CN110567368A - 一种基于深度相机的房屋尺寸测量装置及方法 - Google Patents

一种基于深度相机的房屋尺寸测量装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于深度相机的房屋尺寸测量装置，包括：可旋动拉伸的深度相机支架，具有高度及姿态调节功能；计算机，采用基于RANSAC方法从所述深度信息中提取平面，运用平面方程参数计算出对应的坐标和角度信息；深度输入模块，安装设在所述可旋动拉伸的深度相机支架上，用于实时获取深度信息传输到计算机；显示屏，与所述计算机信号连接，用于显示墙体和房屋尺寸信息以及人机交互。本发明还公开了种基于深度相机的房屋尺寸测量方法。本发明克服现有技术的不足，提供一种基于深度相机的房屋尺寸的测量装置和方法，具有操作简单、省时省力、安全性高，可以有效的提高测量精度和速度。

Description

一种基于深度相机的房屋尺寸测量装置及方法
技术领域
本发明涉及计算机视觉技术领域，具体涉及一种基于深度相机的房屋室内尺寸测量技术。主要应用于房屋尺寸的快速测量。
背景技术
目前，国内外普遍使用的房屋尺寸测量方法都是传统的接触式测量方法，即利用普通测量尺来测量。住房问题一直是国家发展战略的重大问题，但是当前的房屋测量机构还存在很多普遍问题：首当其冲的是测量人员专业素质问题，很多未经专业培训的人员工作在第一线，这必然导致测量结果的公信力下降；还有房屋测量机构鱼龙混杂，技术水平有高有低，造成测量成果的结论无法让人满意。，目前现有的验收过程中的房屋测量方法存在部分测量部位难以抵达、测量人员安全系数低危险性高、验收测量效率低、数据精准度低、对业主和施工单位的利益有所影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于深度相机的房屋尺寸的测量装置，该测量装置操作简单，省时省力，安全性高，可以有效的提高测量精度和速度。本发明另一目的在于提供一种基于深度相机的房屋尺寸的测量方法。
本发明的目的至少通过以下技术方案之一来实现：
一种基于深度相机的房屋尺寸的测量装置，包括：
可旋动拉伸的深度相机支架；
计算机，采用基于RANSAC方法从所述深度信息中提取平面，运用平面方程参数计算出对应的坐标和角度信息；
深度输入模块，安装设在所述可旋动拉伸的深度相机支架上，用于实时获取深度信息传输到计算机；
显示屏，与所述计算机信号连接，用于显示墙体和房屋尺寸信息以及人机交互。
进一步地，所述可旋动拉伸的深度相机支架包括：
三角支架；
第一连接件，用于将深度输入模块与控制偏航的旋钮连接起来；
第二连接件，用于将深度输入模块与控制俯仰的旋钮连接起来；
相机支架，用于将深度输入模块与所述三角支架连接起来。
进一步地，所述的深度输入模块包括：
深度相机保护壳；
深度相机保护盖，可开合地活动设在所述深度相机保护壳一端；
深度相机，安装设置在所述深度相机保护壳内，用于实时获取深度信息传输到计算机；
进一步地，所述深度相机模块包括深度相机或双目相机。
一种基于深度相机的高精度房屋尺寸的测量方法，包括步骤：
(1)把测量装置放置在房间中空旷的位置，调节拉伸所述可旋动拉伸的深度相机支架的高度防止杂物影响视野，并在显示屏界面中选择要测量多少组墙体；
(2)深度输入模块中的深度相机获取视野中的深度信息，并将其传输到计算机中；
(3)所述计算机获取所述深度信息，开始基于RANSAC方法提取最大的平面，若成功拟合出平面就返回其平面方程参数；
(4)提取平面方程的参数，并计算在相机坐标系下的位置和角度信息：ax+by+cz+d＝0；其中平面方程参数为a、b、c、d，其法线距离为其角度信息为θmn＝arctan(c/a)，1≤m≤3，1≤n≤2，m、n为正整数；
(5)在显示屏上显示其墙体的深度图，再结合基于vs的QT编写的界面进行人机交互，进入下一个墙体的测量，返回步骤(2)，直到测量完所需墙体；
(6)将全部已测量的墙体数据进行计算并在界面中可视化显示；保存房屋尺寸信息到本地。
进一步地，所述步骤(4)中，计算出的角度信息为θmn用于判断是否与相机坐标系xy面的夹角超阈值，若夹角超阈值，则提示警告有可能识别错误墙面。
进一步地，所述步骤(6)中，所述将全部已测量的墙体数据进行计算包括计算墙体长度数据、面积数据、体积数据。
进一步地，所述长度数据的计算式为：li＝hm1+hm2，所述面积数据的计算式为：Si＝li1×li2，所述体积数据的计算式为：Vi＝S1×S2×S3。
进一步地，进入下一个墙体的测量时，通过旋转第一连接件2和第二连接件切换识别墙体。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和技术效果：
1.本发明的装置不需要多台深度相机，并且深度相机不需要标定，可直接将手头上的深度相机进行。
2.只测量尺寸，不需要进行三维重建等复杂的算法系统，使得时间速度快。
3.本发明安装方便快捷，整体结构较小，可以使用在大多数情况下，易于推广应用。
4.本发明不需要准确地与墙体平行，即使与墙体成很大的角度也可。
附图说明
图1是根据本实施例的一种基于深度相机的房屋尺寸测量装置的结构立体示意图。
图2是根据本实施例的一种基于深度相机的房屋尺寸测量装置的结构正面示意图。
图3是根据本发明实施例的一种基于深度相机的房屋尺寸测量的流程示意图。
图4一种基于深度相机的房屋尺寸测量装置的示意图。
其中，1-三角支架、2-第一连接件、3-深度相机保护壳、4-深度相机保护盖、5-第二连接件、6-相机支架、7-显示屏、8-显示屏及电脑安装铝框、9-计算机。
具体实施方式
为更好地理解本装置，下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步说明。
参见图1和图2，本实例给出一种基于深度相机的房屋尺寸测量装置，包括连接的可旋动拉伸的深度相机支架、深度输入模块，计算机9、显示屏7。所述深度输入模块负责深度信息的获取，与计算机相连；所述显示屏7负责人机交互和显示结果，也与所述计算机9相连；可旋动拉伸的支架负责改变深度相机位置，并且负责通过显示屏及电脑安装铝框8固定计算机9和显示屏7的位置。
所述可旋动拉伸的深度相机支架包括：三角支架1；第一连接件2，用于将深度输入模块与控制偏航的旋钮连接起来；第二连接件5，用于将深度输入模块与控制俯仰的旋钮连接起来；相机支架6，用于将深度输入模块与所述三角支架1连接起来。
所述的深度输入模块包括：深度相机保护壳3；深度相机保护盖4，可开合地活动设在所述深度相机保护壳3一端；深度相机，安装设置在所述深度相机保护壳3内，用于实时获取深度信息传输到计算机；
本实施例给出的深度输入模块支持实时深度信息输入，可将深度数据传输到计算机。其中实时深度信息输入装置主要为深度相机。
本实施例给出的计算机核心算法为基于RANSAC方法的提取平面，用于返回视野中最大的平面并且计算出其平面方程。其他算法包括：运用平面方程参数计算出对应的坐标和角度信息，数据管理算法；
本实施例给出的可旋动拉伸的深度相机支架用于通过拉伸，确定下深度输入模块的初始位置，再通过旋转，达到获取每一个墙体视野的功能；固定计算机9和显示屏7位置，使得提高便携性和安全性。
图3是本发明实施例的一种基于深度相机的房屋尺寸测量方法的流程示意图，包括以下子步骤：
在步骤301中，把装置放置在房间中稍空旷的位置，调节拉伸高度稍高，这样可以防止过多的家具、杂物等等影响视野。
在步骤302中，在显示屏中进行人机交互，开启程序。程序一开始首先需要选择要测量多少组墙体，最少选择一组，最多选择三组墙体。选定后，进入步骤303。
在步骤303中，程序开始，深度输入模块中的深度相机会获取视野中的深度信息，并将其传输到计算机模块中。
在步骤304中，计算机获取到深度输入模块中的深度信息，开始进行基于RANSAC方法的提取最大的平面，若成功拟合出平面就返回其平面方程参数。若未能在视野中找出平面，则进入步骤304-1，在显示屏中发出寻找墙体失败的提示，并返回步骤303重新获取深度信息。
假设在步骤304中成功提取平面，并已返回其平面方程参数，则进入步骤305，获取其平面方程参数。
在步骤305中，将步骤304拟合的平面方程提取出参数，并计算在相机坐标系下的位置和角度信息。
具体的，平面方程是以相机位置为零点建立的相机坐标系的方程：
a×x+b×y+c×z+d＝0；其中平面方程参数为a、b、c、d。如图4所示，在这步骤中可求得该平面到相机坐标系零点的法线距离为：假设第m组墙体的第n面墙体计算出的结果为hmn，1≤m≤3，1≤n≤2，m、n为正整数；计算平面方程映射在坐标系中xz面的的角度信息，θmn＝arctan(c/a)，用于判断是否与相机坐标系xy面的夹角超阈值，若夹角超阈值，提示警告有可能识别错误墙面。
在步骤307中，运用pcl点云库，将深度信息转化为点云图，再运用pcl点云库中的可视化函数进行可视化到显示屏上显示。再结合基于vs的QT编写的界面进行人机交互。
进入步骤308，判断人机交互结果是否继续量取墙体信息。若需要继续量取墙体，则重复步骤302；若不需要继续量取，则进入步骤309。
在步骤309中，将已测量的墙体数据进行计算并在界面中可视化显示。
具体的，在人机交互界面显示m组墙体的长度，即m组对立的两面墙体形成的长度尺寸数据。若m＝1，则不需要显示面积和体积尺寸数据；若m＝2，则显示两组墙体所对应的一个面积尺寸数据，不显示体积尺寸数据。若m＝3，则显示三组墙体中各对应两组的三个面积尺寸数据，显示三组墙体对应的体积尺寸数据。其中，长度尺寸数据为li＝hm1+hm2，面积尺寸数据为Si＝li1×li2，体积尺寸数据为Vi＝S1×S2×S3。
在步骤310中，将步骤309中计算的的尺寸数据保存在本地文件，并退出程序。
详细而言，针对三组前面而言，其测量过程中：
利用深度相机拍摄场景的深度图像，首先获取房屋中的第一块墙面的深度信息；
通过旋转深度相机支架的第一连接件2或第二连接件5，转向约180°后，对准对立的第二块墙面，利用深度相机拍摄获取对应的深度图像；
继续旋转深度相机支架的第一连接件2或第二连接件5，依次拍摄下剩下的两组对立墙面，用于计算房屋尺寸。
若不需要全部尺寸信息，可只拍摄下需求尺寸中的墙体即可。
根据获取的每块墙面的深度信息，提取出对应墙面的几何信息，所述几何信息包括墙面相对相机坐标的平面方程，和其位置数据。
具体地，根据任意一组对立墙面相对相机坐标的的几何信息，可计算出两个墙体在同一相机坐标下的几何信息。
具体地，根据两个墙体在同一相机坐标下的几何信息，计算出世界坐标下两个墙体之间的尺寸长度和角度信息。
具体地，根据任意两组墙体计算出的尺寸长度信息，可以计算出世界坐标下的对应两组墙体所围成的面积信息。
具体地，根据全部三组墙体计算出的尺寸长度信息，可以计算出世界坐标下的对应整体房间中的面积信息。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于深度相机的房屋尺寸的测量装置，其特征在于，包括：
可旋动拉伸的深度相机支架，具有高度及姿态调节功能；
计算机，采用基于RANSAC方法从所述深度信息中提取平面，运用平面方程参数计算出对应的坐标和角度信息；
深度输入模块，安装设在所述可旋动拉伸的深度相机支架上，用于实时获取深度信息传输到计算机；
显示屏，与所述计算机信号连接，用于显示墙体和房屋尺寸信息以及人机交互。
2.根据权利要求1所述的基于深度相机的房屋尺寸的测量装置，其特征在于，所述可旋动拉伸的深度相机支架包括：
三角支架；
第一连接件，用于将深度输入模块与控制偏航的旋钮连接起来；
第二连接件，用于将深度输入模块与控制俯仰的旋钮连接起来；
相机支架，用于将深度输入模块与所述三角支架连接起来。
3.根据权利要求1所述的基于深度相机的房屋尺寸的测量装置，其特征在于，所述的深度输入模块包括：
深度相机保护壳；
深度相机保护盖，可开合地活动设在所述深度相机保护壳一端；
深度相机，安装设置在所述深度相机保护壳内，用于实时获取深度信息传输到计算机。
4.根据权利要求书1所述的一种基于深度相机的房屋尺寸的测量装置，其特征在于：所述深度相机模块包括深度相机或双目相机。
5.一种基于深度相机的高精度房屋尺寸的测量方法，其特征在于：以下步骤：
(1)把测量装置放置在房间中空旷的位置，调节拉伸所述可旋动拉伸的深度相机支架的高度防止杂物影响视野，并在显示屏界面中选择要测量多少组墙体；
(2)深度输入模块中的深度相机获取视野中的深度信息，并将其传输到计算机中；
(3)所述计算机获取所述深度信息，开始基于RANSAC方法提取最大的平面，若成功拟合出平面就返回其平面方程参数；
(4)提取平面方程的参数，并计算在相机坐标系下的位置和角度信息：ax+by+cz+d＝0；其中平面方程参数为a、b、c、d，其法线距离为其角度信息为θmn＝arctan(c/a)，1≤m≤3，1≤n≤2，m、n为正整数；
(5)在显示屏上显示其墙体的深度图，再结合基于vs的QT编写的界面进行人机交互，进入下一个墙体的测量，返回步骤(2)，直到测量完所需墙体；
(6)将全部已测量的墙体数据进行计算并在界面中可视化显示；保存房屋尺寸信息到本地。
6.根据权利要求书5所述的一种基于深度相机的高精度房屋尺寸的测量方法，其特征在于：所述步骤(4)中，计算出的角度信息为θmn用于判断是否与相机坐标系xy面的夹角超阈值，若夹角超阈值，则提示警告有可能识别错误墙面。
7.根据权利要求书5所述的一种基于深度相机的高精度房屋尺寸的测量方法，其特征在于：所述步骤(6)中，所述将全部已测量的墙体数据进行计算包括计算墙体长度数据、面积数据、体积数据。
8.根据权利要求书7所述的一种基于深度相机的高精度房屋尺寸的测量方法，其特征在于：所述长度数据的计算式为：li＝hm1+hm2，所述面积数据的计算式为：Si＝li1×li2，所述体积数据的计算式为：Vi＝S1×S2×S3。
9.根据权利要求书5所述的一种基于深度相机的高精度房屋尺寸的测量方法，其特征在于：进入下一个墙体的测量时，通过旋转第一连接件和第二连接件切换识别墙体。
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