CN103398658A - 用于空间物体测量的手机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于空间物体测量的手机装置，包括手机主体，所述手机主体包括主处理器，和在所述主处理器控制下实现系统协调工作的无线收发模块、语音及音频模块、按键、数据传输模块、JTAG、存储模块、电池及电源模块、接口模块、触摸显示屏和摄像头，所述摄像头包括镜头和图像传感器；其特征在于：所述手机主体还包括激光图形投射模块，激光图形投射模块用于向被测对象投射辅助测量用的含固定物理尺寸的激光图形。与现有技术相比，本发明通过向被测物体对象平面或其参照平面投射激光图形获得影像像素数据以辅助直观标示测量空间物体的尺寸、面积、角度和距离，有效提高对空间物体的测算效率和精准度，可为人们日常生活和工作带来极大方便，所述激光图形投射装置小巧成本低廉具有极高的应用价值。

Description

用于空间物体测量的手机装置
技术领域
本发明涉及用于向被测物体对象平面或其参照平面投射激光图形以辅助测量空间物体的手机装置。
背景技术
随着手机技术的快速发展，手机的应用给人带来了极大的方便及应用多样性，对于空间物体尺寸的测量在智能手机应用上现在出现了一些利用摄像头倾角测量距离及长度的测量软件，但它需要人为设定一些参数和旋转手机进行角度测量，但在实际测量中得到的测量结果误差很大，其实用性受到限制。
为方便人们对空间物体尺寸、面积、角度和距离数据进行更精准快捷的直观测量，因此，有必要提供一种体积小巧及成本低廉的手机装置来满足人们解决对空间物体的尺寸寸、面积、角度和距离的测量的生活和工作的需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足，提供一种用于空间物体测量的手机装置。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于空间物体测量的手机装置，包括手机主体，所述手机主体包括主处理器，和在所述主处理器控制下实现系统协调工作的无线收发模块、语音及音频模块、按键、数据传输模块、JTAG、存储模块、电池及电源模块、接口模块、触摸显示屏和摄像头，所述摄像头包括镜头和图像传感器，所述图像传感器为CCD或CMOS类型；所述手机主体还包括激光图形投射模块，所述激光图形投射模块的激光图形输出面与摄像头同处于所述手机主体的背面，所述激光图形投射模块的激光输出光束图形的中心轴与所述摄像头的镜头光轴平行设置，所述激光图形投射模块用于向垂直于摄像头的镜头光轴的被测对象的测量点连线的所在平面或其参照平面投射具有固定物理尺寸的激光图形，所述具有固定物理尺寸的激光图形的物理尺寸数据是用于辅助测量被测对象的尺寸、面积、角度和距离数据用的参照数据。
较佳地，所述激光图形投射模块向与所述摄像头的镜头光轴垂直的平面上投射输出的激光图形既可以是一条不会随投射距离的变化而发生变化有固定物理长度的激光线段，也可以是在X轴和Y轴两个方向上的形状及尺寸相同的对称图形，且理论上其形状及尺寸是固定的并不会随投射距离的变化而发生变化。
较佳地，所述激光图形投射模块向外投射输出的激光图形是在两相互垂直径向方向上有对称标线的激光圆环。
较佳地，通过调整所述手机主体上的触摸显示屏的测量光标指定被测对象的测量点直接判读出测量点之间的尺寸、面积、角度和被测对象与手机主体之间的距离。
开启手机，进入尺寸测量模式，摄像头进入尺寸测量工作状态，测量以如下步骤流程进行：向被测对象的测量点连线的所在平面或其参照平面垂直投射激光图形；被测对象和激光图形的成像；提取激光图形数据并生成激光图形标线及X轴和Y轴坐标线，并自动加载存储的激光图形物理尺寸、透镜焦距、图像传感器单个像素的物理宽度和图像传感器感光平面与镜头透窗外表面的距离数据；调整修正投射激光图形与被测对象的正对角度；提取激光图形在X轴和Y轴的轴向宽度的像素数据；在触摸显示屏上调整测量光标指定测量点并提取测量点之间的距离或坐标像素数据；生成测量点之间的尺寸、面积、角度和被测对象与镜头透窗外表面的距离； 确认被测对象实际物理尺寸、面积和角度及距离。
其基本尺寸的计算方法如下：
①假定被测对象的A和B两点测量点连线的所在平面或其参照平面垂直于镜头光轴并向其投射激光图形，被测对象的A和B两点之间的连线平行于X轴，基准比较数据以选择垂直于镜头光轴的X轴向的激光图形的宽度像素数据为准，按照公式                                                
Figure 137387DEST_PATH_IMAGE001
计算被测对象的A和B两点的物理尺寸，其中，为被测对象的A和B两点的物理尺寸，
Figure 30574DEST_PATH_IMAGE003
为激光图形X轴向的物理尺寸,
Figure 192958DEST_PATH_IMAGE004
为激光图形在影像里X轴向宽度的像素数据，
Figure 118189DEST_PATH_IMAGE005
为被测对象A和B两点的距离像素数据；
②假定被测对象的A和B两点测量点连线的所在平面或其参照平面垂直于镜头光轴并向其投射激光图形，被测对象的A和B两点之间的连线平行于Y轴，基准比较数据以选择垂直于镜头光轴的Y轴向的激光图形的宽度像素数据为准，按照公式
Figure 342497DEST_PATH_IMAGE001
计算被测对象的A和B两点的物理尺寸，其中，
Figure 910052DEST_PATH_IMAGE002
为被测对象的A和B两点的物理尺寸，为激光图形Y轴向的物理尺寸,
Figure 341350DEST_PATH_IMAGE004
为激光图形在影像里Y轴向的宽度像素数据，
Figure 821879DEST_PATH_IMAGE005
为被测对象A和B两点的距离像素数据；
③假定被测对象的A和B两点测量点连线的所在平面或其参照平面垂直于镜头光轴并向其投射激光图形，但被测对象的A和B两点之间的连线与X轴或Y轴都不平行，先以上述①和②两步的计算方法计算出A和B两点的坐标A(
Figure 3461DEST_PATH_IMAGE006
,)和B(
Figure 141892DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 708003DEST_PATH_IMAGE009
),再以
Figure 9671DEST_PATH_IMAGE010
公式计算出被测对象的A和B两点之间的尺寸。
其基本距离的计算方法如下： 
假定镜头光轴垂直于被测对象平面或参照平面的X轴向并向其投射激光图形，①先通过公式
Figure 88354DEST_PATH_IMAGE011
算出激光图形在X轴向像素距离，其中，
Figure 209894DEST_PATH_IMAGE012
表示激光图形在X轴向像素距离,
Figure 579695DEST_PATH_IMAGE013
表示图像传感器单个像素的物理宽度，表示激光图形在X轴向的像素在图像传感器中的像素个数；
②再通过透镜成像公式 算出被测对象被激光图形投射的中心点到镜头的物距，其中
Figure 391028DEST_PATH_IMAGE016
表示被测对象被激光图形投射的中心点到镜头的物距，
Figure 298942DEST_PATH_IMAGE017
 表示激光图形物理尺寸，
Figure 358558DEST_PATH_IMAGE012
表示激光图形在X轴向的像素距离, 
Figure 326514DEST_PATH_IMAGE018
表示透镜焦距;
③再通过透镜成像公式
Figure 422646DEST_PATH_IMAGE019
算出激光图形影像在图像传感器焦平面上到镜头的像距，其中，
Figure 586780DEST_PATH_IMAGE020
表示激光图形影像在图像传感器焦平面上到镜头的像距；
④最后通过公式
Figure 451968DEST_PATH_IMAGE021
 即可算出被测对象被激光图形投射的中心点到镜头透窗外表面的距离，其中，
Figure 590825DEST_PATH_IMAGE022
表示被测对象被激光图形投射的中心点到镜头透窗外表面的距离，
Figure 223188DEST_PATH_IMAGE023
表示图像传感器焦平面到镜头透窗外表面的距离。
参见上述计算，角度和面积的基本计算方法可由公知的数学公式得到。
可以理解地，为实现上述尺寸、面积、角度和距离的测量，手机应用必有一套软件程序（未示出）配合完成。
与现有技术相比，本发明通过向被测物体对象平面或其参照平面投射激光图形获得影像像素数据以辅助直观标示测量空间物体的尺寸及距离，有效提高空间物体尺寸的测算效率和精准度，可为人们日常生活和工作带来极大方便，所述激光图形投射装置小巧成本低廉具有极高的应用价值。
附图说明
图1是示出实施本发明的手机的第一实施例的前视平面图。
图2是示出实施本发明的手机的第一实施例的后视平面图。
图3是示出实施本发明的手机的第一实施例的电气布置的框图。
图4是示出实施本发明的手机的第一实施例的激光图形投射模块所投射输出的激光圆环图形的示意图。
图5是示出用于测量被测对象的测量点之间的尺寸、面积、角度和距离的处理步骤的流程图。
图6是示出实施本发明的手机的第一实施例的被测对象和激光图形形成的影像及表示尺寸测量关系的示意图。
图7是示出透镜成像原理数学图形的示意图。
图8是示出实施本发明的手机的第二实施例的后视平面图。
图9是示出实施本发明的手机的第二实施例的电气布置的框图。
图10是示出实施本发明的手机的第二实施例的激光图形投射模块所投射输出的激光线段的示意图。
具体实施方式  
 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，第一实施例的手机10具有位于手机主体10a的前表面中的触摸显示屏11。
如图2所示，第一实施例的手机主体10a的后表面具有摄像头镜头12a和激光圆环图形投射模块13，且摄像头镜头12a和激光圆环图形投射模块13的设置以激光圆环图形投射模块13的激光输出光束图形的中心轴与所述摄像头的镜头12a的光轴平行的方式进行设置。
如图3所示，手机主体10a包括主处理器22，和在所述主处理器22控制下实现系统协调工作的无线收发模块16、语音及音频模块17、按键18、数据传输模块19、JTAG 20、存储模块21、电池及电源模块15、接口模块14、触摸显示屏11和摄像头12，所述摄像头12包括镜头12a和图像传感器12b；所述手机主体10a还包括激光图形投射模块13，激光图形投射模块13由主处理器22控制；在图2实施例里的激光圆环图形投射模块13就是图3所述的激光图形投射模块13，激光圆环图形投射模块13用于向被测对象投射辅助测量尺寸用的激光图形。
如图4所示，第一实施例的激光圆环图形投射模块13向手机主体10a外的垂直平面投射形成的在两相互垂直径向方向上有对称标线的圆环激光图形，其圆环形状及直径是固定的并不会随投射距离的变化而发生变化。
如图5所示，其为手机在实施对被测对象的测量点之间的尺寸、面积和角度及距离进行测量时的步骤的流程图；在本实施例中的操作流程如下：开启手机进入尺寸测量模式，摄像头12在主处理器22控制下进入尺寸测量工作状态；由激光圆环图形投射模块13向被测对象的测量点连线的所在平面或其参照平面垂直投射激光图形；通过摄像头12将被测对象和圆环激光图形成像；由软件算法提取激光图形数据并生成激光图形标线及X轴和Y轴坐标线并与被测对象的影像合成显示在触摸显示屏11上，此时手机10会自动加载设备生产厂商存储在存储模块21里面的圆环激光图形物理直径尺寸数据、镜头12a的透镜焦距数据、图像传感器单个像素的物理宽度和图像传感器感光平面与镜头12a透窗外表面的距离数据以作尺寸、面积、角度和距离的数学计算用；为提高测量精度，需进一步调整修正投射激光图形与被测对象的正对角度；之后软件程序（未示出）会提取圆环激光图形在X轴和Y轴的轴向宽度的像素数据，如果圆环激光图形是投射在管状曲面或细长物体的被测对象上时则由人工介入选择没有畸变的圆环图形轴向宽度数据作为基准比较数据；之后只需在触摸显示屏上调整测量光标指定测量点即可进行尺寸、面积、角度和距离的测量，软件程序会提取被测对象指定点之间的距离或坐标像素数据；在与上述步骤获得的各种数据进行数学计算后会自动生成尺寸、面积、角度的数据和被测对象与镜头透窗外表面的距离数据；最后只需确认被测对象实际物理尺寸、面积、角度及距离是否为所需数据即为测量完成，选择是否保存，再选择是否退出测量，选择否定后手机将进入下一个新的尺寸测量流程，如选择是手机将退出尺寸测量模式。
如图6所示，其示出了第一实施例的被测对象和激光图形形成的影像及表示尺寸测量关系的示意图，其具体的计算按下列三步进行：①假定被测对象的A和B两点测量点连线的所在平面或其参照平面垂直于镜头光轴并向其投射激光图形，被测对象的A和B两点之间的连线平行于X轴，基准比较数据以选择垂直于镜头光轴的X轴向的激光图形的宽度像素数据为准，按照公式计算被测对象的A和B两点的物理尺寸，其中，
Figure 458177DEST_PATH_IMAGE002
为被测对象的A和B两点的物理尺寸，
Figure 8414DEST_PATH_IMAGE003
为激光图形X轴向的物理尺寸,
Figure 79139DEST_PATH_IMAGE004
为激光图形在影像里X轴向宽度的像素数据，
Figure 132545DEST_PATH_IMAGE005
为被测对象A和B两点的距离像素数据；
②假定被测对象的A和B两点测量点连线的所在平面或其参照平面垂直于镜头光轴并向其投射激光图形，被测对象的A和B两点之间的连线平行于Y轴，基准比较数据以选择垂直于镜头光轴的Y轴向的激光图形的宽度像素数据为准，按照公式
Figure 424855DEST_PATH_IMAGE001
计算被测对象的A和B两点的物理尺寸，其中，
Figure 905515DEST_PATH_IMAGE002
为被测对象的A和B两点的物理尺寸，
Figure 463535DEST_PATH_IMAGE003
为激光图形Y轴向的物理尺寸,
Figure 103989DEST_PATH_IMAGE004
为激光图形在影像里Y轴向的宽度像素数据，
Figure 798275DEST_PATH_IMAGE005
为被测对象A和B两点的距离像素数据；
③假定被测对象的A和B两点测量点连线的所在平面或其参照平面垂直于镜头光轴并向其投射激光图形，但被测对象的A和B两点之间的连线与X轴或Y轴都不平行，先以上述①和②两步的计算方法计算出A和B两点的坐标A(
Figure 715416DEST_PATH_IMAGE006
,
Figure 947683DEST_PATH_IMAGE007
)和B(
Figure 342892DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 157264DEST_PATH_IMAGE009
),再以
Figure 979727DEST_PATH_IMAGE010
公式计算出被测对象的A和B两点之间的尺寸。
如图7所示，其示出了计算被测对象的距离的透镜成像原理数学图形，具体的计算按下列四步进行：假定镜头光轴垂直于被测对象平面或参照平面的X轴向并向其投射激光图形，①先通过公式
Figure 496028DEST_PATH_IMAGE011
算出激光图形在X轴向的径向像素距离，其中，
Figure 694928DEST_PATH_IMAGE012
表示激光图形在X轴向的径向像素距离,
Figure 363806DEST_PATH_IMAGE013
表示图像传感器单个像素的物理宽度，
Figure 406105DEST_PATH_IMAGE014
表示激光图形在X轴向的径向像素在图像传感器中的像素个数；
②再通过透镜成像公式
Figure 160435DEST_PATH_IMAGE015
 算出被测对象被激光图形投射的中心点到镜头的物距，其中表示被测对象被激光图形投射的中心点到镜头的物距，
Figure 873362DEST_PATH_IMAGE017
 表示激光图形径向物理尺寸，
Figure 303206DEST_PATH_IMAGE012
表示激光图形在X轴向的径向像素距离, 表示透镜焦距;
③再通过透镜成像公式
Figure 868890DEST_PATH_IMAGE019
算出激光图形影像在图像传感器焦平面上到镜头的像距，其中，
Figure 512361DEST_PATH_IMAGE020
表示激光图形影像在图像传感器焦平面上到镜头的像距；
④最后通过公式
Figure 847527DEST_PATH_IMAGE021
 即可算出被测对象被激光图形投射的中心点到镜头透窗外表面的距离，其中，
Figure 863802DEST_PATH_IMAGE022
表示被测对象被激光图形投射的中心点到镜头透窗外表面的距离，
Figure 942617DEST_PATH_IMAGE023
表示图像传感器焦平面到镜头透窗外表面的距离。
上述假定镜头光轴垂直于被测对象平面或参照平面的X轴向并向其投射激光图形，①先通过公式算出激光图形在X轴向像素距离，其中，
Figure 212241DEST_PATH_IMAGE012
表示激光图形在X轴向像素距离,表示图像传感器单个像素的物理宽度，
Figure 497915DEST_PATH_IMAGE014
表示激光图形在X轴向的像素在图像传感器中的像素个数；
②再通过透镜成像公式
Figure 850399DEST_PATH_IMAGE015
 算出被测对象被激光图形投射的中心点到镜头的物距，其中
Figure 841882DEST_PATH_IMAGE016
表示被测对象被激光图形投射的中心点到镜头的物距， 表示激光图形物理尺寸，
Figure 700433DEST_PATH_IMAGE012
表示激光图形在X轴向的像素距离, 
Figure 625533DEST_PATH_IMAGE018
表示透镜焦距;
③再通过透镜成像公式
Figure 738983DEST_PATH_IMAGE019
算出激光图形影像在图像传感器焦平面上到镜头的像距，其中，表示激光图形影像在图像传感器焦平面上到镜头的像距；
④最后通过公式
Figure 137789DEST_PATH_IMAGE021
 即可算出被测对象被激光图形投射的中心点到镜头透窗外表面的距离，其中，
Figure 199286DEST_PATH_IMAGE022
表示被测对象被激光图形投射的中心点到镜头透窗外表面的距离，
Figure 483636DEST_PATH_IMAGE023
表示图像传感器焦平面到镜头透窗外表面的距离。
图8是示出实施本发明的手机的第二实施例的后视平面图，手机主体20a的后表面具有摄像头镜头22a和激光线段图形投射模块23，且摄像头镜头22a和激光线段图形投射模块23的设置以激光线段图形投射模块23的激光输出光束图形的中心轴与所述摄像头的镜头22a的光轴平行的方式进行设置。
如图9所示，手机主体20a包括主处理器22，和在所述主处理器32控制下实现系统协调工作的无线收发模块26、语音及音频模块27、按键28、数据传输模块29、JTAG 30、存储模块31、电池及电源模块25、接口模块24、触摸显示屏21和摄像头22，所述摄像头22包括镜头22a和图像传感器22b；所述手机主体20a还包括激光图形投射模块23，激光图形投射模块23由主处理器32控制。
在图8实施例里的激光线段图形投射模块23就是图9所述的激光图形投射模块23，激光线段图形投射模块23用于向被测对象投射辅助测量尺寸用的激光图形。
图10是示出实施本发明的手机的第二实施例的激光图形投射模块所投射输出的激光线段的示意图，其激光线段的长度是固定的并不会随投射距离的变化而发生变化。
第二实施例其与所述第一实施例唯一不同的只是激光图形投射模块向手机主体20a外的垂直平面投射形成的是激光线段，而非是在两相互垂直径向方向上有对称标线的圆环激光图形；可以理解地，第二实施其尺寸和距离的具体的计算方式与所述第一实施例的尺寸和距离的具体的计算方式也是相同的。
可以理解地，参见上述计算，角度和面积的基本计算方法可由公知的数学公式得到。
可以理解地，现实中激光图形的激光光斑随着投射距离的加长会发散，实际应用时生成激光图形标线只需提取激光光斑中心数据做依据即可。
可以理解地，多角度测量还能对部分规整物体的体积进行有效测量，上述实施及数学解算在测量垂直平面物体时可以获得比较高的测量精度，但对非平面的物体测量还存在一定局限性，如再加入一些人工输入修正数据利用更高级的数学函数解算能有效缩小所述局限性并获得更广泛的测量应用。
可以理解地，为实现上述尺寸、面积、角度和距离的测量，手机应用必有一套软件程序（未示出）配合完成。
以上对本发明进行的是基本原理及架构的描述，但本发明并不局限于以上揭示的方案，而应当涵盖各种根据本发明的原理本质进行的修改、延伸、应用、等效组合。

Claims (4)

1.一种用于空间物体测量的手机装置，包括手机主体，所述手机主体包括主处理器，和在所述主处理器控制下实现系统协调工作的无线收发模块、语音及音频模块、按键、数据传输模块、JTAG、存储模块、电池及电源模块、接口模块、触摸显示屏和摄像头，所述摄像头包括镜头和图像传感器；其特征在于：所述手机主体还包括激光图形投射模块，所述激光图形投射模块的激光图形输出面与摄像头同处于所述手机主体的背面，所述激光图形投射模块的激光输出光束图形的中心轴与所述摄像头的镜头光轴平行设置，所述激光图形投射模块用于向垂直于摄像头的镜头光轴的被测对象的测量点连线的所在平面或其参照平面投射具有固定物理尺寸的激光图形，所述具有固定物理尺寸的激光图形的物理尺寸数据是用于辅助测量被测对象的尺寸、面积、角度和距离数据用的参照数据。
2.如权利要求1所述的用于空间物体测量的手机装置，其特征在于：所述激光图形投射模块向与所述摄像头的镜头光轴垂直的平面上投射输出的激光图形既可以是一条不会随投射距离的变化而发生变化有固定物理长度的激光线段，也可以是在X轴和Y轴两个方向上的形状及尺寸相同的对称图形，且理论上其形状及尺寸是固定的并不会随投射距离的变化而发生变化。
3.如权利要求2所述的用于空间物体测量的手机装置，其特征在于：所述激光图形投射模块向外投射输出的激光图形是在两相互垂直径向方向上有对称标线的激光圆环。
4.如权利要求1-3中任一项所述的用于空间物体测量的手机装置，其特征在于：通过调整所述手机主体上的触摸显示屏的测量光标指定被测对象的测量点直接判读出测量点之间的尺寸、面积、角度和被测对象与手机主体之间的距离。
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