CN105937878A - 一种室内测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种室内测距方法，利用AR设备上设置的方向传感器，获取其摄像头与目标物之间的水平距离以及目标物的高度，并叠加至增强现实设备显示的真实世界的景物上。本发明仅通过获取摄像头至目标物底部与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角或者摄像头至目标物延长线与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角、摄像头至目标物顶部的连线与地面垂直方向的夹角、摄像头至目标物底部的连线与地面垂直方向的夹角，再根据摄像头与地面之间的垂直距离即可利用勾股定理计算摄像头与目标物之间的水平距离以及目标物的高度，计算方法简单快捷，运算量小，并且成本较低。

Description

一种室内测距方法
技术领域
本发明涉及增强现实技术领域，特别涉及一种室内测距方法。
背景技术
增强现实(Augmented Reality，简称AR)是通过计算机将真实环境与虚拟辅助信息对象融合在一起，来增强用户对真实世界的理解与体验。将虚拟的信息应用到真实世界，并将计算机生成的虚拟物体、场景或系统提示信息叠加到真实场景中，从而实现对现实的增强。在视觉化的增强现实中，用户利用头盔显示器，把真实世界与电脑图形多重合成在一起，便可以看到真实的世界围绕着它。
AR设备在室外使用情况下可以通过GPS传感器获取位置坐标，通过当前AR设备位置与目标位置的坐标来计算此二者之间的距离。而在室内使用时，由于使用GPS无法有效的定位，并且室内需要测量的距离相对而言比较小，因此在室内无法使用GPS传感器进行距离测量。现有技术中大多采用激光测距仪进行室内距离测量以及物体高度的测量，但是激光测距仪的造价较高，对于一些测量精度要求不高，成本较小的产品并不友好。此外，现有技术还有采用图形图像处理的方法获取目标物体的位置以及高度信息，但是此类方法所需的运算量十分大，并且并不是十分精确。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种室内测距方法，以解决现有技术中增强现实设备测量其与目标物之间的距离以及目标物高度的成本较高以及运算量大、精确度不高的问题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种室内测距方法：
利用增强现实设备上设置的方向传感器，获取增强现实设备上的摄像头与目标物之间的水平距离；
利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据所述摄像头与目标物之间的水平距离获取所述目标物的高度；
在增强现实设备显示的真实世界的景物上，叠加显示所述目标物的所述水平距离和高度。
可选地，所述利用增强现实设备上设置的方向传感器，获取增强现实设备上的摄像头与目标物之间的水平距离包括：
利用所述方向传感器获取增强现实设备上的摄像头至目标物底部与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角α，或者所述摄像头至目标物延长线与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角α；
获取所述摄像头与地面之间的垂直距离h1；
根据所述夹角α和所述垂直距离h1，利用公式
L＝h1×tanα
，计算得到所述摄像头与目标物之间的水平距离L。
可选地，所述获取所述摄像头与地面之间的垂直距离h1包括：
根据用户输入的身高值减去预设值作为所述摄像头与地面之间的垂直距离h1。
可选地，在利用所述方向传感器获取角度之前，采用如下步骤获取所述方向传感器的基准值：
将所述摄像头垂直地面、平行地面朝上或平行地面朝下，所述方向传感器此时获取到的理论角度值应为0°、90°或270°，将所述方向传感器实际获取的角度与所述理论角度值之间的差值作为基准值；
则利用所述方向传感器获取到的摄像头与目标物连线的角度为所述方向传感器获取的实际角度减去所述基准值。
可选地，对高度低于所述摄像头且底部着地的目标物，所述利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据所述摄像头与目标物之间的水平距离获取所述目标物的高度包括：
利用所述方向传感器获取所述摄像头至目标物顶部的连线与地面垂直方向的夹角β1；
根据所述夹角β1和已获知的所述水平距离L，利用公式
h2＝L/tanβ1
，计算得到所述摄像头与目标物顶部之间的垂直距离h2；再利用公式
h＝h1-h2
，获得目标物的高度h，其中h1为所述摄像头与地面之间的垂直距离。
可选地，对高度高于所述摄像头且底部着地的目标物，所述利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据所述摄像头与目标物之间的水平距离获取所述目标物的高度包括：
利用所述方向传感器获取所述摄像头至目标物顶部的连线与地面垂直方向的夹角β2；
根据所述夹角β2、已获知的所述夹角α和所述水平距离L，利用公式
h‘＝tan(β2-90°)×L+tan(90°-α)×L
，计算得到目标物的高度h‘。
可选地，对于底部不着地的目标物，所述利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据所述摄像头与目标物之间的水平距离获取所述目标物的高度包括：
利用所述方向传感器获取所述摄像头至目标物顶部的连线与地面垂直方向的夹角β3；
利用所述方向传感器获取所述摄像头至目标物底部的连线与地面垂直方向的夹角β4；
根据所述夹角β3、所述夹角β4和已获知的所述水平距离L，利用公式
h″＝tan(β3-90°)×L+tan(90°-β4)×L
，计算得到目标物的高度h″。
可选地，在利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据所述摄像头与目标物之间的水平距离获取所述目标物的高度之前，所述方法还包括：
选取目标物底部与地面的交点或目标物延长线与地面的交点、选取目标物顶部的一点，以及选取目标物底部的一点；
通过将所述摄像头分别对准这些选取点超过预设时间的方式，分别标定出这些选取点。
可选地，所述方法还包括：
在增强现实设备上设置模式匹配的选择按键，分别用于匹配如下三种测量模式：测量所述摄像头与目标物的水平距离、测量底部着地的目标物的高度、测量底部不着地的目标物的高度。
可选地，所述方法还包括：根据用户标定的选取点的个数1、2、3，由增强现实设备自动匹配如下三种测量模式：测量所述摄像头与目标物的水平距离、测量底部着地的目标物的高度、测量底部不着地的目标物的高度。
本发明的有益效果是：本发明提供的一种室内测距方法，仅通过获取摄像头至目标物底部与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角或者摄像头至目标物延长线与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角、摄像头至目标物顶部的连线与地面垂直方向的夹角、摄像头至目标物底部的连线与地面垂直方向的夹角，再根据摄像头与地面之间的垂直距离即可利用勾股定理计算摄像头与目标物之间的水平距离以及目标物的高度，计算方法简单快捷，运算量小，并且成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例的室内测距方法流程图；
图2是本发明实施例利用增强现实设备获取其摄像头与目标物之间水平距离的示意图；
图3是本发明实施例利用增强现实设备获取高度低于摄像头且底部着地的目标物的高度的示意图；
图4是本发明实施例利用增强现实设备获取高度高于摄像头且底部着地的目标物的高度的示意图；
图5本发明实施例利用增强现实设备获取底部不着地的目标物的高度的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种室内测距方法，包括：
步骤S110：利用增强现实设备上设置的方向传感器，获取增强现实设备上的摄像头与目标物之间的水平距离；
步骤S120：利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据所述摄像头与目标物之间的水平距离获取所述目标物的高度；
步骤S130：在增强现实设备显示的真实世界的景物上，叠加显示所述目标物的所述水平距离和高度。
在本发明的优选实施例中，在利用方向传感器获取角度之前，采用如下步骤获取方向传感器的基准值：
将摄像头垂直地面、平行地面朝上或平行地面朝下，方向传感器此时获取到的理论角度值应为0°、90°或270°，将方向传感器实际获取的角度与理论角度值之间的差值作为基准值；则利用方向传感器获取到的摄像头与目标物连线的角度为方向传感器获取的实际角度减去基准值。例如，将摄像头垂直地面时方向传感器获取到摄像头发出的一条射线与地面垂直方向的角度值为5°，而此时摄像头发出的射线与地面垂直方向的理论角度值应为0°，因此将5°作为基准值，在后续利用方向传感器获取的摄像头与目标物连线的角度时都要将方向传感器获取的实际角度减去基准值5°，以提高方向传感器的测量准确度。
如图2所示，在步骤120中，利用增强现实设备上设置的方向传感器，获取增强现实设备上的摄像头与目标物之间的水平距离包括：
利用方向传感器获取摄像头(即图2中的C点)至目标物底部与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角α，或者摄像头至目标物延长线与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角α；
获取摄像头与地面之间的垂直距离h1，即图2中B1C1的距离；
根据夹角α和垂直距离h1，利用公式
L＝h1×tanα
，计算得到摄像头与目标物之间的水平距离L，即图2中B1A1的距离。
在本发明的一个具体实施例中，获取摄像头与地面之间的垂直距离h1包括：根据用户输入的身高值减去预设值作为摄像头与地面之间的垂直距离h1。由于用户将AR设备佩戴在头部时，AR设备低于用户的头顶，AR设备的摄像头与地面之间的垂直距离比用户的身高值低，因此需要根据用户的身高值减去预设值以提高准确度，此处的预设值可以取一经验值，例如11cm。
如图3所示，对高度低于摄像头且底部着地的目标物，目标物底部与地面的交点为A2点，目标物顶部为D2点，利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据摄像头与目标物之间的水平距离获取目标物的高度包括：利用方向传感器获取摄像头(C2点)至目标物顶部(D2点)的连线C2D2与地面垂直方向C2B2的夹角β1；
根据夹角β1和根据上述方法获知的水平距离L(即图3的B2A2的距离)，利用公式
h2＝L/tanβ1
，计算得到摄像头与目标物顶部之间的垂直距离h2，即图3中C2E2的距离，其中D2E2垂直C2B2；再利用公式
h＝h1-h2
，即可获得目标物的高度h，即图3中A2D2的距离，其中h1为摄像头与地面之间的垂直距离。
如图4所示，对高度高于摄像头且底部着地的目标物，目标物底部与地面的交点为A3点，目标物顶部为D3点，利用增强现实设备上设置的方向传感器，获取目标物的高度包括：
利用方向传感器获取摄像头至目标物顶部的连线C3D3与地面垂直方向C3B3的夹角β2；
根据夹角β2、已获知的夹角α和水平距离L，利用公式
h‘＝tan(β2-90°)×L+tan(90°-α)×L
，计算得到目标物的高度h‘。
其中α是C3B3与C3A3之间的夹角，可以直接由传感器获取，L，即B3A3的距离，可利用以下公式计算：B3A3＝h1×tanα。由C点向A3D3引一条垂直线C3E3，tan(β2-90°)×L即为D3E3的距离，tan(90°-α)×L即为A3E3的距离。
如图5所示，对于底部不着地的目标物，目标物延长线与地面的交点为A4点，目标物顶部为D4点，利用增强现实设备上设置的方向传感器，获取目标物的高度的方法包括：
利用方向传感器获取摄像头至目标物顶部的连线C4D4与地面垂直方向C4B4的夹角β3；
利用方向传感器获取摄像头至目标物底部的连线C4E4与地面垂直方向C4B4的夹角β4；
根据夹角β3、夹角β4和已获知的水平距离L，利用公式
h″＝tan(β3-90°)×L+tan(90°-β4)×L
，计算得到目标物的高度h″。
其中，L是B4A4的距离，可利用以下公式计算：B4A4＝B4C4×tanα，α是C4B4与C4A4之间的夹角，可以直接由传感器获取。由C点向E4D4引一条垂直线C4F4，tan(β3-90°)×L即为D4F4的距离，tan(90°-β4)×L即为F4E4的距离。
需要说明的是，当目标物底部不着地时，一种情况是目标物延长线与地面的交点A4可以直接观测到，例如目标物为窗户，则窗户延长线与地面的交点可由窗户底部的墙壁与地面的交点来确定。另一种情况是目标物悬空，目标物延长线与地面的交点A4不能直接观测到，此时需要借助其他方法确定交点A4，例如可以在目标物的底部悬挂一条末端系重物的细绳，重物接触地面的点即为目标物延长线与地面的交点A4。
在本发明的一个具体实施例中，在利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据摄像头与目标物之间的水平距离获取目标物的高度之前，需要选取目标物底部的一点、选取目标物顶部的一点、以及选取目标物底部与地面交点或者目标物延长线与地面的交点，标定这些选取点可以通过以下两种方式，一种是通过将摄像头分别对准这些选取点超过预设时间的方式，分别标定出这些选取点，即将摄像头对准这些选取点并等待预设时间，例如3秒后，摄像头即可获取到该点。另一种方式是将摄像头对准上述选取点，然后在AR设备配套的输入设备，例如蓝牙键盘等，点击确认即可获取到该点。
在本发明的优选实施方案中，根据用户标定的选取点的个数1、2、3，由增强现实设备自动匹配如下三种测量模式：测量摄像头与目标物的水平距离、测量底部着地的目标物的高度、测量底部不着地的目标物的高度。即当用户标定1个选取点时，AR设备自动匹配测量摄像头与目标物的水平距离，该标定的选取点为摄像头至目标物底部与地面交点或者摄像头至目标物延长线与地面交点。当用户标定2个选取点时，AR设备自动匹配测量底部着地的目标物的高度，该2个选取点分别为摄像头至目标物底部与地面交点和目标物顶部的一点。当用户标定3个选取点时，AR设备自动匹配测量底部不着地的目标物的高度，该3个选取点分别为摄像头至目标物延长线与地面交点、目标物底部的一点和目标物顶部的一点。
在本发明的另一优选实施方案中，在增强现实设备上设置模式匹配的选择按键，分别用于匹配如下三种测量模式：测量摄像头与目标物的水平距离、测量底部着地的目标物的高度、测量底部不着地的目标物的高度。用户按下不同的选择按键后AR设备进入不同的测量模式。
综上所述，本发明实施例的有益效果是：本发明实施例提供的一种室内测距方法，仅通过获取摄像头至目标物底部与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角或者摄像头至目标物延长线与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角、摄像头至目标物顶部的连线与地面垂直方向的夹角、摄像头至目标物底部的连线与地面垂直方向的夹角，再根据摄像头与地面之间的垂直距离即可利用勾股定理计算摄像头与目标物之间的水平距离以及目标物的高度，计算方法简单快捷，运算量小，并且成本较低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非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作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种室内测距方法，其特征在于，
利用增强现实设备上设置的方向传感器，获取增强现实设备上的摄像头与目标物之间的水平距离；
利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据所述摄像头与目标物之间的水平距离获取所述目标物的高度；
在增强现实设备显示的真实世界的景物上，叠加显示所述目标物的所述水平距离和高度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用增强现实设备上设置的方向传感器，获取增强现实设备上的摄像头与目标物之间的水平距离包括：
利用所述方向传感器获取增强现实设备上的摄像头至目标物底部与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角α，或者所述摄像头至目标物延长线与地面交点的连线与地面垂直方向的夹角α；
获取所述摄像头与地面之间的垂直距离h1；
根据所述夹角α和所述垂直距离h1，利用公式
L＝h1×tanα，
计算得到所述摄像头与目标物之间的水平距离L。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述摄像头与地面之间的垂直距离h1包括：
根据用户输入的身高值减去预设值作为所述摄像头与地面之间的垂直距离h1。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在利用所述方向传感器获取角度之前，采用如下步骤获取所述方向传感器的基准值：
将所述摄像头垂直地面、平行地面朝上或平行地面朝下，所述方向传感器此时获取到的理论角度值应为0°、90°或270°，将所述方向传感器实际获取的角度与所述理论角度值之间的差值作为基准值；
则利用所述方向传感器获取到的摄像头与目标物连线的角度为所述方向传感器获取的实际角度减去所述基准值。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对高度低于所述摄像头且底部着地的目标物，所述利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据所述摄像头与目标物之间的水平距离获取所述目标物的高度包括：
利用所述方向传感器获取所述摄像头至目标物顶部的连线与地面垂直方向的夹角β1；
根据所述夹角β1和已获知的所述水平距离L，利用公式
h2＝L/tanβ1，
计算得到所述摄像头与目标物顶部之间的垂直距离h2；再利用公式
h＝h1-h2，
获得目标物的高度h，其中h1为所述摄像头与地面之间的垂直距离。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对高度高于所述摄像头且底部着地的目标物，所述利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据所述摄像头与目标物之间的水平距离获取所述目标物的高度包括：
利用所述方向传感器获取所述摄像头至目标物顶部的连线与地面垂直方向的夹角β2；
根据所述夹角β2、已获知的所述夹角α和所述水平距离L，利用公式h‘＝tan(β2-90°)×L+tan(90°-α)×L，
计算得到目标物的高度h‘。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对于底部不着地的目标物，所述利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据所述摄像头与目标物之间的水平距离获取所述目标物的高度包括：
利用所述方向传感器获取所述摄像头至目标物顶部的连线与地面垂直方向的夹角β3；
利用所述方向传感器获取所述摄像头至目标物底部的连线与地面垂直方向的夹角β4；
根据所述夹角β3、所述夹角β4和已获知的所述水平距离L，利用公式h″＝tan(β3-90°)×L+tan(90°-β4)×L，
计算得到目标物的高度h″。
8.根据权利要求5-7任一项所述的方法，其特征在于，在利用增强现实设备上设置的方向传感器，根据所述摄像头与目标物之间的水平距离获取所述目标物的高度之前，所述方法还包括：
选取目标物底部与地面的交点或目标物延长线与地面的交点、选取目标物顶部的一点，以及选取目标物底部的一点；
通过将所述摄像头分别对准这些选取点超过预设时间的方式，分别标定出这些选取点。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在增强现实设备上设置模式匹配的选择按键，分别用于匹配如下三种测量模式：测量所述摄像头与目标物的水平距离、测量底部着地的目标物的高度、测量底部不着地的目标物的高度。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据用户标定的选取点的个数1、2、3，由增强现实设备自动匹配如下三种测量模式：测量所述摄像头与目标物的水平距离、测量底部着地的目标物的高度、测量底部不着地的目标物的高度。
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