CN112383716A - 一种基于智能手机连续自动拍照获取清晰照片的系统和方法 - Google Patents

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牛小骥
葛雯斐
陈锐志
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Abstract

本发明公开了一种连续自动拍照获取清晰照片的系统和方法，利用手机内置惯性传感器和地磁感应传感器获取手机姿态角变化的同时结合惯性传感器的数据信号来判断手机是否晃动，当手机不晃动时，则调用手机自带摄像头可实现自动拍照获取清晰照片。用户可以基于自己预设的时间间隔使用本发明来自动拍照获取清晰照片，该时间间隔可以预设为秒级，此外，该方法还提供了一种长按快门实现单拍获取清晰照片的功能。该方法极大的提高了获取照片的质量，与此同时避免了由于用户频繁点击拍照操作带来的不良用户体验，并且该方法不需要外部设备辅助即可判断手机是否晃动，从而作为获取清晰照片的必要条件，因此，本方法实现简单有效。

Description

一种基于智能手机连续自动拍照获取清晰照片的系统和方法
技术领域
本发明涉及基于智能手机实现自动拍照领域，尤其涉及秒级自动拍照获取清晰照片领域。
背景技术
当前，智能手机集成了大量的内置传感器，比如手机内置惯性传感器，地磁感应传感器和摄像头等。通过手机拍照获取高质量的清晰照片在日常生活中已经成为了人们在各行各业中的普遍需求，在一些特殊应用中，如增强现实技术，图像实时匹配等，以一定的频率自动拍照获取清晰照片是上述相关技术能否成功的关键一环。但是往往在获取照片过程中由于手机持握不稳或者拍照者走动等原因导致拍的照片出现模糊，从而严重影响使用效果。
目前亟待一种基于智能手机连续自动拍照获取清晰照片的系统和方法，使得用户能够在使用时根据预设的时间间隔获得清晰照片，提高用户的使用体验和照片的可用性。
发明内容
发明的目的在于提供一种利用手机内置惯性传感器，地磁感应传感器等数据判断手机是否晃动，若手机不晃动，则按照预设的拍照时间间隔自动拍照获取清晰照片的方法。该方法不需要借助外部设备就可以判断手机是否平稳，从而实现手机自动获取清晰照片，是一种低成本可行的方法。
为了达到以上目的，关键在于判断手机是否在晃动。本发明利用了手机内置惯性传感器，地磁感应传感器等数据判断手机是否晃动，具体实现描述如下：
一种基于智能手机连续自动拍照获取清晰照片的系统，包括如下模块：
信号产生模块，其通过手机内置惯性传感器产生数据信号，同时利用手机内置地磁传感器记录地磁数据信号；
手机姿态角解算模块，利用手机惯性传感器和地磁传感器数据，通过四元数等算法解算手机当前时刻的姿态角；
手机晃动判断模块，其通过阈值法判断手机是否处于晃动，判断手机当前时刻和上一时刻的姿态角变化量与预设姿态角阈值进行比较，判断手机是否出现了晃动；或者，通过当前时刻惯性传感器数据与相应的预设阈值进行比较，判断手机是否处于晃动，若手机晃动，则不拍照，相反，则触发拍照模块；
拍照模块，与所述的手机晃动判断模块相连，通过手机自带摄像头实现拍照；
存储模块，将拍照模块获得照片存储在手机物理内存上。
本发明还提供一种基于智能手机连续自动拍照获取清晰照片的方法，包括如下步骤：
(一)手机相机自动完成对焦；
(二)智能手机内置惯性传感器产生数据信号；
(三)结合手机内置惯性传感器数据通过四元数等算法计算当前时刻姿态角；
(四)对当前时刻和前一时刻姿态角的变化量与预先给定的姿态角阈值进行比较，并且结合当前时刻内置惯性传感器数据输出值与预先给定的阈值进行判断，若两者均小于预先给定的阈值，则说明手机是平稳的，否则手机是晃动的，则退回第(二)步，依次循环，若手机是平稳的，则进入下一步；
(五)若手机是平稳的，用户选择以预先在拍照界面设置的时间间隔进行连续拍照，此时，则触发连续拍照；此外，用户手动长按快门实现单次拍照，此时，则不触发连续拍照；
(六)手机拍照成功后，将照片存储在手机物理内存中；
(七)如果需要停止自动拍照，使用者则需要手动结束拍照。
本发明还提供一种基于智能手机连续自动拍照获取清晰照片的方法，包括如下步骤：
(1)手机相机自动完成对焦；
(2)智能手机内置惯性传感器和地磁感应传感器产生数据信号；
(3)结合手机内置惯性传感器和地磁感应传感器数据通过四元数等算法计算当前时刻姿态角；
(4)对当前时刻和前一时刻姿态角的变化量与预先给定的姿态角阈值进行比较，并且结合当前时刻内置惯性传感器数据输出值与预先给定的阈值进行判断，若两者均小于预先给定的阈值，则说明手机是平稳的，否则手机是晃动的，则退回第(2)步，依次循环，若手机是平稳的，则进入下一步；
(5)若手机是平稳的，用户选择以预先在拍照界面设置的时间间隔进行连续拍照，此时，则触发连续拍照；此外，用户手动长按快门实现单次拍照获取清晰照片，此时，则不触发连续拍照；
(6)手机拍照成功后，将照片存储在手机物理内存中；
(7)如果需要停止自动拍照，使用者则需要手动结束拍照。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果：
与现有技术相比，本发明利用手机惯性传感器和磁场感应传感器来探测手机是否平稳，若监测到手机平稳，则可触发自动连续拍照功能，该发明还提供了两种手机是否晃动的可靠阈值计算方法，此阈值计算方法均简单易操作，除此之外，该发明的一个另外优点是：在监测到手机平稳时，还提供了一种长按相机快门实现单拍从而获取清晰照片的功能。实验结果证明，由该发明得到的照片清晰度很高。
附图说明
图1为本发明的提供的利用手机内置传感器判断手机是否晃动的自动拍照系统结构示意图。
图2为本发明提供的手机姿态角的示意图。
图3为本发明提供的自动拍照软件方法的具体流程图。
图4为本发明提供的自动拍照软件方法的具体流程图。
图5为本发明提供的拍照软件界面示意图。
图6是在手机后置摄像头与桌面平行，利用本发明的拍照系统拍摄的横屏照片。
图7是在手机后置摄像头与桌面平行，利用本发明的拍照系统拍摄的竖屏照片
具体实施方式
以下结合图1-图4，通过详细说明连续自动拍照获取清晰照片系统和方法的具体实施过程，对本发明进行进一步阐述。
手机在晃动时变化最为直观的是手机姿态角(航向角，俯仰角和横滚角)的变化，因此将拍照前后时刻的手机姿态角变化量与提前预设的姿态角阈值进行比较，判断手机是否晃动是直观可行的方法。手机三个姿态角可以利用手机内置惯性传感器，地磁感应传感器通过四元数等算法解算。
但为了更加精准的判断手机晃动的幅度，手机内置惯性传感器数据的实时振幅信号是必须要考虑的一环，惯性传感器属于十分灵敏的手机内置传感器，因此在手机静止和晃动时，该传感器输出的数据信号振幅存在着显著差异，所以，可以通过同时采集在手机晃动和静止时各种拍照模式下的清晰和模糊照片以及对应的惯性传感器数据，然后通过对比数据分析即可获得在不同模式下利用惯性传感数据判断手机是否处于晃动的可靠阈值。
另外，上述阈值亦可通过以下方法实现：即在各种拍照模式下获取大量清晰照片和模糊照片的同时记录下手机惯性传感器数据，首先通过人工判断或者利用监督分类或者非监督分类算法判断照片的清晰度，将照片分成清晰和模糊照片两类后，然后分析对应清晰和模糊照片获取时的惯性传感器数据，最后同样可得到判断手机是否处于晃动的可靠阈值。
手机是否晃动判断方法：
手机当前时刻和上一时刻姿态角(航向角，俯仰角和横滚角)的变化量是否超过了给定的姿态角阈值，如果姿态角变化量超过了给定的阈值，这说明手机在晃动，即航向角，俯仰角和横滚角中任何一个角度超过了设定的阈值，则判断手机在晃动，只有航向角，俯仰角和横滚角都在设定的阈值范围内，才说明手机处于稳定状态；
通过研究手机在静止和晃动下的惯性传感器的波形数据，给出合理的判断手机是否晃动的惯性传感器数据阈值，如果当前时刻惯性传感器数据超出了阈值范围，则说明手机在晃动。以上两种方法可以同时作为手机是否晃动的判断准则。
连续自动拍照具体实施：利用手机内置惯性传感器数据，以及地磁感应传感器数据，通过四元数算法计算手机前后时刻姿态角的变化量，结合惯性传感器数据，分别与给定的阈值比较，判断手机是否处于晃动，若手机不晃动，调用手机摄像头拍照，亦可以实现连拍，拍照周期可按照实际需求给出。
如图1所示，为本发明所提供的连续自动拍照获取清晰照片系统的结构示意图，该系统包括：
信号产生模块，其通过手机内置惯性传感器产生数据信号，同时利用手机内置地磁感应传感器记录地磁数据信号；
手机姿态角解算模块，利用手机惯性传感器和地磁传感器数据，通过四元数等算法即可解算手机当前时刻的姿态角，四元数算法是一种解算姿态角成熟的算法。
手机晃动判断模块，其通过阈值法判断手机是否处于晃动。判断手机当前时刻和上一时刻的姿态角变化量与给定姿态角阈值进行比较，判断手机是否出现了晃动，与此同时，结合当前时刻惯性传感器数据与给定的阈值进行比较，判断手机是否处于晃动，若手机晃动，则不拍照，相反，则触发拍照模块。
拍照模块，其与所述的手机晃动判断模块相连，通过手机自带摄像头实现拍照。
存储模块，其将拍照模块获得照片存储在手机物理内存上。
图2为手机在晃动时，沿着三个轴线的姿态角定义示意图，其中，沿着X如图中所示方向转动称之为俯仰角，沿着Y轴如图中所示方向转动称之为横滚角，在手机所在平面内转动称之为航向角，在三个姿态角的定义下，可以在每个时刻知道手机的姿态。
如图3和4分别为本发明的提供的连续自动拍照获取清晰照片方法的两种具体实现流程图，其中，图3所示方法包含以下具体步骤：
1)手机相机自动完成对焦；
2)智能手机内置惯性传感器产生数据信号；
3)结合手机内置惯性传感器数据通过四元数算法计算当前时刻姿态角；
4)对当前时刻和前一时刻姿态角的变化量与预先给定的姿态角阈值进行比较，并且结合当前时刻内置惯性传感器数据输出值与预先给定的阈值进行判断，若两者均小于预先给定的阈值，则说明手机是平稳的，否则手机是晃动的，则退回第二步，依次循环，若手机是平稳的，则进入下一步；
5)若手机是平稳的，用户可以选择以预先在拍照界面设置的时间间隔进行连续拍照，此时，则触发连续拍照；此外，用户亦可手动长按快门实现单次拍照，此时，则不触发连续拍照；
6)手机拍照成功后，将照片存储在手机物理内存中；
7)如果需要停止自动拍照，使用者则需要手动结束拍照。
图4所示方法的具体步骤如下：
1)手机相机自动完成对焦；
2)智能手机内置惯性传感器和地磁感应传感器产生数据信号；
3)结合手机内置惯性传感器和地磁感应传感器数据通过四元数算法计算当前时刻姿态角，与图3中方法相比，由于本方法结合了地磁数据，该方法解算的姿态角更加精确；
8)对当前时刻和前一时刻姿态角的变化量与预先给定的姿态角阈值进行比较，并且结合当前时刻内置惯性传感器数据输出值与预先给定的阈值进行判断，若两者均小于预先给定的阈值，则说明手机是平稳的，否则手机是晃动的，则退回第二步，依次循环，若手机是平稳的，则进入下一步；
4)若手机是平稳的，用户可以选择以预先在拍照界面设置的时间间隔进行连续拍照，此时，则触发连续拍照；此外，用户亦可手动长按快门实现单次拍照获取清晰照片，此时，则不触发连续拍照；
5)手机拍照成功后，将照片存储在手机物理内存中；
6)如果需要停止自动拍照，使用者则需要手动结束拍照。
图5(a)为本发明的软件拍照界面情况，其中“拍照周期”为Android studio开发平台自带的TextView控件，在此，用户可以根据实际需求设置连续拍照的周期，“自动拍照”为Button控件，该按钮可以实现单击和长按响应事件，即使用者单击该控件将触发自动连续拍照，并且此时该按钮界面内容将自动置为“停止拍照”，此时软件界面如图5(b)所示，若使用者长按此按钮，可实现单拍功能，若要停止拍照，则点击“停止拍照”，此刻，该按钮内容则自动置为“自动拍照”，自动连续拍照功能将结束，此时界面则如如图5(a)所示。这种界面布局设计目的是可以避免拍照界面出现过多的控件导致界面比较杂乱的布局。
图6是在手机后置摄像头与桌面平行，手机横屏时，根据本专利研发的拍照系统探测到手机平稳情况下自动拍照所得图片。图7是在手机后置摄像头与桌面平行，手机竖屏时，根据本专利研发的拍照系统探测到手机平稳情况下自动拍照所得图片。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种基于智能手机连续自动拍照获取清晰照片的系统，其特征在于，包括如下模块：
信号产生模块，其通过手机内置惯性传感器产生数据信号，同时利用手机内置地磁传感器记录地磁数据信号；
手机姿态角解算模块，利用手机惯性传感器和地磁传感器数据，通过四元数算法解算手机当前时刻的姿态角；
手机晃动判断模块，其通过阈值法判断手机是否处于晃动，判断手机当前时刻和上一时刻的姿态角变化量与给定姿态角阈值进行比较，判断手机是否出现了晃动；或者，通过当前时刻惯性传感器数据与给定的阈值进行比较，判断手机是否处于晃动，若手机晃动，则不拍照，相反，则触发拍照模块；
拍照模块，与所述的手机晃动判断模块相连，通过手机自带摄像头实现拍照；
存储模块，将拍照模块获得照片存储在手机物理内存上。
2.如权利要求1所述的一种基于智能手机连续自动拍照获取清晰照片的系统，其特征在于：所述姿态角包括航向角，俯仰角和横滚角。
3.一种基于智能手机连续自动拍照获取清晰照片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(一)手机相机自动完成对焦；
(二)智能手机内置惯性传感器产生数据信号；
(三)结合手机内置惯性传感器数据通过四元数算法计算当前时刻姿态角；
(四)对当前时刻和前一时刻姿态角的变化量与预先给定的姿态角阈值进行比较，并且结合当前时刻内置惯性传感器数据输出值与预先给定的阈值进行判断，若两者均小于预先给定的阈值，则说明手机是平稳的，否则手机是晃动的，则退回第二步，依次循环，若手机是平稳的，则进入下一步；
(五)若手机是平稳的，用户选择以预先在拍照界面设置的时间间隔进行连续拍照，此时，则触发连续拍照；此外，用户手动长按快门实现单次拍照，此时，则不触发连续拍照；
(六)手机拍照成功后，将照片存储在手机物理内存中；
(七)如果需要停止自动拍照，使用者则需要手动结束拍照。
4.一种基于智能手机连续自动拍照获取清晰照片的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)手机相机自动完成对焦；
(2)智能手机内置惯性传感器和地磁感应传感器产生数据信号；
(3)结合手机内置惯性传感器和地磁感应传感器数据通过四元数算法计算当前时刻姿态角；
(4)对当前时刻和前一时刻姿态角的变化量与预先给定的姿态角阈值进行比较，并且结合当前时刻内置惯性传感器数据输出值与预先给定的阈值进行判断，若两者均小于预先给定的阈值，则说明手机是平稳的，否则手机是晃动的，则退回第二步，依次循环，若手机是平稳的，则进入下一步；
(5)若手机是平稳的，用户选择以预先在拍照界面设置的时间间隔进行连续拍照，此时，则触发连续拍照；此外，用户手动长按快门实现单次拍照获取清晰照片，此时，则不触发连续拍照；
(6)手机拍照成功后，将照片存储在手机物理内存中；
(7)如果需要停止自动拍照，使用者则需要手动结束拍照。
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