CN108613625A - 一种利用增强现实技术的测量设备及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用增强现实技术的测量设备及其测量方法。测量设备至少包含有处理模块、显示模块和定位测距模块，其中，定位测距模块与处理模块连接，处理模块与显示模块连接，定位测距模块测得信息传送给处理模块处理后，并通过处理模块传输给显示模块显示。测量方法至少包括：定位测距模块和处理模块建立虚拟三维坐标系；采集被测量对象与定位测距模块之间的距离和探测角度变化量；处理模块处理定位测距模块传输的数据，得到被测量物体的各点坐标和几何参数；显示模块将处理模块处理后的信息显示在屏幕上。本发明不仅实现对多种几何参数的测量，还能够将测量后的结果显示在显示模块中，使得使用者能够更加简单、直观地获取。

Description

一种利用增强现实技术的测量设备及其测量方法

技术领域

本发明涉及测量设备技术领域，尤其涉及一种利用增强现实技术的测量设备及其测量方法。

背景技术

增强现实技术是一种实时计算摄像机拍摄到的影像的位置及角度并加上相应图像、视频、三维模型的技术。这种技术的目标是实现真实世界信息和虚拟世界信息的无缝结合。操作者在体验过程中，首先利用摄像头来拍摄所处场景的真实画面；随后，将拍摄到的画面传送至增强现实处理器进行处理，并将处理后的信息传送至显示器。最后，显示器将处理后的信息显示在屏幕上，以使体验者能够透过显示器的屏幕得到的身临其境的视觉图像。这里的视觉图像常常为三维或者四维的动态视景。

目前，在使用过程中，体验者运用感知或者动作向增强现实设备等发出指令，并能获取到设备发送回来的画面场景，从而获得良好的感受。然而，随着增强现实技术的不断发展，人们对增强现实体验的要求越来越高，使用者已经不再单纯满足于观看视觉图像，还想要在体验过程中与视觉图像中的目标物体进行互动。例如，通过获取视觉图像中的目标物体的长度、宽度、高度、幅度以及角度等几何参数，以便更好的进行互动。

但是，现有技术中没有利用增强现实设备来实时获取视觉图像中目标物体几何参数的测量仪器。

发明内容

针对现有技术中增强现实技术无法测量被测物体多种几何参数的测量仪器的技术问题，本发明提供了一种利用增强现实技术的测量设备以及测量方法实现了被测物体三维立体输出显示以及被测物体多种几何参数的测量。通过本发明，操作者不仅能够从视觉上体验虚拟世界，还能够直观得到虚拟世界中各个画面中的实际大小，从而可以实现更加高效的人机信息交互以及人机操作的互动。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明的利用增强现实技术的测量设备，至少包含有处理模块、显示模块和定位测距模块，其中，定位测距模块与处理模块连接，处理模块与显示模块连接，以使处理模块能够基于定位测距模块测得的信息进行处理后，再将处理后的结果在显示模块中显示。

进一步的，定位测距模块至少包含距离测量模块和角运动检测模块，并且，距离测量模块和角运动检测模块固定连接，以使距离测量模块和角运动检测模块之间始终保持同样的位移变化和角度变化。

进一步的，利用增强现实技术的测量设备的测量方法，至少包括如下步骤：

初始化，利用定位测距模块和处理模块建立虚拟三维坐标系；

采集测量点数据，定位测距模块采集被测量对象与定位测距模块之间的距离和探测角度变化量，并将采集的数据发送至处理模块；

数据处理，所处理模块接收定位测距模块发送的数据，并计算处理得到被测量物体上各点在虚拟三维坐标系中的坐标，再进一步计算得到被测量物体的几何参数，将被测量物体的各点坐标和几何参数发送给显示模块；

输出测量结果，显示模块接收处理模块发送的处理结果并将其显示在屏幕上。

进一步的，初始化至少包括如下步骤：

选定参考点，定位测距模块和处理模块通过参考点建立虚拟三维坐标系；

确定定位测距模块在虚拟三维坐标系中的坐标；

设置定位测距模块探测方向的初始角度。

进一步的，采集测量点数据至少包括如下步骤：

选定被测量点，并利用定位测距模块测量被测量点与定位测距模块之间的距离；

利用定位测距模块和参考点，采集测量过程中定位测距模块在虚拟三维坐标系中的坐标的变化量和探测角度的变化量；

将测量和采集的数据发送至处理模块。

进一步的，定位测距模块在虚拟三维坐标系中的坐标的变化量是通过定位测距模块中的距离测量模块采集得到；定位测距模块在虚拟三维坐标系中探测角度的变化量是通过定位测距模块中的角运动检测模块采集得到。

进一步的，数据处理至少包括如下步骤：

计算被测点坐标，处理模块通过定位测距模块初始化的坐标、初始化时的探测角度、测量被测点时定位测距模块的坐标变化量和探测角度的变化量、以及被测点与定位测距模块之间的距离，计算处理得到被测量点在虚拟三维坐标系的坐标；

计算被测物体几何参数，处理模块通过被测物体上各点在虚拟三维坐标系中的坐标计算处理得到被测量物体的几何参数；

将计算处理的结果发送至显示模块。

进一步的，数据处理模块基于定位测距模块沿被测物轮廓线测量得到的数据处理后得到被测量物轮廓线上各个点在虚拟三维坐标系中的坐标，并将坐标发送至显示模块。显示模块基于各个点在虚拟三维坐标系中的坐标对被测量物体的图形进行显示。

进一步的，处理模块筛选出能够确定被测量物体各个部位对应几何形状的基点，利用基点在虚拟三维坐标系中的坐标计算分析得到被测量物体的各个部位对应的几何参数，并将几何参数发送至显示模块，以使几何参数显示于显示模块中。

进一步的，定位测距模块通过将被测量物体不规则部位进行分割，并将分割后各个部分的几何参数进行叠加，以得到被测量物体不规则部位的几何参数，并将几何参数发送至显示模块，以使几何参数显示于显示模块中。

本发明提供的利用增强现实技术的测量设备至少具有如下有益技术效果：

本发明所述的利用增强现实技术的测量设备利用处理模块和定位测距模块建立虚拟三维坐标系，将被测物体的三维模型运用坐标的形式表示在建立的虚拟三维坐标系中。同时处理模块利用被测物体各点在虚拟三维坐标系中的坐标计算出被测量物体的几何参数，并将被测物体各点的坐标信息和几何参数发送至显示模块。显示模块接收处理模块传送的数据后，显示出被测物体在虚拟三维坐标系中的图形和几何参数，从而达到对被测物体精确测量的目的。

本发明是通过定位测距模块测量被测物体各个部位与定位测距模块的距离和以及测量过程中探测角度的变化量，并运用处理模块进行几何换算得到测量点在虚拟三维坐标系中的坐标，从而实现虚拟三维坐标系对测量点的表达。本发明通过获取不同的测量点坐标，并利用处理模块对获取的测量点的坐标进行处理换算，便可以得到被测量物体的各种几何参数，从而实现对被测物体多种几何参数的测量。

运用本发明的测量设备和测量方法，不仅解决了现有增强现实设备中无法多方面测量显示被测物体的几何参数的技术问题，同时，本发明通过获取被测物体在虚拟三维坐标系中的坐标，并通过被测物体各个部分的坐标计算得到被测物体的相关参数，使得测量结果更加精确、高效。本发明所述的利用增强现实技术的测量设备和测量方法，适用于不同大小的被测量物体，尤其是对体积较大的物体进行测量时，无需多名测量人员配合，也不需要测量人员四处走动，只需测量人员调整定位测距模块的位置和探测角度即可。从而，本发明能够极大的简化测量流程和测量人员，并且极大的缩短测量时间。

此外，本发明优选技术方案还可以产生如下技术效果：

1、定位测距模块中距离测量模块和角运动检测模块固定连接，使得角运动检测模块和距离测量模块始终保持同样的位移变化和角度变化，从而可以有效的避免出现距离测量模块和角运动检测模块之间位移和角度的变化量不一样而导致误差增大。

2、通过选定参考点后进行初始化，使得虚拟三维坐标系的建立更加简单，并且使得测量结果并不受到参考点选取而出现差异。

3、运用处理模块对被测量物体坐标进行计算，实现了对不规则物体相关几何参数的测量。多种几何参数通过增强现实技术测量并输出显示，不仅实现了更具真实感的人机交互，提高人机交互的能力，还使得测量变得更加简单快捷，可以有效的减少测量时间，提高测量效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明利用增强现实技术的测量设备一种优选的结构框图；

图2是本发明一种优选的测量方法流程图。

图3是本发明一种优选的建立虚拟三维坐标系的原理图；

图4是本发明一种优选的获取测量点坐标的原理图；

图5是本发明一种优选的测量两点减直线距离的原理图；

图6是本发明一种优选的获取线段中点的原理图；

图7是本发明一种优选的测量被测物体角度的原理图；

图8是本发明一种优选的测量不规则曲线的原理图；

图9是本发明一种优选的测量圆的几何参数的原理图；

图中1-定位测距模块；11-距离测量模块；12-角运动检测模块；2-处理模块；3-显示模块；4-虚拟三维坐标系。

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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例1

本实施例所述的增强现实技术的测量设备至少包含有处理模块2、显示模块3和定位测距模块1，其中，定位测距模块1与处理模块2连接，处理模块2与显示模块3连接，以使处理模块2能够基于定位测距模块1测得的信息进行处理后再将处理后的结果在显示模块3中显示。

作为本发明一种优选的实施方式，处理模块2与显示模块3和定位测距模块1不仅电连接，而且结构上也相互连接。优选的，处理模块2和显示模块3可以嵌入安装有增强现实软件的移动智能设备中，例如：嵌入手机、嵌入平板电脑、嵌入智能手表、智能眼镜、智能头盔等。以使增强现实技术的测量设备携带更为方便。

作为本发明一种优选的实施方式，定位测距模块1与显示模块3可以设置为活动连接，以使定位测距模块1能够与显示模块3之间能够发生相对转动，实现定位测距模块1探测角度的调节。

作为本发明一种优选的实施方式，定位测距模块1至少包含距离测量模块11和角运动检测模块12，并且，距离测量模块11和角运动检测模块12固定连接，以使距离测量模块11和角运动检测模块12之间始终保持同样的位移变化和角度变化。

作为本发明一种优选的实施方式，距离测量模块11可以设置为激光脉冲测距仪。利用激光良好的方向性、单一的波长使得距离测量模块11测量精度更高，有利于准确获取被测量物体在虚拟三维坐标系4中的坐标。当然也可以设置为:激光相位法测距仪、声波测距仪。

作为本发明一种优选的实施方式，角运动检测模块12可以设置为陀螺仪的形式，通过陀螺仪可以输出定位测距模块1的角度变化，从而实现采集探测角在测量过程中的变化量。

作为一种可代替的实施方式，角运动检测模块12也可以采用角速度探测器代替，实现对定位测距模块1在测量过程中角度变化量的采集。

实施例2

本实施例一种优选的利用增强现实技术的测量设备的测量方法，至少包括如下步骤：

S1初始化，利用定位测距模块1和处理模块2建立虚拟三维坐标系4；

S2采集测量点数据，定位测距模块1采集被测量对象与定位测距模块1之间的距离和探测角度变化量，并将采集的数据发送至处理模块2；

S3数据处理，处理模块2接收定位测距模块1发送的数据，并计算处理得到被测量物体上各点在虚拟三维坐标系4中的坐标，再进一步计算得到被测量物体的几何参数，将被测量物体的各点坐标和几何参数发送给显示模块3；

S4输出测量结果，显示模块3接收处理模块2发送的处理结果并将其显示在屏幕上。

作为本发明一种优选的实施方式，初始化至少包括如下步骤：

选定参考点，利用定位测距模块1和处理模块2通过参考点建立虚拟三维坐标系4；

确定参考点与定位测距模块1在虚拟三维坐标系4中的位置和定位测距模块探测方向的初始角度。

参照图3，选择参考点，并以参考点为原点建立虚拟三维坐标系4。优选的，可将定位测距模块1所在位置选为参考点；建立虚拟三维坐标系4时，测距模块的某一水平探测方向为虚拟三维坐标系4中的第一坐标轴，即测距模块的初始探测方向零度。优选的，以垂直于水平面且背离地面的方向为第二坐标轴的方向。定位测距模块1将参考点、第一平坐标轴和第二坐标轴信息传送至处理模块2，处理模块2处理得到第三坐标轴所在直线并选定其中的一个方向作为第三坐标轴的方向，从而实现坐标轴的建立。当以参考点为虚拟三维坐标系4原点，定位测距模块1的初始探测方向为虚拟三维坐标系4的一条坐标轴时，可以有效的减少处理模块2的计算量，能够降低处理模块2计算压力，提高处理模块2对数据处理的速率。

当然建立虚拟三维坐标系时参考点的选取不局限于本实施例中的优选方式，任意位置的固定点均可作为建立虚拟三维坐标系的参考点。例如：选取处理模块2中某一固定部位作为参考点、选取定位测距模块1上某一固定部位作为参考点、选取地面上某一固定点为参考点。

作为本发明一种优选的实施方式，被测量对象数据采集至少包括如下步骤：

选定被测量点，并利用定位测距模块1测量被测量点与定位测距模块1之间的距离；

利用定位测距模块1和参考点，采集测量过程中定位测距模块1在虚拟三维坐标系4中的坐标的变化量和探测角度的变化量；

将测量和采集的数据发送至处理模块2。

作为本发明一种优选的实施方式，定位测距模块1在虚拟三维坐标系4中的坐标的变化量是通过定位测距模块1中的距离测量模块11采集得到。定位测距模块1在虚拟三维坐标系4中探测角度的变化量是通过定位测距模块1中的角运动检测模块12采集得到。

作为本发明一种优选的实施方式，数据处理至少包括如下步骤：

计算被测点坐标，处理模块2通过定位测距模块1初始化的坐标、初始化时的探测角度、测量被测点时定位测距模块1的坐标变化量和探测角度的变化量、以及被测点与定位测距模块1之间的距离，计算处理得到被测量点在虚拟三维坐标系4的坐标；

计算被测物体几何参数，处理模块2通过被测物体上各点在虚拟三维坐标系4中的坐标计算处理得到被测量物体的几何参数；

将计算处理的结果发送至显示模块3。

参照图4，A点是定位测距模块1测量被测物体B点时所处位置，处理模块2通过定位测距模块1测量过程中坐标的变化量和初始化时定位测距模块1的坐标，可以得到A点在虚拟三维坐标系4中的坐标，即确定定位测距模块1测量时位于虚拟三维坐标系4中的坐标。处理模块2通过定位测距模块1探测角度在测量过程中的改变量和初始化时定位测距模块1的探测角度，可以得到定位测距模块1在A点测量时的探测方向与虚拟三维坐标系4各个坐标轴的角度。通过测距模块2测量得到A点与B点之间的直线距离，即定位测距模块1与被测点之间的直线距离。当这些采集和测量到的数据传输至处理模块2，处理模块2运用立体几何中之间的运算关系可以得到B点坐标，即确定被测量点在虚拟三维坐标系4中的坐标。

作为本发明一种优选的实施方式，数据处理模块2基于定位测距模块1沿被测物轮廓线测量得到的数据处理后得到被测量物轮廓线上各个点在虚拟三维坐标系4中的坐标，并将坐标发送至显示模块3。显示模块3基于各个点在虚拟三维坐标系4中的坐标对被测量物体的图形进行显示。

作为本发明一种优选的实施方式，处理模块2筛选出能够确定被测量物体各个部位对应几何形状的基点，利用基点在虚拟三维坐标系4中的坐标计算分析得到被测量物体的各个部位对应的几何参数，并将几何参数发送至显示模块3，以使几何参数显示于显示模块3中。

参照图5，当需显示一条直线时，可以利用两点确定一条之间的原理，通过测量位于这条直线上的两个点的坐标，便可通过处理模块2计算处理得到这条直线，而无需对这条直线上的没给点进行测量，从而极大地提高了测量效率。如果需要计算两点之间的直线距离，可以通过测量两点的坐标，通过处理模块2进行换算得到两点之间的直线距离。

参照图6，确定一条线段的中点或垂直平分线时，只需得到这条线段两个端点并可以运用处理模块2中增强现实软件计算得到这条线段的中点坐标和垂直平分线在虚拟三维坐标系4中的表达式，从而确定线段的中点和垂直平分线。同理还可以得到一条线段的三等分点、四等分点、五等分点等。优选的，还可以通过增强现实软件得到盖线段或直线的与虚拟三维坐标系4中三条坐标轴平行的基准线，并显示在显示模块3上，从而方便测量者理解线段相关的几何信息和空间位置信息。

参照图7，在虚拟三维坐标系4中，确定一个平面角，只需确定平面角的顶点和位于两条不同边上且除顶点外的两个点。故在探测角度时，只需要测量三个点的坐标，便可通过处理模块2中增强现实软件计算处理得到平面角的大小。

参照图8，在虚拟三维坐标系4中，确定一个圆，只需确定位于这个圆上的不同三个点。故在进行测量时，只需通过去顶圆弧上的三个不同点的坐标便可以得到这个圆的所有几何参数信息，例如：圆的直径、半径、圆心位置、周长等。从而克服了应用中不知道圆心位置，或者圆心位置无法到达导致测量误差的缺陷。

作为本发明一种优选的实施方式，定位测距模块1通过将被测量物体不规则部位进行分割，并将分割后各个部分的几何参数进行叠加，以得到被测量物体不规则部位的几何参数，并将几何参数发送至显示模块3，以使几何参数显示于显示模块3中。

参照图9，操作者可以将探测点沿着一条曲线移动，便可以测量得到直线上的点到定位测距模块1之间的距离参数。由于一条曲线上的点有无数个，为了减少测量时间和处理模块2的计算量，优选的，可以选取曲线上的部分点，通过计算相邻两点之间的直线距离，并将所有距离叠加得到该曲线的近似长度。优选的，在实际测量过程中，可以根据不同的测量精度，选取不同数量的位于曲线上的测量点。优选的，为了进一步减少测量时的误差，选取的测量点应当最大限度的均匀分布在该曲线上。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种利用增强现实技术的测量设备，其特征在于，至少包含有定位测距模块(1)、处理模块(2)和显示模块(3)，其中，

所述定位测距模块(1)与所述处理模块(2)连接，

所述处理模块(2)与所述显示模块(3)连接，

以使所述处理模块(2)能够基于所述定位测距模块(1)测得的信息进行处理后再将处理后的结果在所述显示模块(3)中显示。

2.根据权利要求1所述的利用增强现实技术的测量设备，其特征在于，所述定位测距模块(1)至少包含距离测量模块(11)和角运动检测模块(12)，并且，

所述距离测量模块(11)和所述角运动检测模块(12)固定连接，以使所述距离测量模块(11)和所述角运动检测模块(12)之间始终保持同样的位移变化和角度变化。

3.一种利用增强现实技术的测量设备的测量方法，其特征在于，至少包括如下步骤：

初始化，利用定位测距模块(1)和处理模块(2)建立虚拟三维坐标系(4)，

采集测量点数据，所述定位测距模块(1)采集被测量对象与所述定位测距模块(1)之间的距离和探测角度变化量，并将采集的数据发送至处理模块(2)，

数据处理，所述处理模块(2)接收所述定位测距模块(1)发送的数据，并计算处理得到被测量物体上各点在所述虚拟三维坐标系(4)中的坐标，再进一步计算得到被测量物体的几何参数，将被测量物体的各点坐标和几何参数发送给显示模块(3)，

输出测量结果，所述显示模块(3)接收所述处理模块(2)发送的处理结果并将其显示在屏幕上。

4.根据权利要求3所述的利用增强现实技术的测量设备的测量方法，其特征在于，初始化至少包括如下步骤：

选定参考点，所述定位测距模块(1)和所述处理模块(2)通过所述参考点建立所述虚拟三维坐标系(4)；

确定所述定位测距模块(1)在所述虚拟三维坐标系(4)中的坐标；

设置所述定位测距模块(1)探测方向的初始角度。

5.根据权利要求4所述的利用增强现实技术的测量设备的测量方法，其特征在于，采集测量点数据至少包括如下步骤：

选定被测量点并利用所述定位测距模块(1)测量被测量点与所述定位测距模块(1)之间的距离，

利用所述定位测距模块(1)和所述参考点，采集测量过程中所述定位测距模块(1)在所述虚拟三维坐标系(4)中的坐标的变化量和探测角度的变化量，将测量和采集的数据发送至所述处理模块(2)。

6.根据权利要求5所述的利用增强现实技术的测量设备的测量方法，其特征在于，

所述定位测距模块(1)在虚拟三维坐标系(4)中的坐标的变化量是通过所述定位测距模块(1)中的距离测量模块(11)采集得到，

所述定位测距模块(1)在虚拟三维坐标系(4)中探测角度的变化量是通过所述定位测距模块(1)中的角运动检测模块(12)采集得到。

7.根据权利要求3至6之一所述的利用增强现实技术的测量设备的测量方法，其特征在于，所述数据处理至少包括如下步骤：

计算被测点坐标，所述处理模块(2)通过所述定位测距模块(1)初始化的坐标、初始化时的探测角度、测量被测点时所述定位测距模块(1)的坐标变化量和探测角度的变化量、以及被测点与所述定位测距模块(1)之间的距离，计算处理得到被测量点在所述虚拟三维坐标系(4)的坐标；

计算被测物体几何参数，所述处理模块(2)通过被测物体上各点在所述虚拟三维坐标系(4)中的坐标计算处理得到被测量物体的几何参数；

将计算处理的结果发送至显示模块(3)。

8.根据权利要求7所述的利用增强现实技术的测量设备的测量方法，其特征在于，

所述数据处理模块(2)基于所述定位测距模块(1)沿被测物轮廓线测量得到的数据处理后得到被测量物轮廓线上各个点在虚拟三维坐标系(4)中的坐标，并将所述坐标发送至所述显示模块(3)，

所述显示模块(3)基于各个点在虚拟三维坐标系(4)中的坐标对被测量物体的图形进行显示。

9.根据权利要求8所述的利用增强现实技术的测量设备的测量方法，其特征在于，

所述处理模块(2)筛选出能够确定被测量物体各个部位对应几何形状的基点，

利用所述基点在虚拟三维坐标系(4)中的坐标计算分析得到被测量物体的各个部位对应的几何参数，并将所述几何参数发送至所述显示模块(3)，

以使所述几何参数显示于所述显示模块(3)中。

10.根据权利要求8所述的利用增强现实技术的测量设备的测量方法，其特征在于，

所述定位测距模块(1)通过将被测量物体不规则部位进行分割，并将分割后各个部分的几何参数进行叠加，以得到被测量物体不规则部位的几何参数，并将所述几何参数发送至所述显示模块(3)，

以使所述几何参数显示于所述显示模块(3)中。