CN109102541A - 一种集成深度相机的智能手机的距离测量方法及装置 - Google Patents

一种集成深度相机的智能手机的距离测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本公开涉及一种集成深度相机的智能手机的距离测量方法及装置，包括：S100：获取待测距物体的RGB图和深度图；S200：在该智能手机屏幕上显示该RGB图，在该RGB图上确定起点和终点；S300：利用RGB图和深度图中点的特定对应关系，对于所述RGB图上的起点和终点，在所述深度图中寻找匹配的对应点；S400：计算所述对应点在深度摄像头的相机坐标系下的坐标值，进而计算所述起点到所述终点的距离。所述方法操作简单，灵活性强，精度高，测量误差小。

Description

一种集成深度相机的智能手机的距离测量方法及装置
技术领域
本公开属于移动通讯领域和图像处理技术，特别涉及一种集成深度相机的智能手机的距离测量方法及装置。
背景技术
人们对于物体几何参数的测量常采用人工检测的方法，这种测量方式有很大的局限性，比如在一些人类无法到达的地方实现这种人工的接触式测量几乎是不可能的，并且这种测量方式需要耗费许多劳动力、测量结果有人为误差、测量时间长等，已经不满足当今测量领域中的自动化要求。
智能手机已经成为人们日常生活中的必需品，智能手机具备各种传感器，可以作为距离测量工具。基于智能手机的测距，目前公开的方法有基于手机移动，基于方向传感器等几何方法测距，这些方法操作复杂，精度不足。也有基于超声波，CCD图像，激光或者红外线的测距，通常这些测量方式对环境有苛刻的要求，而且需要手机配置额外的传感器来实现。
如今智能手机领域集成深度相机已成为趋势，可以作为前置深度相机或后置深度相机，进行人脸解锁或3D自拍、小物体3D扫描等。
发明内容
鉴于此，本公开提供了一种集成深度相机的智能手机的距离测量方法，包括：
S100：获取待测距物体的RGB图和深度图；
S200：在该智能手机屏幕上显示该RGB图，在该RGB图上确定起点和终点；
S300：利用RGB图和深度图中点的特定对应关系，对于所述RGB图上的起点和终点，在所述深度图中寻找匹配的对应点；
S400：计算所述对应点在深度摄像头的相机坐标系下的坐标值，进而计算所述起点到所述终点的距离。
本公开还提供了一种集成深度相机的智能手机的距离测量装置，包括：
图像获取模块：用于获取待测距物体的RGB图和深度图；
用户交互模块：用于在该智能手机屏幕上显示该RGB图，在该RGB图上确定起点和终点；
图像匹配模块：用于利用RGB图和深度图中点的特定对应关系，对于所述RGB图上的起点和终点，在所述深度图中寻找匹配的对应点；
距离计算模块：用于计算所述对应点在深度摄像头的相机坐标系下的坐标值，进而计算所述起点到所述终点的距离。
通过上述技术方案，用智能手机集成的深度相机，获取RGB图像和深度图像，计算出空间上两点间距离，操作简单，灵活性强，精度高，测量误差小。
附图说明
图1是本公开一个实施例中所提供的一种集成深度相机的智能手机的距离测量方法的流程示意图；
图2是本公开一个实施例中所提供的一种集成深度相机的智能手机的距离测量装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步的详细说明。
在一个实施例中，参见图1，其公开了一种集成深度相机的智能手机的距离测量方法，包括：
S100：获取待测距物体的RGB图和深度图；
S200：在该智能手机屏幕上显示该RGB图，在该RGB图上确定起点和终点；
S300：利用RGB图和深度图中点的特定对应关系，对于所述RGB图上的起点和终点，在所述深度图中寻找匹配的对应点；
S400：计算所述对应点在深度摄像头的相机坐标系下的坐标值，进而计算所述起点到所述终点的距离。
在另一个实施例中，步骤S100进一步包括：
S101：打开该智能手机，用所集成的深度相机拍摄所述待测距物体，得到该待测距物体的RGB图和深度图；和/或，
S102：从该智能手机的存储设备中读取该待测距物体的RGB图和深度图，其中，从该智能手机的存储设备中读取的图像是以前使用所集成的深度相机拍摄得到的RGB图和深度图，和/或是RGB图和深度图融合后的RGBD图像。
其中，RGBD图像是以前拍摄的RGB图和深度图经过步骤S300，得到像素点的对应关系(urgb，vrgb)＝g(udepth，vdepth)，融合得到的，若读取的是RGBD图像则不需要进行步骤S300，直接进行步骤S400计算。
在另一个实施例中，步骤S200进一步包括：
S201：手指点击屏幕，在图像上的确定一点作为起点，再点击一次，在图像上的确定另一点作为终点；和/或，
S202：手指在手机屏幕上划动，在图像上画一条线段，把该线段的两个端点作为起点和终点；和/或，
S203：点击屏幕，在图像上确定一点作为终点，以该智能手机所集成的深度相机光心为起点。
其中，优选的，在智能手机屏幕上显示RGB图，通过手势状态控制图像的缩放。
在另一个实施例中，步骤S300进一步包括：
S301：获取RGB图和深度图中点的对应关系g(udepth，vdepth)＝(urgb，vrgb)，其中，(urgb，vrgb)是通过公式
求解得到的，该公式中，(udepth，vdepth)为深度图上的任一点，(urgb，vrgb)为RGB图上的与(udepth，vdepth)相对应的点，Argb是RGB摄像头的内参矩阵，通过对所述智能手机的RGB摄像头进行标定得到的，Adepth是深度摄像头的内参矩阵，通过对所述智能手机的深度摄像头进行标定得到的，R是深度摄像头的相机坐标系转换到RGB摄像头的相机坐标系的旋转矩阵，T是深度摄像头的相机坐标系和RGB摄像头的相机坐标系的平移向量；Zrgb是物体相对于RGB相机的深度值，Zdepth是物体相对于深度相机的深度值，Zdepth＝f(lu，v)，lu，v是(udepth，vdepth)的灰度值，f(lu，v)为灰度值与深度值的映射函数，由深度相机提供；
其中，f(lu，v)中的u，v表示像素的坐标(udepth，vdepth)，(udepth，vdepth)已知的情况下，上述公式(1)即为一个含3个未知量(Zrgburgb，Zrgbvrgb，Zrgb)的齐次线性方程组，共有3个方程，求解这个方程组即可求得对应点(urgb，vrgb)；
S302：根据上述得到的对应关系g(udepth，vdepth)＝(urgb，vrgb)，采用如下公式得到与RGB图匹配的深度图中的对应点：
其中，(u1，v1)为RGB图上任一点的像素坐标，(u1′，v1′)为深度图上对应点的像素坐标。
在另一个实施例中，步骤S400进一步包括：
S401：对于点(udepth，vdepth)根据下述公式计算出其在深度摄像头的相机坐标系下的X和Y值
其中，θh，θv分别表示深度摄像头的水平视场角和垂直视场角，w和h分别表示深度图像的水平分辨率和垂直分辨率，Zdepth是物体相对于深度相机的深度值，Zdepth＝f(lu，v)，lu，v是(udepth，vdepth)的灰度值，f(lu，v)为灰度值与深度值的映射函数，由深度相机提供，(udepth，vdepth)为深度图上的任一点；
S402：根据上述公式(2)，求出该深度图上的起点(u1，v1)和终点(u2，v2)在深度摄像头的相机坐标系下的坐标值(X1，Y1，Z1)和(X2，Y2，Z2)，根据欧式距离公式求得所述起点到所述终点的距离。
在一个实施例中，参见图2，其公开了一种集成深度相机的智能手机的距离测量装置，包括：
图像获取模块：用于获取待测距物体的RGB图和深度图；
用户交互模块：用于在该智能手机屏幕上显示该RGB图，在该RGB图上确定起点和终点；
图像匹配模块：用于利用RGB图和深度图中点的特定对应关系，对于所述RGB图上的起点和终点，在所述深度图中寻找匹配的对应点；
距离计算模块：用于计算所述对应点在深度摄像头的相机坐标系下的坐标值，进而计算所述起点到所述终点的距离。
在另一个实施例中，图像获取模块进一步包括：
拍摄获取图像模块：用于打开该智能手机，用所集成的深度相机拍摄所述待测距物体，得到该待测距物体的RGB图和深度图；和/或，
存储设备获取图像模块：用于从该智能手机的存储设备中读取该待测距物体的RGB图和深度图，其中，从该智能手机的存储设备中读取的图像是以前使用所集成的深度相机拍摄得到的RGB图和深度图，和/或是RGB图和深度图融合后的RGBD图像。
在另一个实施例中，用户交互模块进一步包括：
用于手指点击屏幕，在图像上的确定一点作为起点，再点击一次，在图像上的确定另一点作为终点的装置；和/或，
用于手指在手机屏幕上划动，在图像上画一条线段，把该线段的两个端点作为起点和终点的装置；和/或，
用于点击屏幕，在图像上确定一点作为终点，以该智能手机所集成的深度相机光心为起点的装置。
在另一个实施例中，图像匹配模块进一步包括：
对应关系获取模块：用于获取RGB图和深度图中点的对应关系g(udepth，vdepth)＝(urgb，vrgb)，其中，(urgb，vrgb)是通过公式
求解得到的，该公式中，(udepth，vdepth)为深度图上的任一点，(urgb，vrgb)为RGB图上的与(udepth，vdepth)相对应的点，Argb是RGB摄像头的内参矩阵，通过对所述智能手机的RGB摄像头进行标定得到的，Adepth是深度摄像头的内参矩阵，通过对所述智能手机的深度摄像头进行标定得到的，R是深度摄像头的相机坐标系转换到RGB摄像头的相机坐标系的旋转矩阵，T是深度摄像头的相机坐标系和RGB摄像头的相机坐标系的平移向量；Zrgb是物体相对于RGB相机的深度值，Zdepth是物体相对于深度相机的深度值，Zdepth＝f(lu，v)，lu，v是(udepth，vdepth)的灰度值，f(lu，v)为灰度值与深度值的映射函数，由深度相机提供；
对应点获取模块：用于根据上述得到的对应关系g(udepth，vdepth)＝(urgb，vrgb)，采用如下公式得到与RGB图匹配的深度图中的对应点：
其中，(u1，v1)为RGB图上任一点的像素坐标，(u1′，v1′)为深度图上对应点的像素坐标。
在另一个实施例中，距离计算模块进一步包括：
坐标计算模块：用于对于点(udepth，vdepth)根据下述公式计算出其在深度摄像头的相机坐标系下的X和Y值
其中，θh，θv分别表示深度摄像头的水平视场角和垂直视场角，w和h分别表示深度图像的水平分辨率和垂直分辨率，Zdepth是物体相对于深度相机的深度值，Zdepth＝f(lu，v)，lu，v是(udepth，vdepth)的灰度值，f(lu，v)为灰度值与深度值的映射函数，由深度相机提供，(udepth，vdepth)为深度图上的任一点；
距离测量模块：用于根据上述公式(2)，求出该深度图上的起点(u1，v1)和终点(u2，v2)在深度摄像头的相机坐标系下的坐标值(X1，Y1，Z1)和(X2，Y2，Z2)，根据欧式距离公式求得所述起点到所述终点的距离。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种集成深度相机的智能手机的距离测量方法，包括：
S100：获取待测距物体的RGB图和深度图；
S200：在该智能手机屏幕上显示该RGB图，在该RGB图上确定起点和终点；
S300：利用RGB图和深度图中点的特定对应关系，对于所述RGB图上的起点和终点，在所述深度图中寻找匹配的对应点；
S400：计算所述对应点在深度摄像头的相机坐标系下的坐标值，进而计算所述起点到所述终点的距离。
2.根据权利要求1所述的距离测量方法，步骤S100进一步包括：优选的，
S101：打开该智能手机，用所集成的深度相机拍摄所述待测距物体，得到该待测距物体的RGB图和深度图；和/或，
S102：从该智能手机的存储设备中读取该待测距物体的RGB图和深度图，其中，从该智能手机的存储设备中读取的图像是以前使用所集成的深度相机拍摄得到的RGB图和深度图，和/或是RGB图和深度图融合后的RGBD图像。
3.根据权利要求1所述的距离测量方法，步骤S200进一步包括：
S201：手指点击屏幕，在图像上的确定一点作为起点，再点击一次，在图像上的确定另一点作为终点；和/或，
S202：手指在手机屏幕上划动，在图像上画一条线段，把该线段的两个端点作为起点和终点；和/或，
S203：点击屏幕，在图像上确定一点作为终点，以该智能手机所集成的深度相机光心为起点。
4.根据权利要求1所述的距离测量方法，步骤S300进一步包括：
S301：获取RGB图和深度图中点的对应关系g(udepth，vdepth)＝(urgb，vrgb)，其中，(urgb，vrgb)是通过公式
求解得到的，该公式中，(udepth，vdepth)为深度图上的任一点，(urgb，vrgb)为RGB图上的与(udepth，vdepth)相对应的点，Argb是RGB摄像头的内参矩阵，通过对所述智能手机的RGB摄像头进行标定得到的，Adepth是深度摄像头的内参矩阵，通过对所述智能手机的深度摄像头进行标定得到的，R是深度摄像头的相机坐标系转换到RGB摄像头的相机坐标系的旋转矩阵，T是深度摄像头的相机坐标系和RGB摄像头的相机坐标系的平移向量；Zrgb是物体相对于RGB相机的深度值，Zdepth是物体相对于深度相机的深度值，Zdepth＝f(lu，v)，lu，v是(udepth，vdepth)的灰度值，f(lu，v)为灰度值与深度值的映射函数，由深度相机提供；
S302：根据上述得到的对应关系g(udepth，vdepth)＝(urgb，vrgb)，采用如下公式得到与RGB图匹配的深度图中的对应点：其中，(u1，v1)为RGB图上任一点的像素坐标，(u1′，v1′)为深度图上对应点的像素坐标。
5.根据权利要求1所述的距离测量方法，步骤S400进一步包括：
S401：对于点(udepth，vdepth)根据下述公式计算出其在深度摄像头的相机坐标系下的X和Y值
其中，θh，θv分别表示深度摄像头的水平视场角和垂直视场角，w和h分别表示深度图像的水平分辨率和垂直分辨率，Zdepth是物体相对于深度相机的深度值，Zdepth＝f(lu，v)，lu，v是(udepth，vdepth)的灰度值，f(lu，v)为灰度值与深度值的映射函数，由深度相机提供，(udepth，vdepth)为深度图上的任一点；
S402：根据上述公式(2)，求出该深度图上的起点(u1，v1)和终点(u2，v2)在深度摄像头的相机坐标系下的坐标值(X1，Y1，Z1)和(X2，Y2，Z2)，根据欧式距离公式求得所述起点到所述终点的距离。
6.一种集成深度相机的智能手机的距离测量装置，包括：
图像获取模块：用于获取待测距物体的RGB图和深度图；
用户交互模块：用于在该智能手机屏幕上显示该RGB图，在该RGB图上确定起点和终点；
图像匹配模块：用于利用RGB图和深度图中点的特定对应关系，对于所述RGB图上的起点和终点，在所述深度图中寻找匹配的对应点；
距离计算模块：用于计算所述对应点在深度摄像头的相机坐标系下的坐标值，进而计算所述起点到所述终点的距离。
7.根据权利要求6所述的距离测量装置，图像获取模块进一步包括：
拍摄获取图像模块：用于打开该智能手机，用所集成的深度相机拍摄所述待测距物体，得到该待测距物体的RGB图和深度图；和/或，
存储设备获取图像模块：用于从该智能手机的存储设备中读取该待测距物体的RGB图和深度图，其中，从该智能手机的存储设备中读取的图像是以前使用所集成的深度相机拍摄得到的RGB图和深度图，和/或是RGB图和深度图融合后的RGBD图像。
8.根据权利要求6所述的距离测量装置，用户交互模块进一步包括：
用于手指点击屏幕，在图像上的确定一点作为起点，再点击一次，在图像上的确定另一点作为终点的装置；和/或，
用于手指在手机屏幕上划动，在图像上画一条线段，把该线段的两个端点作为起点和终点的装置；和/或，
用于点击屏幕，在图像上确定一点作为终点，以该智能手机所集成的深度相机光心为起点的装置。
9.根据权利要求6所述的距离测量装置，图像匹配模块进一步包括：对应关系获取模块：用于获取RGB图和深度图中点的对应关系g(udepth，vdepth)＝(urgb，vrgb)，其中，(urgb，vrgb)是通过公式
求解得到的，该公式中，(udepth，vdepth)为深度图上的任一点，(urgb，vrgb)为RGB图上的与(udepth，vdepth)相对应的点，Argb是RGB摄像头的内参矩阵，通过对所述智能手机的RGB摄像头进行标定得到的，Adepth是深度摄像头的内参矩阵，通过对所述智能手机的深度摄像头进行标定得到的，R是深度摄像头的相机坐标系转换到RGB摄像头的相机坐标系的旋转矩阵，T是深度摄像头的相机坐标系和RGB摄像头的相机坐标系的平移向量；Zrgb是物体相对于RGB相机的深度值，Zdepth是物体相对于深度相机的深度值，Zdepth＝f(lu，v)，lu，v是(udepth，vdepth)的灰度值，f(lu，v)为灰度值与深度值的映射函数，由深度相机提供；
对应点获取模块：用于根据上述得到的对应关系g(udepth，vdepth)＝(urgb，vrgb)，采用如下公式得到与RGB图匹配的深度图中的对应点：
其中，(u1，v1)为RGB图上任一点的像素坐标，(u1′，v1′)为深度图上对应点的像素坐标。
10.根据权利要求6所述的距离测量装置，距离计算模块进一步包括：坐标计算模块：用于对于点(udepth，vdepth)根据下述公式计算出其在深度摄像头的相机坐标系下的X和Y值
其中，θh，θv分别表示深度摄像头的水平视场角和垂直视场角，w和h分别表示深度图像的水平分辨率和垂直分辨率，Zdepth是物体相对于深度相机的深度值，Zdepth＝f(lu，v)，lu，v是(udepth，vdepth)的灰度值，f(lu，v)为灰度值与深度值的映射函数，由深度相机提供，(udepth，vdepth)为深度图上的任一点；
距离测量模块：用于根据上述公式(2)，求出该深度图上的起点(u1，v1)和终点(u2，v2)在深度摄像头的相机坐标系下的坐标值(X1，Y1，Z1)和(X2，Y2，Z2)，根据欧式距离公式求得所述起点到所述终点的距离。
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