CN102980535B - 角度测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种角度测量方法和装置。所述角度测量方法包括：对待测目标进行图像采集和预处理，获取目标图像；根据所述目标图像中像素灰度值的差异确定所述目标图像的图像边缘，并将所述图像边缘以像素为单位进行细化，获得以像素为单位的边缘细化后的边缘图像；对所述边缘图像中的待测量夹角执行角度计算，得到所述待测目标的角度值。本发明实施例提供的角度测量方法通过对被测对象夹角进行拍摄、提取、处理和计算，实现了对被测量对象角度的准确测量。

Description

角度测量方法和装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别是一种角度测量方法和装置。

背景技术

角度测量在日常生活中不常用到，因而一旦需要进行角度测量时，通常无法及时的找到量角器或者万能角度尺等工具。而对于专业人员来说，即使利用工具进行角度测试，也不能避免人为测试带来的误差，对于一项要求严格的工程来说，大的数据误差可能会造成整个项目失败。

随着电子设备和移动通讯技术的迅速发展，电脑、手机、PDA等电子设备已经非常普及随处可见。电子设备的功能也越来越多，目前计算器、照相机、词典、地图等多种功能都已经集成到上述电子设备中。因此可以通过一种集成有角度测量功能的电子设备来实现角度测量功能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术测试存在人为操作误差的问题，提供了一种角度测量方法和设备，通过对被测对象夹角进行拍摄、提取、处理和计算，实现了对被测对象角度的准确测量。

在第一方面，本发明提供了一种角度测量方法，其特征在于，所述方法包括：

对待测目标进行图像采集和预处理，获取目标图像；

根据所述目标图像中像素灰度值的差异确定所述目标图像的图像边缘，并将所述图像边缘以像素为单位进行细化，获得以像素为单位的边缘细化后的边缘图像；

对所述边缘图像中的待测量夹角执行角度计算，得到所述待测目标的角度值。

在第二方面，本发明提供了一种移动终端，其特征在于，所述移动终端包括：图像采集和预处理模块、边缘提取模块和计算模块；

所述图像采集和预处理模块，用于对待测目标进行图像采集，获取目标图像；

所述边缘提取模块，用于根据所述目标图像中像素灰度值的差异确定所述目标图像的图像边缘，并将所述图像边缘以像素为单位进行细化，获得以像素为单位的边缘细化后的边缘图像；

所述计算模块，用于对所述边缘图像中的待测量夹角执行角度计算，得到所述待测目标的角度值。

本发明通过在移动终端中增加了角度测试的功能，通过对被测对象夹角进行拍摄、提取、处理和计算，实现了对被测对象的夹角角度进行准确的测量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的角度测量方法流程图；

图2为本发明实施例提供的根据待测目标获取目标图像的方法流程图；

图3为本发明实施例提供的对边缘图像中的待测量夹角执行角度计算的方法流程图；

图4a为本发明实施例提供的角度测量装置获取的原始图像的示意图；

图4b为本发明实施例提供的对原始图像执行图像标注的示意图；

图4c为本发明实施例提供的边缘图像的示意图；

图4d为本发明实施例提供的选取待测夹角时执行图像标注的示意图；

图4e为本发明实施例提供的待测量夹角的夹角模型示意图；

图4f为本发明实施例提供的角度计算方法的计算模型的示意图；

图5为本发明实施例提供的角度测量装置的框图；

图6为本发明实施例提供的角度测量装置的系统示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本发明实施例提供的角度测量方法流程图。如图所示，本实施例提供的角度测量方法具体包括如下步骤：

步骤110，对待测目标进行图像采集和预处理，获取目标图像；

具体的，如图2所示，对待测目标进行图像采集和预处理，获取目标图像的方法具体包括以下步骤：

步骤111，利用初始化设置的参数对所述待测目标进行采集，获取包括所述目标图像在内的至少一组图像；开启角度采集设备，例如移动终端的智能角度测试应用模式，在该应用模式下移动终端自动根据预设参数对图像拍摄的参数进行初始化处理，例如设定图像拍摄为黑白效果、锐度设置默认为最高等等。预设参数在移动终端设计生产环节中完成，也可以通过选项由用户自行设定，通过参数初始化处理使采集到的图像信息中的线条或者色彩突变的交界处边缘更加清晰、锐利。利用拍摄参数初始化设置的移动终端对待测目标进行拍照，采集原始图像，存储在移动终端的存储单元中。

步骤112，对至少一组图像中的图形进行标注；根据原始图像的图形边缘像素灰度与背景灰度的差异识别出目标图像中所有的图形。系统对所有的图形进行标注，例如：可以用红色或其他颜色的圆圈将每个图形单独圈出并显示在屏幕上。

步骤113，从被标注的图形中选取待测的目标图像；此时，用户可以通过移动终端触的摸屏或方向键等方式选择需要测量角度的目标图像。当用户确认选区后，系统自动隐藏未被选取的其他图形，屏幕上仅显示需要测量角度的目标图像。

步骤120，根据目标图像中像素灰度值的差异确定所述目标图像的图像边缘，并将图像边缘以像素为单位进行细化，获得以像素为单位的边缘细化后的边缘图像；

具体的，根据目标图像的边缘像素灰度与背景灰度的差异确定图像边缘，选取所述图像边缘中各位置上处于第一宽度位置的各像素点，设定为细化后的边缘像素点，所述细化后的边缘像素点的集合构成了细化后的边缘图像；所述细化后的边缘图像的边缘宽度为一个像素点的宽度。

在一个例子中，获取的目标图像的边缘像素宽度值为9个像素值宽，选取处于图像边缘各个位置从边缘起第2像素宽度上的各个像素点为边缘像素点。因此边缘图像就是由目标图像中所有处于边缘像素中第2个像素位置的像素点构成的。

步骤130，对边缘图像中的待测量夹角执行角度计算，得到待测目标的角度值；

具体的，如图3所示，对边缘图像中的待测量夹角执行角度计算的方法具体包括以下步骤：

步骤131，设置所述边缘图像的像素灰度为第一灰度值，其他像素点像素灰度为第二灰度值；此时，用户查看移动终端屏幕时就可以通过像素灰度值的差别清楚的看到边缘图像。第一灰度值和第二灰度值的差异越大，所显示的边缘图像就越容易被用户辨认出。在一个优选的实施例中，设定第一灰度值为0，设定第二灰度值为255，即用户查看到的边缘图像是一个像素宽度的黑色线条，背景图像为白色。

步骤132，选取边缘图像的待测量夹角，设置待测量夹角的顶点的坐标为起点坐标；进一步具体的，系统选取边缘图像的边缘交汇处为图形夹角，用红色或其他颜色圆圈将各个夹角单独圈出并显示在屏幕上，用户通过移动终端触屏或方向键等方式选择需要测量的夹角，同时根据待测量夹角的顶点位置为原点建立坐标。坐标横轴为水平方向，纵轴为竖直方向。

步骤133，查找顶点的相邻像素点中像素灰度为第一灰度值的像素点，得到第一像素点和第二像素点；第一像素点和第二像素点是与顶点最接近的两个点且灰度与顶点同为第一灰度值。

步骤134，由顶点经由第一像素点向第一像素点方向引第一长度的第一线段，由顶点经由第二像素点向第二像素点方向引第一长度的第二线段；根据起点坐标、第一线段和第二线段，计算第一线段和第二线段的端点坐标。

进一步具体的，以顶点为起点，向第一像素点和第二像素点两个方向做线段，其中，线段长度可以是中预先设定好的，如30个像素长度，或者是根据顶点在移动终端屏幕中的位置按照屏幕大小自动计算出来的一个合适的长度，这个长度不会超出屏幕显示的范围，也不会太小影响用户查看。基于以顶点为原点建立的坐标系中，根据第一线段和第二线段的长度获得第一线段和第二线段端点的坐标值。优选的，设定第一线段和第二线段的像素灰度为第三灰度值，设置边缘图像中非第一线段和第二线段区域的像素灰度为第四灰度值，用以显示输出待测量夹角的夹角模型给用户查看。第三灰度值和第四灰度值的差异度越大，在显示时夹角模型时越便于用户区分辨认。当然也可以省略设置第三灰度值与第四灰度值的步骤，不通过显示屏输出上述夹角模型，也仍然可以执行下述计算的步骤。

步骤135，根据所述第一线段和第二线段的端点坐标以及顶点坐标计算所述待测量夹角的角度。

具体的，根据第一线段和第二线段的端点坐标以及顶点坐标计算待测量夹角的角度。其计算方法可以有很多种实现方式，包括利用对顶角相等的原理、做垂线求反正切函数的原理或者利用余弦定理等方法均可实现。

为了更好的理解本发明提供的角度测量方法，下面通过一个具体的实施例来进行说明。图4a-4f为本发明实施例提供的角度测量方法中各步骤对应获取图像的示意图。

首先，用户利用参数初始化设置的移动终端进行拍照，获得图4a所示的原始图像。移动终端系统根据原始图像边缘与背景的灰度差异自动对目标图像中所有带夹角的图像进行标注，如图4b所示，原始图像中共有包括待测目标在内的3个图形，用户通过触屏点击圆圈选择待测量角度的目标图像。系统根据用户选取的图形的边缘像素灰度与背景的灰度确定图像边缘，选取处于图像边缘处于某一宽度上的所有像素点，如宽度为从边缘起三个像素素宽度上的各个像素点为边缘像素点。由此，目标图像的图像边缘就处理为只有一个像素点的宽度的边缘图像，如图4c所示。在图4c的显示中，将构成边缘图像的各个像素点的灰度设置为0，将其他像素点的灰度设置为255。系统自动选取边缘图像的图形夹角并进行标注，如图4d所示，用户通过点击触摸屏选择相应的夹角。在前面步骤中已经设定边缘图像的灰度值为0，因此夹角顶点的灰度值也为0。查找与夹角顶点相邻的两个灰度值为0的点，设定为第一像素点和第二像素点。以顶点为一个端点，经由第一像素点做出第一线段；以顶点为起点，经由和第二像素点做出第二线段。第一线段和第二线段的长度通过预先设定或根据屏幕大小比例计算得出。设定第一线段和第二线段的灰度值为0，其他各点均为255，此时用户移动终端的屏幕上只留下如图4e所示的一个待测量夹角的夹角模型。然后基于夹角模型进行角度计算，本实施例中以利用对顶角相等的原理的方法为例进行角度计算。

为了便于表述，我们分别将顶点，第一线段端点和第二线段端点以A、D、E来表示。如图4f所示，待测目标角度为∠EAD，假设我们做了一条和左边框（纵轴）平行的一条线是BF，与第一线段AE的反相延长线相交于C点，与第二线段AD的反相延长线相较于B点。根据对顶角相等的原理，∠EAD＝∠BAC，同时∠BAC＝180°-∠ABC-∠ACB＝180°-∠ABC-(180°-∠ECF)，由于BF和左边框平行，待测目标角度＝180°-直线BD与纵轴之间角度-（180°-直线EC与纵轴之间角度），以屏幕左上角为坐标原点，直线DB可以通过A、D两点坐标求出直线方程：y＝k1×x+b1，直线EC可以通过A、E两点坐标求出直线方程y＝k2×x+b2，通过计算斜率从而求得两条直线与纵轴之间的角度，然后，将两个角度带入如上公式求出目标角度的值。若计算出的目标角度值大于0，则直接输出结果，若计算出的目标角度值小于0，表明是钝角，则在计算出的数值上+180°，输出结果。

本发明实施例还提供了一种的应用上述角度测量方法的角度测量装置，图5为本发明实施例提供的角度测量装置的框图，如图所示，本发明实施例的装置具体包括：图像采集模块510、预处理模块520、边缘提取模块530和计算模块540。此外，该装置还包括显示模块550。

图像采集模块510可以是移动终端的摄像头，带有拍摄参数调整功能，用于在初始化设置的拍摄参数条件下对待测目标进行图像采集；初始化设置的拍摄参数可以包括设定图像拍摄为黑白效果、锐度设置默认为最高等，通过参数初始化处理使采集到的图像信息中的线条或者色彩突变的交界处边缘更加清晰、锐利。

预处理模块520用于根据图像采集模块获得的图像获取目标图像；

进一步具体的，对图像采集模块获得的图像进行分割，对其中的所有图形进行标注，通过用户选择获取待测的目标图像。

边缘提取模块530用于根据目标图像中像素灰度值的差异确定所述目标图像的图像边缘，并将图像边缘以像素为单位进行细化，获得以像素为单位的边缘细化后的边缘图像；

进一步具体的，边缘提取模块530根据目标图像的边缘像素灰度与背景灰度的差异确定图像边缘，选取所述图像边缘中各位置上处于第一宽度位置的各像素点，设定为细化后的边缘像素点，全部的所述细化后的边缘像素点构成了细化后的边缘图像；所述细化后的边缘图像的边缘宽度为一个像素点的宽度。

计算模块540用于对边缘图像中的待测量夹角执行角度计算，得到待测目标的角度值。

进一步具体的，设置边缘图像的像素灰度为第一灰度值，其他像素点像素灰度为第二灰度值，用户通过屏幕或按键操作选取边缘图像的待测量夹角，计算模块540设定待测量夹角的顶点的坐标设定为起点坐标，根据起点位置的图像灰度值（在前步骤中设定该点灰度为0）查找顶点的所有相邻像素点中与顶点的灰度值相同的像素点，由此得到第一像素点和第二像素点。然后以顶点为起点向第一像素点方向引第一线段，同时以顶点为起点向第二像素点方向引第二线段，线段长度为预先设定。由此也可以计算出第一线段和第二线段的端点坐标。为了便于显示给用户查看，设置第一线段和第二线段的像素灰度为0，设置边缘图像中非第一线段和第二线段区域的像素灰度为255。此时用户可以在移动终端的屏幕上查看到一个夹角图形。再根据计算模块540中预先设定好的利用对顶角相等的原理的方法进行角度计算，获得待测目标的角度值。

在本实施例的角度测量装置中，图像采集模块510、预处理模块520、边缘提取模块530和计算模块540分别与该装置的显示模块550相连接，通过显示模块550输出以上各个模块的处理结果或计算结果。

本发明实施例进一步给出实现上述方法实施例中个步骤及方法的装置实施例。本发明实施例可应用于各种电子设备中。在具体的应用中，该电子设备可以包括手机、PAD、笔记本电脑等。图6为本发明实施例角度测量装置的系统示意图，如图所示，本实施例包括采集器61、处理器62、存储器63、显示器64和系统总线65。系统总线65用于连接采集器61、处理器62、存储器63和显示器64。

存储器63可以是永久存储器，例如硬盘驱动器和闪存，存储器63中具有软件模块和设备驱动程序。软件模块能够执行本发明上述方法的各种功能模块；设备驱动程序可以是网络和接口驱动程序。

在启动时，这些软件组件被加载到存储器63中，然后被处理器62访问并执行如下指令：

对采集的待测目标标图像进行预处理，获取目标图像；

根据目标图像中像素灰度值的差异确定目标图像的图像边缘，并将图像边缘以像素为单位进行细化，获得以像素为单位的边缘细化后的边缘图像；

对边缘图像中的待测量夹角执行角度计算，得到待测目标的角度值。

进一步的，所述处理器62访问存储器63的软件组件后，执行以下过程的指令：

根据目标图像的边缘像素灰度与背景灰度的差异确定图像边缘，选取图像边缘中各位置上处于第一宽度位置的各像素点，设定为细化后的边缘像素点，细化后的边缘像素点的集合构成了细化后的边缘图像；细化后的边缘图像的边缘宽度为一个像素点的宽度。

上述指令过程就是具体图像边缘细化处理的过程。

进一步的，所述处理器62访问存储器63的软件组件后，执行以下过程的指令：

设置边缘图像的像素灰度为第一灰度值，其他像素点像素灰度为第二灰度值；

选取边缘图像的待测量夹角，设置待测量夹角的顶点的坐标为起点坐标；

查找顶点的相邻像素点中像素灰度为第一灰度值的像素点，得到第一像素点和第二像素点；

由顶点经由所述第一像素点向第一像素点方向引第一长度的第一线段，由顶点经由所述第二像素点向第二像素点方向引第一长度的第二线段；根据起点坐标、第一线段以及第二线段，计算第一线段和第二线段的端点坐标；

根据第一线段和第二线段的端点坐标以及顶点坐标计算待测量夹角的角度。

上述指令过程就是具体的对边缘图像中的待测量夹角执行角度计算获取待测目标的角度值的过程。

本发明通过在如手机、PAD、笔记本电脑等电子设备中增加了角度测量的功能，通过对被测对象夹角进行拍摄、提取、处理和计算，实现了用户可以通过使用电子设备，特别是便携设备方便的对被测对象角度进行测量。在测量过程中，用户只需执行选取测量对象的工作，因此有效的消除了传统使用量角器等设备进行人为操作读取数值可能带来的误差，保障了测量结果的准确性。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以用硬件实现，或固件实现，或它们的组合方式来实现。当使用软件实现时，可以将上述功能存储在计算机可读介质中或作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质。以此为例但不限于：计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质。此外。任何连接可以适当的成为计算机可读介质。如本发明所使用的，盘（Disk）和碟（disc）包括压缩光碟（CD）、激光碟、光碟、数字通用光碟（DVD）、软盘和蓝光光碟，其中盘通常磁性的复制数据，而碟则用激光来光学的复制数据。上面的组合也应当包括在计算机可读介质的保护范围之内。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种角度测量方法，其特征在于，所述方法包括：

对待测目标进行图像采集和预处理，获取目标图像；

根据所述目标图像中像素灰度值的差异确定所述目标图像的图像边缘，并将所述图像边缘以像素为单位进行细化，获得以像素为单位的边缘细化后的边缘图像；

对所述边缘图像中的待测量夹角执行角度计算，得到所述待测目标的角度值并输出结果；

对所述边缘图像中的待测量夹角执行角度计算的方法具体包括：

设置所述边缘图像的像素灰度为第一灰度值，其他像素点像素灰度为第二灰度值；

选取所述边缘图像的待测量夹角，设置所述待测量夹角的顶点的坐标为起点坐标；

查找所述顶点的相邻像素点中像素灰度为第一灰度值的像素点，得到第一像素点和第二像素点；

由所述顶点经由所述第一像素点向所述第一像素点方向引第一长度的第一线段，由所述顶点经由所述第二像素点向所述第二像素点方向引第一长度的第二线段；根据所述起点坐标、所述第一线段以及所述第二线段，计算所述第一线段和第二线段的端点坐标；

根据所述第一线段和第二线段的端点坐标以及顶点坐标计算所述待测量夹角的角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标图像中像素灰度值的差异确定所述目标图像的图像边缘，并将所述图像边缘以像素为单位进行细化，获得以像素为单位的边缘细化后的边缘图像具体为：

根据目标图像的边缘像素灰度与背景灰度的差异确定图像边缘，选取所述图像边缘各个位置从边缘起第二个像素宽度上的各像素点，设定为细化后的边缘像素点，所述细化后的边缘像素点的集合构成了细化后的边缘图像；所述细化后的边缘图像的边缘宽度为一个像素点的宽度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设定所述第一线段和第二线段的像素灰度为第三灰度值，所述边缘图像中非第一线段和第二线段区域的像素灰度为第四灰度值，用以显示输出待测量夹角。

4.根据上述权利要求1-3任一权项所述的方法，其特征在于，所述根据待测目标获取目标图像具体包括：

利用初始化设置的参数对所述待测目标进行采集，获取包括所述目标图像在内的至少一组图像；

对所述至少一组图像中的图形进行标注；

从所述被标注的图形中选取待测的目标图像。

5.一种角度测量的装置其特征在于，所述装置包括：图像采集模块、预处理模块、边缘提取模块和计算模块；

所述图像采集模块，用于对待测目标进行图像采集；

所述预处理模块，用于根据所述图像采集模块获得的图像获取目标图像；

所述边缘提取模块，用于根据所述目标图像中像素灰度值的差异确定所述目标图像的图像边缘，并将所述图像边缘以像素为单位进行细化，获得以像素为单位的边缘细化后的边缘图像；

所述计算模块，用于对所述边缘图像中的待测量夹角执行角度计算，得到所述待测目标的角度值并输出结果；

所述计算模块具体用于：

设置所述边缘图像的像素灰度为第一灰度值，其他像素点像素灰度为第二灰度值；所述第一灰度值和第二灰度值不相同，用于显示所述边缘图像；

选取所述边缘图像的待测量夹角，设置所述待测量夹角的顶点的坐标为起点坐标；

查找所述顶点的相邻像素点中像素灰度为第一灰度值的像素点，得到第一像素点和第二像素点；

由所述顶点经由所述第一像素点向所述第一像素点方向引第一长度的第一线段，由所述顶点经由所述第二像素点向所述第二像素点方向引第一长度的第二线段，根据所述起点坐标和所述第一线段和第二线段的长度，计算所述第一线段和第二线段的端点坐标；

根据所述第一线段和第二线段的端点坐标以及顶点坐标计算所述待测量夹角的角度；

其中，所述第一线段和第二线段的像素灰度为第三灰度值，所述边缘图像中非第一线段和第二线段区域的像素灰度为第四灰度值；所述第三灰度值和第四灰度值不相同，用于显示由所述第一线段和第二线段组成的夹角模型。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述边缘提取模块具体用于根据目标图像的边缘像素灰度与背景灰度的差异确定图像边缘，选取所述图像边缘各个位置从边缘起第二个像素宽度上的各像素点，设定为细化后的边缘像素点，全部的所述细化后的边缘像素点构成了细化后的边缘图像；所述细化后的边缘图像的边缘宽度为一个像素点的宽度。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述图像采集模块具体用于利用初始化设置的参数对所述待测目标进行采集，获取包括所述目标图像在内的至少一组图像。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述预处理模块具体用于，对所述至少一组图像中的图形进行标注，并从所述被标注的图形中选取待测的目标图像。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述移动终端还包括显示模块，用于显示输出所述图像采集模块、预处理模块、边缘提取模块和计算模块的处理结果或计算结果。