CN107192374A - 一种基于智能终端的便携式测距装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于智能终端的便携式测距装置及方法。本发明的测距装置主要包括智能终端、智能终端的相机、装设在相机前的可调节镜头底座，所述可调节镜头底座上设有棱镜框，所述棱镜框内配装有多边棱镜，所述可调节镜头底座可调整智能终端的相机到多边棱镜的距离，从而起到调节相机焦距的作用，使得智能终端的相机能够采集到最大的目标有效区域；智能终端的相机和多边棱镜组成的光学成像系统，使智能终端的相机能够采集到目标物体不同视角的二维图像，并将二维图像传送到智能终端；通过智能终端进行图像处理、立体匹配、三维重建，实现目标物体三维距离的测量，该装置操作简便，功能齐全，适于广泛应用。

Description

一种基于智能终端的便携式测距装置及方法

技术领域：

本发明涉及立体视觉测量领域，尤其涉及一种基于智能终端的便携式测距装置及方法。

背景技术：

现今社会正处于一个信息化的时代，人们可以通过双眼的视觉功能去了解世界。传统的立体视觉测量系统则使用摄像机模拟人类的双眼获取图片信息，使用计算机模拟人类的大脑实现对图片信息的处理与分析。通过摄像机从不同的角度拍摄同一图像，经过二维图像的对应点匹配，实现二维图像到三维图像重建的过程。目前较为普遍的技术包括单目立体视觉的测量技术和双目立体视觉的测量技术，但是该测量方式结构复杂、体积大、价格昂贵、操作繁琐等，不能广泛的应用和实现便于携带的功能。

发明内容：

针对现有技术存在的问题，本发明着力于提供一种结构简单、体积小、操作方便，基于智能终端的可实现三维距离测量的便携式测距装置及方法。

为实现上述目的，本发明提供的基于智能终端的便携式测距装置，包括智能终端、智能终端的相机、装设在相机前的可调节镜头底座，所述可调节镜头底座上设有棱镜框，所述棱镜框内配装有多边棱镜；智能终端外表面设有三维测距显示界面；智能终端内设有畸变校正模块、相机标定模块、图像处理模块、立体匹配模块、三维测量模块和电源模块，所述电源模块用于给相机、三维测距显示界面和其他模块供电；

还包括一标定板，位于智能终端的相机前；

智能终端的相机用于对目标物体进行图像采集，所述相机标定模块用于利用采集后的目标图像进行相机内外参数的测量，所述畸变校正模块用于对采集后的目标图像进行畸变校正，所述图像处理模块用于对畸变校正后的目标图像进行处理以实现目标图像特征点的提取，所述立体匹配模块用于求解提取出的目标图像的特征点的同名点，利用求解后的目标图像同名点的坐标计算多边棱镜的位置，并实现目标图像同名点的匹配，所述三维测量模块用于根据相机内外参数和目标图像同名点的匹配结果，获得目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值；所述三维测距显示界面用于显示采集到的目标图像、相机内外参数和目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值。

所述可调节镜头底座的调节方式为旋转式、推拉式和伸缩式中任意一种形式。

所述可调节镜头底座通过夹子固定在智能终端上。

所述多边棱镜为等腰三棱镜。

所述三维测距界面上设有开关按钮、畸变校正按钮和显示坐标按钮，所述开关按钮用于控制采集到的目标图像的显示，所述畸变校正按钮用于驱动所述畸变校正模块对采集到的目标图像进行畸变校正，所述显示坐标按钮用于控制目标图像在三维物体空间坐标系中的坐标信息和相机内外参数的显示。

本发明还提供一种利用上述基于智能终端的便携式测距装置进行测距的方法，包括以下步骤：

1)打开智能终端的相机，打开三维测距显示界面，移动标定板在空间中的位置，同时分别采集标定板在同一位置时未放置多边棱镜和放置有多边棱镜的两种情况下的目标图像，所述目标图像显示在三维测距显示界面上；

2)相机在未放置多边棱镜时采集的目标图像直接传输给相机标定模块，相机标定模块利用所述目标图像进行相机的标定，计算出相机的内外参数，显示在三维测距显示界面上；相机在放置有多边棱镜时采集的不同视角的目标图像传输给畸变校正模块，畸变校正模块对所述不同视角的目标图像进行畸变校正，图像处理模块对畸变校正后的目标图像进行处理得到目标图像特征点，立体匹配模块求解目标图像特征点的同名点，利用目标图像同名点的坐标计算多边棱镜的位置；

3)对可调节镜头底座进行调节，将多边棱镜置于步骤2)中计算出的指定位置；

4)重新启动智能终端的相机对目标图像进行采集并显示在三维测距显示界面上，将采集后的不同视角的目标图像依次通过畸变校正模块进行畸变校正，通过图像处理模块进行目标图像特征点的提取，通过立体匹配模块求解提取出的目标图像的特征点的同名点，以实现目标图像同名点的匹配，最后通过三维测量模块，其根据相机内外参数和目标图像同名点的匹配结果，获得目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值，实现目标物体三维距离的测量，并在三维测距显示界面中显示目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值。

在步骤2)中，通过函数最小化和差分进化算法计算多边棱镜的位置。

由上述技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的基于智能终端的便携式测距装置，包括智能终端和智能终端的相机，在相机前装设有可调节镜头底座，所述可调节镜头底座配装有多边棱镜，其结构合理简单、生产成本低、安装方便、便于携带。

使用时，首先打开智能终端的相机分别采集未安装多边棱镜和安装多边棱镜的目标图像，根据两次采集的目标图像，不断拉伸镜头底座，调整智能终端的相机到多边棱镜的距离，从而起到调节相机焦距的作用，使得智能终端的相机能够采集到最大的目标有效区域、提高成像平面的利用率、减小视差、降低匹配的难度，提高所测目标物体三维距离的精确度；调试完成之后通过智能终端的相机和多边棱镜组成的光学成像系统，使智能终端的相机能够采集到目标物体不同视角的二维图像，并将二维图像传送到智能终端；通过智能终端进行图像处理、立体匹配、三维重建，实现目标物体三维距离的测量，该装置操作简便，功能齐全，适于广泛应用。

附图说明：

图1为本发明基于智能终端的便携式测距装置的主视图；

图2为的图1的侧向剖视图；

图3为本发明基于智能终端的便携式测距装置采集目标图像的光路图；

图4为本发明基于智能终端的便携式测距装置的测距显示界面示意图；

图5为本发明基于智能终端的便携式测距装置的智能终端结构框图；

图6为本发明基于智能终端的便携式测距装置的棱镜视觉测量水平切面图；

本实施例中：1-智能终端，2-智能终端的相机，3-可调节镜头底座，4-棱镜框，5-等腰三棱镜，6-夹子，7-三维测距显示界面，8-开关按钮，9-畸变校正按钮，10-显示坐标按钮，11-图像显示区域，12-三维距离显示区域，13-内外参数显示区域，14-入射光线。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明的基于智能终端的便携式测距装置，包括智能终端1、智能终端的相机2、可调节镜头底座3、棱镜框4、等腰三棱镜5。所述可调节镜头底座3通过夹子6装设在智能终端的相机2前，所述棱镜框4与所述可调节镜头底座3组装，用于放置等腰三棱镜5，夹子6、可调节镜头底座3和棱镜框4组合在一起作为等腰三棱镜5的固定装置，同时，所述固定装置不受限制，可以采用吸附式或嵌套式等。

所述可调节镜头底座3采用伸缩式调节方式，用来调节智能终端的相机2到等腰三棱镜5的距离，从而起到调节相机焦距的作用，以获得最大的目标有效区域，提高成像平面的利用率、减小视差、降低匹配的难度，提高所测目标物体三维距离的精确度。所述可调节镜头底座3在其他实施例中也可以采用旋转式或推拉式等调节方式。

在所述棱镜框4中放置的等腰三棱镜5可以随意调换成其他多边棱镜，根据实际的需要选取不同视角的棱镜，以获取最佳目标图像。

所述智能终端1不具有限制性，适用于IOS、Android、Symbian系统，具有广泛的应用性。

智能终端1内包括畸变校正模块、相机标定模块、图像处理模块、立体匹配模块、三维测量模块和电源模块，所述电源模块用于给相机和其他模块供电；根据图3和图5所示，智能终端的相机2用于对目标图像进行采集，所述相机标定模块利用采集后的目标图像进行相机位置的标定即相机内外参数的测量，所述畸变校正模块用于对采集后的目标图像进行畸变校正，所述图像处理模块用于对畸变校正后的目标图像进行处理以实现目标图像特征点的提取，所述立体匹配模块用于求解提取出的目标图像的特征点的同名点，利用求解后的目标图像同名点的坐标计算等腰三棱镜的位置，并实现目标图像同名点的匹配，所述三维测量模块用于根据相机内外参数和目标图像同名点的匹配结果，获得目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值，实现目标物体三维距离的测量，并在三维测距显示界面中显示目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值。

如图4所示，智能终端1外表面设有三维测距显示界面7，其通过所述电源模块供电，用以将目标物体的图像和三维距离，以及智能终端的相机内外参数显示出来。所述三维测距显示界面7上设有开关按钮8、畸变校正按钮9、显示坐标按钮10，点击开关按钮8，则会在图像显示区域11显示智能终端的相机2采集到的目标图像；点击畸变校正按钮9可驱动智能终端1内的畸变校正模块对采集到的目标图像进行畸变校正；点击显示坐标按钮10，则在三维距离显示区域12显示目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标信息，在内外参数显示区域13显示智能终端的相机2的内外参数。

如图6所示，图中三角形ABC代表等腰三角形，O为相机光学中心，θ表示相机的角度，β表示等腰三棱镜侧平面与后平面的夹角。将将目标物体放在等腰三棱镜的目标有效区域RSMN内，智能终端的相机就可以进行图像采集，并将采集的图像传送到智能终端进行处理，实现三维重建。

利用上述基于智能终端的便携式测距装置进行测距的方法，包括如下步骤：

1)打开智能终端的相机，打开三维测距显示界面，移动标定板在空间中的位置，同时分别采集标定板在同一位置时未放置多边棱镜和放置有多边棱镜的两种情况下的目标图像，所述目标图像显示在三维测距显示界面上；

2)相机在未放置多边棱镜时采集的目标图像直接传输给相机标定模块，相机标定模块利用所述目标图像进行相机的标定，计算出相机的内外参数，显示在三维测距显示界面上；相机在放置有多边棱镜时采集的不同视角的目标图像传输给畸变校正模块，畸变校正模块对所述不同视角的目标图像进行畸变校正，图像处理模块对畸变校正后的目标图像进行处理得到目标图像特征点，立体匹配模块求解目标图像特征点的同名点，利用目标图像同名点的坐标计算多边棱镜的位置，其计算方法采用函数最小化和差分进化算法；

3)对可调节镜头底座进行调节，将多边棱镜置于步骤2)中计算出的指定位置；

4)重新启动智能终端的相机对目标图像进行采集并显示在三维测距显示界面上，将采集后的不同视角的目标图像依次通过畸变校正模块进行畸变校正，通过图像处理模块进行目标图像特征点的提取，通过立体匹配模块求解提取出的目标图像的特征点的同名点，以实现目标图像同名点的匹配，最后通过三维测量模块，其根据相机内外参数和目标图像同名点的匹配结果，获得目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值，实现目标物体三维距离的测量，并在三维测距显示界面中显示目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种基于智能终端的便携式测距装置，其特征在于，包括：智能终端、智能终端的相机、装设在相机前的可调节镜头底座，所述可调节镜头底座上设有棱镜框，所述棱镜框内配装有多边棱镜；智能终端外表面设有三维测距显示界面；智能终端内设有畸变校正模块、相机标定模块、图像处理模块、立体匹配模块、三维测量模块和电源模块，所述电源模块用于给相机、三维测距显示界面和其他模块供电；

还包括一标定板，位于智能终端的相机前；

智能终端的相机用于对目标物体进行图像采集，所述相机标定模块用于利用采集后的目标图像进行相机内外参数的测量，所述畸变校正模块用于对采集后的目标图像进行畸变校正，所述图像处理模块用于对畸变校正后的目标图像进行处理以实现目标图像特征点的提取，所述立体匹配模块用于求解提取出的目标图像的特征点的同名点，利用求解后的目标图像同名点的坐标计算多边棱镜的位置，并实现目标图像同名点的匹配，所述三维测量模块用于根据相机内外参数和目标图像同名点的匹配结果，获得目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值；所述三维测距显示界面用于显示采集到的目标图像、相机内外参数和目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值。

2.如权利要求1所述的基于智能终端的便携式测距装置，其特征在于：所述可调节镜头底座的调节方式为旋转式、推拉式和伸缩式中任意一种形式。

3.如权利要求1所述的基于智能终端的便携式测距装置，其特征在于：所述可调节镜头底座通过夹子固定在智能终端上。

4.如权利要求1所述的基于智能终端的便携式测距装置，其特征在于：所述多边棱镜为等腰三棱镜。

5.如权利要求1所述的基于智能终端的便携式测距装置，其特征在于：所述三维测距界面上设有开关按钮、畸变校正按钮和显示坐标按钮，所述开关按钮用于控制采集到的目标图像的显示，所述畸变校正按钮用于驱动所述畸变校正模块对采集到的目标图像进行畸变校正，所述显示坐标按钮用于控制目标图像在三维物体空间坐标系中的坐标信息和相机内外参数的显示。

6.采用权利要求1所述的基于智能终端的便携式测距装置进行测距的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)打开智能终端的相机，打开三维测距显示界面，移动标定板在空间中的位置，同时分别采集标定板在同一位置时未放置多边棱镜和放置有多边棱镜的两种情况下的目标图像，所述目标图像显示在三维测距显示界面上；

2)相机在未放置多边棱镜时采集的目标图像直接传输给相机标定模块，相机标定模块利用所述目标图像进行相机的标定，计算出相机的内外参数，显示在三维测距显示界面上；相机在放置有多边棱镜时采集的不同视角的目标图像传输给畸变校正模块，畸变校正模块对所述不同视角的目标图像进行畸变校正，图像处理模块对畸变校正后的目标图像进行处理得到目标图像特征点，立体匹配模块求解目标图像特征点的同名点，利用目标图像同名点的坐标计算多边棱镜的位置；

3)对可调节镜头底座进行调节，将多边棱镜置于步骤2)中计算出的指定位置；

4)重新启动智能终端的相机对目标图像进行采集并显示在三维测距显示界面上，将采集后的不同视角的目标图像依次通过畸变校正模块进行畸变校正，通过图像处理模块进行目标图像特征点的提取，通过立体匹配模块求解提取出的目标图像的特征点的同名点，以实现目标图像同名点的匹配，最后通过三维测量模块，其根据相机内外参数和目标图像同名点的匹配结果，获得目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值，实现目标物体三维距离的测量，并在三维测距显示界面中显示目标物体在三维物体空间坐标系中的坐标值。

7.如权利要求6所述的测距的方法，其特征在于：在步骤2)中，通过函数最小化和差分进化算法计算多边棱镜的位置。