TWI525305B - 智慧行動裝置影像測距系統及方法 - Google Patents

Description

智慧行動裝置影像測距系統及方法

本發明係有關一種智慧行動裝置影像測距系統及方法，尤指一種可達到方便隨身攜帶量測待測物高度的測距技術。

隨著科技進步與電子產業的迅速蓬勃發展之下，使得平板電腦與智慧型手機的價格來到極為合理的價位，所以得以大量普及而幾乎是人手一機的盛況。尤其是，智慧型手機除了具備通話與收發簡訊等基本工作處理功能之外，智慧型行動電話又可提供各式遊戲或是各式的工具應用等諸多的功能，因而使得智慧型手機儼然如同縮小版的電腦一般。再者，市售平板電腦與智慧型手機除了內建有作為運算核心的中央處理晶片之外，並且內建有相機模組、GPS定位模組、觸控顯示幕、三軸加速度計以及陀螺儀等零組件，於是，平板電腦與智慧型手機可輕地執行拍照、導航定位、遊戲以及工具應用等不同的功能。

再者，測距工具(如直尺、捲尺或是測距輪)雖然具備測距與尺寸丈量的功能，惟，上述測距工具並非為隨身攜帶用品，故而當有測距需求時，常常會因為未攜帶測距工具而無法進行測距的工作，因而造成使用攜帶上的不便與困擾；此外，於人員無法踩踏站立的區域(如河面、邊坡以及淤泥等區域)是無法使用上述測距工具來實現尺寸丈量或測距之目的， 因而造成尺寸丈量以及測距上的不便與困擾。另外，亦有一些測距應用程式可供平板電腦與智慧型手機安裝下載，雖然可隨著平板電腦與智慧型手機的隨身攜行，而達到方便攜行測距之功效；惟，該測距應用程式僅能於平板電腦與智慧型手機之觸控顯示幕模擬直尺的量測畫面，於測距應用時，必須將平板電腦與智慧型手機貼近待測物件邊緣，再以目視方式得到待測物件的尺寸或距離，當待測物件體積較大；或是人員無法踩踏站立的區域時，同樣無法使用該測距應用程式來達到測距與尺寸丈量之目的，因而造成尺寸丈量以及測距上的不便與困擾，因此，如何開發出一套方便隨身攜帶且不受地形影響的測距技術實已成為相關技術領域業者所急欲克服的重要課題。

緣是，基於上述習知技術確實未臻完善，仍有再改善的必要性，故本創作人等乃經不斷的努力研發之下，終於研發出一套有別於上述習知技術且具備功效增進的本發明。

本發明第一目的在於提供一種智慧行動裝置影像測距系統及方法，主要是藉由影像尺寸辨識來獲得已知長度，並配合已知長度與三角量測以推算出待測物高度，因而具備方便隨身攜帶而可隨時隨地進行高度的量測。達成本發明第一目的之技術手段，係於資料庫儲存不同尺寸物件的基準影像，且每一基準影像設定有一高度值；將物件置於平面上，以影像擷取模組擷取物件影像為比對影像，並定義拍攝位置與物件之間具有一基準線；以拍攝位置為轉點轉動影像擷取模組朝向待測物底點，使角度量測模組量測出基準線與待測物底點之間的第一夾角；轉動影像擷取模組 自待測物底點朝向待測物頂點，使角度量測模組量測出待測物底點至待測物頂點之間的第二夾角；以訊號處理模組於資料庫搜尋與比對影像尺寸符合的基準影像而求得基準線的高度值，並由基準線高度值及第一夾角的三角函數值求得基準線與待測物之間的距離，再由基準線與待測物的距離及第一、第二夾角的三角函數值求得物件的高度值。

本發明第二目的在於提供一種可以更為方便地固定智慧行動裝置以精確測得轉動角度的影像測距系統及方法。達成本發明第二目的之技術手段，係於資料庫儲存不同尺寸物件的基準影像，且每一基準影像設定有一高度值；將物件置於平面上，以影像擷取模組擷取物件影像為比對影像，並定義拍攝位置與物件之間具有一基準線；以拍攝位置為轉點轉動影像擷取模組朝向待測物底點，使角度量測模組量測出基準線與待測物底點之間的第一夾角；轉動影像擷取模組自待測物底點朝向待測物頂點，使角度量測模組量測出待測物底點至待測物頂點之間的第二夾角；以訊號處理模組於資料庫搜尋與比對影像尺寸符合的基準影像而求得基準線的高度值，並由基準線高度值及第一夾角的三角函數值求得基準線與待測物之間的距離，再由基準線與待測物的距離及第一、第二夾角的三角函數值求得物件的高度值。其中，更包含一固定裝置，該固定裝置包含一固定部、一可撓式管件及一結合部，該可撓式管件一端可轉動的樞接該結合部，其另端與該固定部連結，該固定部可供固定在一使用者身上，該結合部可供該智慧行動裝置定位其上。

10‧‧‧智慧行動裝置

11‧‧‧影像擷取模組

12‧‧‧資料庫

13‧‧‧角度量測模組

130‧‧‧觸控顯示幕

131‧‧‧角度設定界面

132‧‧‧對準線

133‧‧‧對準線

134‧‧‧確認鍵

14‧‧‧訊號處理模組

15‧‧‧供電模組

20‧‧‧物件

30‧‧‧待測物

40‧‧‧固定裝置

41‧‧‧固定部

42‧‧‧可撓式管件

43‧‧‧結合部

H1‧‧‧基準線

a1‧‧‧第一直角三角形

a2‧‧‧第二直角三角形

a3‧‧‧第三直角三角形

圖1係本發明擷取物件影像的實施示意圖。

圖2係本發明基準物件尺寸對應長度的示意圖。

圖3係本發明一種應用量測的實施示意圖。

圖4係本發明另一種應用量測的實施示意圖。

圖5係本發明固定裝置的實施示意圖。

圖6係本發明功能方塊控制的實施示意圖。

為讓 貴審查委員能進一步瞭解本發明整體的技術特徵與達成本發明目的之技術手段，玆以具體實施例並配合圖式加以詳細說明：請配合參看圖1~6所示，為達成本發明第一目的之具體實施例，係於智慧行動裝置10(如智慧型手機以及平板電腦)設置包括一影像擷取模組11(即相機模組)、一資料庫12、一角度量測模組13(如觸控顯示幕與角度量測應用程式的組合)及一訊號處理模組14(如中央處理單元內建之應用程式APP)。即於智慧行動裝置10安裝有測距應用程式(測距APP)。測距應用程式建立有基準高度設定模組、待測物底點設定模組及待測物頂點設定模組。基準高度設定模組用以設定影像擷取模組11所在位置之基準線的高度值，其建立有一資料庫12。於資料庫12儲存有複數不同影像尺寸物件20的基準影像，此物件20為常見方便攜帶的錢幣、紙鈔或是信用卡等，且設定每一基準影像對應有一高度值。啟動APP後，會先啟動基準高度設定模組，於觸控螢幕上顯示出各式對應有基準影像之物件20(錢幣、紙鈔或是信用卡)之選項，使用者若有其中一種物件20，則於觸控螢幕上選擇該物件20，使觸控螢幕上顯示出與該物件20相對應的框線，並將實體物件20置於 一平面上(該平面基本上是與待測物底點同一水平高度，即位於同一水平面上)，再以影像擷取模組11擷取物件20影像，並移動智慧行動裝置10使觸控螢幕上的框線恰框圍物件20周邊，再按觸控螢幕上的確認指令，即可取得智慧行動裝置10位在基準線H1上的基準高度。再將智慧行動裝置10固定於該基準高度位置，並以拍攝位置為轉點轉動智慧行動裝置10連同影像擷取模組11朝向一待測物30之底點，觸控螢幕上會顯示有一對準點或對準線，當對準點或對準線與待測物30底點對齊時，按下確定指令，即可使角度量測模組13量測出基準線H1與待測物30底點之間的第一夾角θ 1。繼續轉動智慧行動裝置10連同影像擷取模組11自待測物30底點朝向待測物30之頂點，觸控螢幕上會顯示有另一對準點或對準線，當對準點或對準線與待測物30頂點對齊時，即可使角度量測模組13量測出待測物30底點至待測物30頂點之間的第二夾角θ 2；此時，訊號處理模組14可根據已知的第一角度θ 1及基準線H1的高度值，依據三角函數及數學幾何公式而求得基準線H1與待測物30之間的距離L，再由已知之基準線H1與待測物30的距離及第一夾角θ 1與該第二夾角θ 2的三角函數及數學幾何公式求得待測物30的高度值H2。

於一種具體的實施例中，當使用者欲量測待測物30之高度時，首先於智慧行動裝置10之資料庫12儲存設定有複數不同影像尺寸之物件20的基準影像，亦即，預先於不同距離的條件下依序拍攝物件20的基準影像後儲存於資料庫12中，如圖3所示係依據不同距離來定義每一基準影像的高度值。接著，固定智慧行動裝置10的高度位置，以影像擷取模組11擷取物件20之影像為比對影像，並定義影像擷取模組11之拍攝位置與物件20之間具有一呈鉛垂延伸的基準線H1的基準高度值。具體來說，訊號處理模組14 啟動時，智慧行動裝置10之觸控顯示幕則會顯示一拍照操作界面，使用者便可透過拍照操作界面的操控而對物件20進行影像擷取，以自行建立該基準影像及對應的該基準高度值。此外，當該訊號處理模組14啟動角度量測模組13時，則於該智慧行動裝置10之觸控顯示幕顯示一角度設定界面，該角度設定界面可以配合智慧行動裝置10內建之陀螺儀來感測角度。進一步言之，角度設定界面131包含一用以對準待測物30底點的對準線132、一用以對準待測物30頂點的對準線133及確認鍵134(用以產生確認指令)。當該對準線132對準該待測物30底點時，該角度設定界面131顯示該角度值，當按下確認鍵134時，則可量測出該第一夾角θ 1。當該對準線133對準該待測物30頂點時，該角度設定界面131顯示該角度值，當按下確認鍵134時，則可量測出該第一夾角θ 2。此外，訊號處理模組14對比對影像做影像處理時，係將基準影像與比對影像由RGB格式轉換至YIQ平面，再使用YIQ平面的I值，取閥值除去該物件20以外的大部份影像；亦即，YIQ平面係以灰階圖二值化的方式處理，接著，依據比對影像之尺寸而於資料庫12進行搜尋，當搜尋出與比對影像尺寸符合的基準影像時，則讀取基準影像所對應的高度值。

請參圖3所示的實施例中，第一夾角θ 1與第二夾角θ 2的合計角度係小於90度，令基準線H1至待測物30的距離為L，待測物30高度為H2，拍攝位置至待測物30頂點之距離為H3(即H3=H1-H2)。圖3所示包括有一第一直角三角形a1，及一第二直角三角形a2；若欲量測待測物30高度H2時，拍攝位置至物件20的距離H1(即基準線H1長度)可由比對影影像與基準影像之比對得知，並由角度量測模組13量測出基準線H1與待測物30底點之間的角度得知第一夾角θ 1；接著，再由已知基準線H1長度H1以及tan θ 1求得第 一直角三角形a1的對邊長度L；亦即代入公式tan θ 1=L/H1；接著，由角度量測模組13量測出待測物30底點與待測物30頂點之間的角度得知第二夾角θ 2；緊接著，由已知第一直角三角形a1的對邊長度L以及tan θ 1+θ 2計算出第二直角三角形a2的鄰邊長度H3(即拍攝位置至待測物30頂點之距離)；亦即，tan θ 1+θ 2=L/H1-H2，由於tan θ 1+θ 2、L、H1為已知，故可求出待測物30之高度H2。

請參圖4所示的實施例中，第一夾角θ 1與第二夾角θ 2的合計角度係大於90度，令基準線H1至待測物30的距離為L，待測物30高度為H2，若欲量測待測物30高度H2時，如圖4所示之第三直角三角形a3之第三夾角為θ 3=θ 1+θ 2-90，由已知基準線H1以及tan θ 1而求得第一直角三角形a1的對邊長度L；亦即代入公式tan θ 1=L/H1；接著，由角度量測模組13量測出待測物30底點至待測物30頂點之間的角度得知第二夾角θ 2，再求得第三夾角θ 3(θ 3=θ 1+θ 2-90)；接著，由已知第三直角三角形a3的對邊長度L以及tan θ 3計算出待測物30之高度H2；亦即代入公式tan θ 3=H2-H1/L，由於L、H1及tan θ 3為已知，故可求出待測物30之高度H2。

請配合參看圖1~6所示，為達成本發明第二目的之具體實施例，係於智慧行動裝置10(如智慧型手機以及平板電腦)設置包括一影像擷取模組11(即相機模組)、一資料庫12、一角度量測模組13(如觸控顯示幕與角度量測應用程式的組合)及一訊號處理模組14(如中央處理單元內建之應用程式APP)。即於智慧行動裝置10安裝有測距應用程式(測距APP)。測距應用程式建立有基準高度設定模組、待測物底點設定模組及待測物頂 點設定模組。基準高度設定模組用以設定影像擷取模組11所在位置之基準線的高度值，其建立有一資料庫12。於資料庫12儲存有複數不同影像尺寸物件20的基準影像，此物件20為常見方便攜帶的錢幣、紙鈔或是信用卡等，且設定每一基準影像對應有一高度值。啟動APP後，會先啟動基準高度設定模組，於觸控螢幕上顯示出各式對應有基準影像之物件20(錢幣、紙鈔或是信用卡)之選項，使用者若有其中一種物件20，則於觸控螢幕上選擇該物件20，使觸控螢幕上顯示出與該物件20相對應的框線，並將實體物件20置於一平面上(該平面基本上是與待測物底點同一水平高度，即位於同一水平面上)，再以影像擷取模組11擷取物件20影像，並移動智慧行動裝置10使觸控螢幕上的框線恰框圍物件20周邊，再按觸控螢幕上的確認指令，即可取得智慧行動裝置10位在基準線H1上的基準高度。再將智慧行動裝置10固定於該基準高度位置，並以拍攝位置為轉點轉動智慧行動裝置10連同影像擷取模組11朝向一待測物30之底點，觸控螢幕上會顯示有一對準點或對準線，當對準點或對準線與待測物30底點對齊時，按下確定指令，即可使角度量測模組13量測出基準線H1與待測物30底點之間的第一夾角θ 1。繼續轉動智慧行動裝置10連同影像擷取模組11自待測物30底點朝向待測物30之頂點，觸控螢幕上會顯示有另一對準點或對準線，當對準點或對準線與待測物30頂點對齊時，即可使角度量測模組13量測出待測物30底點至待測物30頂點之間的第二夾角θ 2；此時，訊號處理模組14可根據已知的第一角度θ 1及基準線H1的高度值，依據三角函數及數學幾何公式而求得基準線H1與待測物30之間的距離L，再由已知之基準線H1與待測物30的距離及第一夾角θ 1與該第二夾角θ 2的三角函數及數學幾何公式 求得待測物30的高度值H2。其中，更包含一固定裝置，該固定裝置40包含一固定部41、一可撓式管件42及一結合部43，該可撓式管件42一端可轉動的樞接該結合部42，其另端與該固定部41連結，該固定部41(即可以夾持在使用者皮帶上的夾片)可供固定在使用者身上，該結合部43(即包覆殼)可供智慧行動裝置10定位其上。

因此，藉由上述具體實施例的說明，本發明確實具有下列特點：

1.本發明可藉由影像尺寸之辨識來獲得已知長度，並配合已知長度與三角量測以推算出待測物高度，因而具備方便隨身攜帶而可隨時隨地進行高度的量測。

2.本發明可以更為方便地固定智慧行動裝置，以精確測得轉動角度，而提升高度量測的精度。

以上所述，僅為本發明之可行實施例，並非用以限定本發明之專利範圍，凡舉依據下列請求項所述之內容、特徵以及其精神而為之其他變化的等效實施，皆應包含於本發明之專利範圍內。本發明所具體界定於請求項之結構特徵，未見於同類物品，且具實用性與進步性，已符合發明專利要件，爰依法具文提出申請，謹請 鈞局依法核予專利，以維護本申請人合法之權益。

10‧‧‧智慧行動裝置

11‧‧‧影像擷取模組

12‧‧‧資料庫

13‧‧‧角度量測模組

130‧‧‧觸控顯示幕

131‧‧‧角度設定界面

132‧‧‧第一指向線

133‧‧‧第二指向線

134‧‧‧確認鍵

14‧‧‧訊號處理模組

15‧‧‧供電模組

20‧‧‧物件

30‧‧‧待測物

40‧‧‧固定裝置

41‧‧‧固定部

42‧‧‧可撓式管件

43‧‧‧結合部

H1‧‧‧基準線

a1‧‧‧第一直角三角形

a2‧‧‧第二直角三角形

a3‧‧‧第三直角三角形

Claims (9)

1. 一種智慧行動裝置影像測距方法，其包括：提供一智慧行動裝置，該智慧行動裝置包括一影像擷取模組、一觸控螢幕、一角度量測模組、一訊號處理模組及一固定裝置，該固定裝置包含一夾合件、一可撓式管件及一結合部，該可撓式管件一端可轉動的樞接該結合部，其另端與該固定部連結，該夾合件可供固定在一使用者身上，該結合部可供該智慧行動裝置定位其上；於該智慧行動裝置安裝有一測距應用程式；該測距應用程式建立有一基準高度設定模組、一待測物底點設定模組及一待測物頂點設定模組；該基準高度設定模組用以設定影像擷取模組所在位置之一基準線的高度值，並建立有一資料庫；於該資料庫儲存有至少一物件的基準影像，且設定該基準影像對應的一高度值；啟動該測距應用程式，先啟動該基準高度設定模組，使該觸控螢幕上顯示出與該物件相對應的一框線，並將該物件置於一平面上，再以該影像擷取模組擷取該物件影像，並移動該智慧行動裝置使該觸控螢幕上的該框線恰框圍該物件的周邊，再按該觸控螢幕上的一確認指令，以取得該智慧行動裝置位在該基準線上的一基準高度；再將該智慧行動裝置固定於該基準高度位置，轉動該智慧行動裝置連同該影像擷取模組而朝向一待測物之一底點，該觸控螢幕上顯示有一對準點或對準線，當該對準點或該對準線與該待測物之該底點對齊時，按下確定指令，使該角度量測模組量測出該基準線與該待測物之該底點之間的一第一夾角；繼續轉動該智慧行動裝置連同該影像擷取模組自該待測物之該底點朝 向該待測物之一頂點，該觸控螢幕上顯示有一對準點或對準線，當該對準點或該對準線與該待測物之該頂點對齊時，使該角度量測模組量測出該待測物之該底點至該待測物之該頂點之間的一第二夾角；當該第一夾角與該第二夾角的合計角度係小於90度時，則代入公式(tan θ 1=L/H1)，其中，該第一夾角與該第二夾角為θ 1、θ 2，該基準線為H1，該基準線為H1至該待測物的距離為L，該待測物高度為H2，該拍攝位置至該待測物頂點之距離為H3，該訊號處理模組根據已知的tan θ 1、H1而求得L，再代入公式(tan θ 1+θ 2=L/H1-H2)，該訊號處理模組根據已知的tan θ 1+θ 2、L、H1而求得該待測物之高度；及當該第一夾角與該第二夾角的合計角度係大於90度時，則代入公式(tan θ 1=L/H1)，其中，該拍攝位置至該待測物頂點之夾角為為θ 3，該訊號處理模組根據已知的tan θ 1、H1而求得該基準線H1至該待測物的距離L，再代入公式(tan θ 3=H2-H1/L)，該訊號處理模組根據已知的L、H1及tan θ 3而求得該待測物之高度。
2. 如請求項1所述之智慧行動裝置影像測距方法，其中，於該資料庫儲存有複數不同影像尺寸物件的基準影像，且設定每一基準影像對應有一高度值；啟動該測距應用程式後，先啟動該基準高度設定模組，於該觸控螢幕上顯示出各式對應有該基準影像之物件之選項，供使用者選擇。
3. 如請求項1所述之智慧行動裝置影像測距方法，其中，該訊號處理模組啟動時，於該智慧行動裝置之一觸控顯示幕顯示一拍照操作界面，該拍照操作界面可供一使用者對該物件進行影像擷取以建立該基準影像及對應的該基準高度值。
4. 如請求項1所述之智慧行動裝置影像測距方法，其中，該物件係選自錢幣、紙鈔以及信用卡的其中一種。
5. 如請求項1所述之智慧行動裝置影像測距方法，其中，該智慧行動裝置係選自智慧型手機以及平板電腦的其中一種。
6. 一種智慧行動裝置影像測距系統，其包括有一智慧行動裝置；該智慧行動裝置包括一影像擷取模組、一觸控螢幕、一角度量測模組、一訊號處理模組及一固定裝置，該固定裝置包含一夾合件、一可撓式管件及一結合部，該可撓式管件一端可轉動的樞接該結合部，其另端與該固定部連結，該夾合件可供固定在一使用者身上，該結合部可供該智慧行動裝置定位其上；於該智慧行動裝置安裝有一測距應用程式；該測距應用程式建立有一基準高度設定模組、一待測物底點設定模組及一待測物頂點設定模組；該基準高度設定模組用以設定影像擷取模組所在位置之一基準線的高度值，並建立有一資料庫；於該資料庫儲存有至少一物件的基準影像，且設定該基準影像對應的一高度值；當啟動該測距應用程式，會先啟動該基準高度設定模組，使該觸控螢幕上顯示出與該物件相對應的一框線；當使用者將該物件置於一平面上，以該影像擷取模組擷取該物件影像，並移動該智慧行動裝置使該觸控螢幕上的該框線恰框圍該物件的周邊，再按該觸控螢幕上的一確認指令，即可取得該智慧行動裝置位在該基準線上的一基準高度；當使用者再將該智慧行動裝置固定於該基準高度位置，轉動該智慧行動裝置連同該影像擷取模組而朝向一待測物之一底點，該觸控螢幕上會顯示有一對準點或對準線，當該對準點或該對準線與該待測物之該底點對齊時，使用者按下觸控螢幕上的確定指令，該角度量測模組會量測出該基準 線與該待測物之該底點之間的一第一夾角；當使用者繼續轉動該智慧行動裝置連同該影像擷取模組自該待測物之該底點朝向該待測物之一頂點，該觸控螢幕上會顯示一對準點或對準線，當該對準點或該對準線與該待測物之該頂點對齊時，使用者按下觸控螢幕上的確定指令，該角度量測模組會量測出該待測物之該底點至該待測物之該頂點之間的一第二夾角；當該第一夾角與該第二夾角的合計角度係小於90度時，則代入公式(tan θ 1=L/H1)，其中，該第一夾角與該第二夾角為θ 1、θ 2，該基準線H1至該待測物的距離為L，該待測物高度為H2，該拍攝位置至該待測物頂點之距離為H3，該訊號處理模組根據已知的tan θ 1、H1而求得L，再代入公式(tan θ 1+θ 2=L/H1-H2)，該訊號處理模組根據已知的tan θ 1+θ 2、L、H1而求得該待測物之高度；當該第一夾角與該第二夾角的合計角度係大於90度時，則代入公式(tan θ 1=L/H1)，其中，該拍攝位置至該待測物頂點之夾角為為θ 3，該訊號處理模組根據已知的tan θ 1、H1而求得該基準線H1至該待測物的距離L，再代入公式(tan θ 3=H2-H1/L)，該訊號處理模組根據已知的L、H1及tan θ 3而求得該待測物之高度。
7. 如請求項6所述之智慧行動裝置影像測距系統，其中，於該資料庫儲存有複數不同影像尺寸物件的基準影像，且設定每一基準影像對應有一高度值；啟動該測距應用程式後，先啟動該基準高度設定模組，於該觸控螢幕上顯示出各式對應有該基準影像之物件之選項，供使用者選擇。
8. 如請求項6所述之智慧行動裝置影像測距系統，其中，該訊號處理模組啟動時，於該智慧行動裝置之一觸控顯示幕顯示一拍照操作界面，該拍照操作界面可供一使用者對該物件進行影像擷取以建立該基準影像及對 應的該基準高度值。
9. 如請求項6所述之智慧行動裝置影像測距系統，其更包含一固定裝置，該固定裝置包含一固定部、一可撓式管件及一結合部，該可撓式管件一端可轉動的樞接該結合部，其另端與該固定部連結，該固定部可供固定在一使用者身上，該結合部可供該智慧行動裝置定位其上。