各个方向上的分量，即提供了设备的方向。本文提出了利用拍摄时，静止状态的加速度传感器提供的设备方向信息，结合相机的投影几何，测量水平参考平面上物体间距、物体高度、物体深度和设备距离高度等信息。进一步，本方法只需简单的交互就可完成，具有广泛的适用性。本方法不需要额外的设备辅助或者附加的标定物，也不需要多次拍摄，只需简单的交互和静止时拍摄一幅图像即可完成。这一技术不仅适用于室内测量，还可以方便地应用到野外复杂的现场环境，具有很高的应用价值。附图说明图1是本专利技术方法的流程框图。图2是本专利技术方法的测量原理图。图3是加速度值分解的示意图。图4是第1个实施例中所采用的图像。图5是第2个实施例中所采用的图像。图6是本专利技术方法所使用的移动设备的结构框图。图中的序号为：摄像模块1、加速度传感器模块2、数据处理模块3、显示模块4、交互输入模块5、存储模块6。具体实施方式现结合附图详细说明本专利技术的结构特点。参见图1，用移动设备进行物体尺寸测量的方法，包括获取原始数据的步骤、对原始数据进行预处理的步骤、计算逻辑焦距f的步骤、计算获取单位坐标长度e的步骤，以及输出图像信息的步骤；所述获取原始数据的步骤：用移动设备拍摄一幅图像，并记录与拍摄图像相对应的加速度值；由移动设备建立摄像坐标系；所述对原始数据进行预处理的步骤：由移动设备对获取的加速度值进行降噪处理；所述计算逻辑焦距f的步骤：在所述的图像上标注出两条不重合的线段，并输入该两条线段所对应的实际长度值，由移动设备依据标注在图像上的两条线段、所分别对应的实际长度值以及降噪处理后的加速度值换算出逻辑焦距f；所述计算获取单位坐标长度e的步骤：由移动设备依据标注在图像上的一条线段、该线段所对应的实际长度值、降噪处理后的加速度值以及换算得到的逻辑焦距f计算出单位坐标长度e；所述图像信息包括图像中两点之间的实际水平距离、图像中单个点的实际垂直高度和实际深度；具体为：获取图像中两点之间的实际水平距离的步骤为：由操作者通过移动设备在获取的图像上标记两个点，由移动设备依据前叙步骤获得的逻辑焦距f、单位坐标长度e、降噪处理后的加速度值以及该两点在图像上的位置计算得到该两点之间的实际水平距离；获取图像中单个点的实际垂直高度和实际深度的步骤为：通过移动设备在获取的图像上标注一个点，由移动设备依据前叙步骤获得的逻辑焦距f、单位坐标长度e、降噪处理后的加速度值以及该点在图像上的位置计算得到该点的实际垂直高度和实际深度。参见图6，所述移动设备包含摄像模块1、加速度传感器模块2、数据处理模块3、显示模块4、交互输入模块5以及存储模块6；数据处理模块3分别与摄像模块1、加速度传感器模块2、显示模块4、交互输入模块5和存储模块6相连接；其中，摄像模块1为视觉成像器件，负责拍摄场景以获取图像；加速度传感器模块2负责采集并输出加速度数值；数据处理模块3负责数据的处理和计算；显示模块4为显示屏或具有触摸输入功能的显示屏；交互输入模块5为物理键盘或显示在显示模块4上的虚拟键盘，用于指点或输入场景图像的象素、位置和长度信息；本文档来自技高网...

【技术保护点】
用移动设备进行物体尺寸测量的方法，其特征在于：包括依次进行的5个步骤：获取原始数据的步骤、对原始数据进行预处理的步骤、计算逻辑焦距的步骤、计算获取单位坐标长度e的步骤，以及输出图像信息的步骤；其中，所述获取原始数据的步骤：用移动设备拍摄一幅图像，并记录与拍摄图像相对应的加速度值；由移动设备建立摄像坐标系；所述对原始数据进行预处理的步骤：由移动设备对获取的加速度值进行降噪处理；所述计算逻辑焦距的步骤：在所述的图像上标注出两条不重合的线段，并输入该两条线段所对应的实际长度值，由移动设备依据标注在图像上的两条线段、所分别对应的实际长度值以及降噪处理后的加速度值换算出逻辑焦距； 所述计算获取单位坐标长度e的步骤：由移动设备依据标注在图像上的一条线段、该线段所对应的实际长度值、降噪处理后的加速度值以及换算得到的逻辑焦距计算出单位坐标长度e；所述图像信息包括图像中两点之间的实际水平距离、图像中单个点的实际垂直高度和实际深度；其中，获取图像中两点之间的实际水平距离的步骤为：由操作者通过移动设备在获取的图像上标记两个点，由移动设备依据前叙步骤获得的逻辑焦距、单位坐标长度e、降噪处理后的加速度值以及该两点在图像上的位置计算得到该两点之间的实际水平距离；获取图像中单个点的实际垂直高度和实际深度的步骤为：通过移动设备在获取的图像上标注一个点，由移动设备依据前叙步骤获得的逻辑焦距、单位坐标长度e、降噪处理后的加速度值以及该点在图像上的位置计算得到该点的实际垂直高度和实际深度。...

【技术特征摘要】
1.用移动设备进行物体尺寸测量的方法，所述移动设备包含摄像模块(1)、加速度传感器模块(2)、数据处理模块(3)、显示模块(4)、交互输入模块(5)以及存储模块(6)；数据处理模块(3)分别与摄像模块(1)、加速度传感器模块(2)、显示模块(4)、交互输入模块(5)和存储模块(6)相连接；其中，摄像模块(1)为视觉成像器件，负责拍摄场景以获取图像；加速度传感器模块(2)负责采集并输出加速度数值；数据处理模块(3)负责数据的处理和计算；显示模块(4)为显示屏或具有触摸输入功能的显示屏；交互输入模块(5)为物理键盘或显示在显示模块(4)上的虚拟键盘，用于指点或输入场景图像的象素、位置和长度信息；存储模块(6)由外置或内置的各种存储卡和存储器构成，用于存储输入、输出的数据；其特征在于：包括依次进行的5个步骤：获取原始数据的步骤、对原始数据进行预处理的步骤、计算逻辑焦距f的步骤、计算获取单位坐标长度e的步骤，以及输出图像信息的步骤；其中，所述获取原始数据的步骤：用移动设备拍摄一幅图像，并记录与拍摄图像相对应的加速度值；由移动设备建立摄像坐标系；所述对原始数据进行预处理的步骤：由移动设备对获取的加速度值进行降噪处理；所述计算逻辑焦距f的步骤：在所述的图像上标注出两条不重合的线段，并输入该两条线段所对应的实际长度值，由移动设备依据标注在图像上的两条线段、所分别对应的实际长度值以及降噪处理后的加速度值换算出逻辑焦距f；所述计算获取单位坐标长度e的步骤：由移动设备依据标注在图像上的一条线段、该线段所对应的实际长度值、降噪处理后的加速度值以及换算得到的逻辑焦距f计算出单位坐标长度e；所述图像信息包括图像中两点之间的实际水平距离、图像中单个点的实际垂直高度和实际深度；其中，获取图像中两点之间的实际水平距离的步骤为：由操作者通过移动设备在获取的图像上标记两个点，由移动设备依据前叙步骤获得的逻辑焦距f、单位坐标长度e、降噪处理后的加速度值以及该两点在图像上的位置计算得到该两点之间的实际水平距离；获取图像中单个点的实际垂直高度和实际深度的步骤为：通过移动设备在获取的图像上标注一个点，由移动设备依据前叙步骤获得的逻辑焦距f、单位坐标长度e、降噪处理后的加速度值以及该点在图像上的位置计算得到该点的实际垂直高度和实际深度。2.如权利要求1所述的用移动设备进行物体尺寸测量的方法，其特征在于：本方法获取并输出图像中指定的两点之间的实际水平距离、指定的单个点的实际垂直高度和实际深度的步骤具体如下：步骤一、获取原始数据的步骤：数据处理模块(3)实时读取并缓存100组加速度传感器模块(2)输出的加速度值；当摄像模块(1)对需要测量的实际场景拍摄一幅图像时，由数据处理模块(3)将该图像以及自拍摄图像时刻起向前的100组原始的加速度值gi一同存入移动设备的存储模块(6)中待用，i取1至100；由数据处理模块(3)建立摄像坐标系OXYZ：所述摄像坐标系OXYZ以摄像模块(1)的镜头的视点为光心V，以摄像模块(1)的镜头的中心点为原点O，以移动设备的X轴方向为摄像坐标系的X轴，以移动设备的Y轴方向为摄像坐标系的Y轴，以穿过原点O且垂直于由摄像坐标系的X轴和摄像坐标系的Y轴构成的XOY面的直线为摄像坐标系的Z轴；步骤二、对原始数据进行预处理的步骤：由数据处理模块(3)按加权平均法将由步骤一获得的100组原始的加速度数值gi进行降噪和消除异常值的处理，获得预处理后的加速度数值g；由数据处理模块(3)将预处理后的加速度数值g按摄像坐标系OXYZ分解为X轴加速度分量gx、Y轴加速度分量gy和Z轴加速度分量gz，并保存到存储模块(6)中待用；步骤三、计算逻辑焦距f的步骤：由数据处理模块(3)将保存在存储模块(6)中的图像读取并显示在显示模块(4)上；在所述图像显示的场景水平面中标记两处已知长度的线段，分别记为图像第一定标线段AB和图像第二定标线段CD；所述图像第一定标线段AB和图像第二定标线段CD分别对应实际场景中实际第一定标线段A′B′和实际第二定标线段C′D′，实际长度值分别为LA′B′和LC′D′；通过交互输入模块(5)将图像第一定标线段AB的两端和图像第二定标线段CD的两端在显示模块(4)上的位置分别标记出来，其中，图像第一定标线段AB的两端分别为端点A和端点B，图像第一定标线段AB的实际长度为LA′B′；图像第二定标线段CD的两端分别为端点C和端点D，图像第二定标线段CD的实际长度为LC′D′；端点A、端点B、实际第一定标线段A′B′的实际长度值为LA′B′、端点C、端点D和实际第二定标线段C′D′的实际长度值为LC′D′均存在存储模块(6)中待用；由数据处理模块(3)将端点A、端点B、端点C和端点D在显示模块(4)所显示的图像中的二维位置转换为在摄像坐标系OXYZ下的坐标值，依次为端点A的三维坐标值(Ax,Ay,0)、端点B的三维坐标值(Bx,By,0)、端点C的三维坐标值(Cx,Cy,0)和端点D的三维坐标值(Dx,Dy,0)；由数据处理模块(3)将端点A的三维坐标值(Ax,Ay,0)、端点B的三维坐标值(Bx,By,0)、图像第一定标线段AB所对应的实际长度值LA′B′、端点C的三维坐标值(Cx,Cy,0)、端点D的三维坐标值(Dx,Dy,0)、图像第二定标线段CD所对应的实际长度值LC′D′、以及由步骤二获得的X轴加速度分量gx，Y轴加速度分量gy和Z轴加速度分量gz带入式I，计算得到逻辑焦距f，并保存至存储模块(6)中待用；其中，T2＝2gz(BxAy-AxBy)(gy(Ax-Bx)+gx(By-Ay))；T5＝-(gxgzBx+gygzBy+gxgzAx+gygzAy)；

【专利技术属性】
技术研发人员：方贤勇，陈尚文，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34