關(guān)于手機(jī)攝像頭實(shí)現(xiàn)測(cè)量的應(yīng)用案例研究

毛蕊

摘要：目前智能手機(jī)以其功能多樣、集成度高、方便智能等特點(diǎn)，已成為人們生產(chǎn)生活必不可少的智能設(shè)備，使我們的生活變得快捷高效。照相機(jī)作為智能手機(jī)的必需品，也在逐步擴(kuò)展其應(yīng)用場(chǎng)景。通過(guò)分析手機(jī)照相機(jī)原理和應(yīng)用功能，發(fā)現(xiàn)當(dāng)今手機(jī)照相機(jī)存在功能單一、應(yīng)用范圍小等問(wèn)題針對(duì)以上問(wèn)題，提出在不改變現(xiàn)有硬件部件的基礎(chǔ)上擴(kuò)展手機(jī)照相機(jī)的功能，使其能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)際直線長(zhǎng)度、高度、曲線長(zhǎng)度、角度等多個(gè)物理量的測(cè)量，充分?jǐn)U展了手機(jī)照相機(jī)的預(yù)覽用途，增添用戶體驗(yàn)度。

關(guān)鍵詞：手機(jī)照相機(jī)預(yù)覽功能 實(shí)物測(cè)量

1引言

近年來(lái)，有人提出使用移動(dòng)終端進(jìn)行測(cè)距的想法，但只是局限于測(cè)量實(shí)際物體與手持設(shè)備間的距離，不能測(cè)量更多諸如角度，曲線以及虛擬圖片的測(cè)量，且要求的已知參量較多，測(cè)量精度不高，最主要是沒(méi)能結(jié)合手機(jī)預(yù)覽功能設(shè)置直觀的可視界面和測(cè)量結(jié)果存儲(chǔ)功能，使用不方便。

針對(duì)以上的局限性本文提出一種利用智能手機(jī)自帶照相機(jī)功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)際物體長(zhǎng)度、距離、高度、角度、曲線等任意輪廓的準(zhǔn)確測(cè)量方法。充分?jǐn)U展了手機(jī)照相機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景。

2基本原理

照相機(jī)鏡頭是凸透鏡，照相機(jī)就是利用凸透鏡能成倒立、縮小、

當(dāng)已知手機(jī)照相機(jī)凸透鏡焦距f，根據(jù)手機(jī)照相機(jī)模組內(nèi)部馬達(dá)移動(dòng)距離，得知被測(cè)對(duì)象的像距V，根據(jù)成像規(guī)律公式即可得出物體距離照相機(jī)鏡頭的實(shí)際距離。這是照相機(jī)可以實(shí)現(xiàn)距離測(cè)量的基本原理?；谝陨戏治鲆约皵U(kuò)展研究，可以延伸拓展出手機(jī)照相機(jī)對(duì)于實(shí)際直線長(zhǎng)度（高度）、曲線長(zhǎng)度、角度、甚至任意曲線或曲面等物理量的測(cè)量。

3應(yīng)用案例

（l）采用照相機(jī)實(shí)現(xiàn)直線長(zhǎng)度（高度）測(cè)量

打開(kāi)手機(jī)拍照功能進(jìn)入預(yù)覽界面，照相機(jī)正對(duì)被測(cè)目標(biāo)使其全部在預(yù)覽界面顯示。然后，在預(yù)覽界面點(diǎn)擊測(cè)量切換按鈕，同時(shí)在下拉菜單選擇直線測(cè)量模式，此時(shí)用手或者手寫筆在屏幕上點(diǎn)擊選擇測(cè)量起始點(diǎn)，則在該點(diǎn)出現(xiàn)紅色“+”標(biāo)記表示選定，然后在屏幕上拖動(dòng)該標(biāo)記至被測(cè)量目標(biāo)終止點(diǎn)，則會(huì)在在屏幕上畫出一條從起始點(diǎn)到終止點(diǎn)直線，同時(shí)該線段兩個(gè)端點(diǎn)可以人為調(diào)整其長(zhǎng)度和方向，標(biāo)記完成后點(diǎn)擊界面完成按鈕，此時(shí)手機(jī)處理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所選測(cè)量模式以及選中的屏幕像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，得到所成像長(zhǎng)度，并讀取的照相機(jī)的焦距f及在該種情況下的像距v等參數(shù)完成計(jì)算，并將最終實(shí)際被測(cè)目標(biāo)尺寸在預(yù)覽界面顯示。同時(shí)出現(xiàn)可供用戶選擇的“保存”或“放棄”按鈕，方便用戶保存在測(cè)量時(shí)的方法及結(jié)果圖面。工作流程

已知照相機(jī)焦距常數(shù)f，根據(jù)手指觸碰被測(cè)物體起始點(diǎn)時(shí)確定對(duì)焦點(diǎn)，可讀取此時(shí)像素點(diǎn)的像距v，根據(jù)成像原理l/u+l/v= l/f得物距u，再根據(jù)在預(yù)覽界面選擇的起始點(diǎn)與終止點(diǎn)之間連線的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)n，計(jì)算得出實(shí)物的長(zhǎng)度ι。最后依據(jù)相似三角形比例公式得：△ABO@△EDO

式中，ι為所需測(cè)量的十五長(zhǎng)度，ι為實(shí)際傳感器上成像長(zhǎng)度

那么，如何獲得傳感器成像的準(zhǔn)確尺寸ι呢？

根據(jù)傳感器面積與屏幕分辨率的對(duì)應(yīng)關(guān)系（也就是傳感器成像大小與屏幕像素點(diǎn)個(gè)數(shù)）：

為了所畫輪廓清晰可見(jiàn)，定義線寬為M個(gè)像素點(diǎn)（可根據(jù)屏幕分辨率設(shè)定，如定義為分辨率1%），n為所繪直線總像素點(diǎn)個(gè)數(shù)，則繪

通過(guò)成像傳感器面積與顯示器分辨率的比例關(guān)系以及所繪直線像素點(diǎn)個(gè)數(shù)來(lái)計(jì)算得出實(shí)際成像長(zhǎng)度ι。最后，將②代人①中得出實(shí)際被測(cè)物體的尺寸：

（2）采用照相機(jī)實(shí)現(xiàn)曲線長(zhǎng)度的測(cè)量

1）具體實(shí)現(xiàn)方案：同樣地打開(kāi)照相機(jī)進(jìn)入預(yù)覽界面，將被測(cè)目標(biāo)全部呈現(xiàn)在在照相機(jī)預(yù)覽界面。在預(yù)覽界面點(diǎn)擊測(cè)量切換按鈕，同時(shí)在二級(jí)菜單選擇曲線測(cè)量模式，此時(shí)用手或者手寫筆在屏幕上點(diǎn)擊選擇測(cè)量第一測(cè)量點(diǎn)，則在該點(diǎn)出現(xiàn)表示選定，然后依次在屏幕上選擇曲線上多個(gè)測(cè)量點(diǎn)，如第二測(cè)試點(diǎn)，第三測(cè)量…等。則在屏幕上會(huì)依次出現(xiàn)所選擇點(diǎn)的“+”標(biāo)記，同時(shí)現(xiàn)一條連接各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的折線，同時(shí)可以人為調(diào)整該折線段任意端點(diǎn)位置從而調(diào)整其長(zhǎng)度和方向，標(biāo)記完成后點(diǎn)擊界面完成按鈕，此時(shí)手機(jī)處理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)所選測(cè)量模式以及相鄰兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)的屏幕像素個(gè)數(shù)，得到各段成像長(zhǎng)度，并通過(guò)讀取得到的照相機(jī)的焦距f及在該種情況下的像距v等參數(shù)，完成相鄰測(cè)量點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的實(shí)際長(zhǎng)度的計(jì)算，最后通過(guò)各段實(shí)際長(zhǎng)度累加求和得出實(shí)際曲線讀，并將最終實(shí)際被測(cè)目標(biāo)尺寸在預(yù)覽界面顯示。同時(shí)出現(xiàn)可供用戶選擇的“保存”或“放棄”按鈕，方便用戶保存在測(cè)量時(shí)的方法及結(jié)果圖面。工作流程如下所示。

2）具體計(jì)算方法：如圖3所示。根據(jù)以上兩點(diǎn)間直線長(zhǎng)度測(cè)量法，曲線長(zhǎng)度的測(cè)量是在兩點(diǎn)測(cè)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行求和計(jì)算是一種近似測(cè)量。

已知焦距f，相鄰兩點(diǎn)像距vl，可得物距ul，又可以通過(guò)1點(diǎn)和2點(diǎn)之間像素點(diǎn)個(gè)數(shù)得到預(yù)覽界面兩點(diǎn)間長(zhǎng)度t1，根據(jù)相似三角形關(guān)系得出第一測(cè)量點(diǎn)和第二測(cè)量點(diǎn)之間的實(shí)際長(zhǎng)度ι1。以此類推可得到2-3點(diǎn)間實(shí)際長(zhǎng)度ι2，3-4點(diǎn)間實(shí)際長(zhǎng)度ι3，4-5點(diǎn)間實(shí)際長(zhǎng)度ι4，5-6點(diǎn)實(shí)際長(zhǎng)度ι5，6-7點(diǎn)間實(shí)際長(zhǎng)度ι6，7-8點(diǎn)間實(shí)際長(zhǎng)長(zhǎng)度ι7，那么實(shí)際曲線長(zhǎng)度即L=ι1+ι2+ι3+ι4+ι5+ι6+ι7，從而得出實(shí)際曲線總長(zhǎng)度

4結(jié)論

本文基于手機(jī)照相機(jī)預(yù)覽功能，在無(wú)需額外添加硬件部品的前提下，擴(kuò)展手機(jī)照相機(jī)附加功能。主要依據(jù)凸透鏡成像規(guī)律和相似三角形關(guān)系原理，通過(guò)模式選擇不同的測(cè)量量（如實(shí)際直線或曲線長(zhǎng)度、高度、角度、坡度、面積等），實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際物理量的精準(zhǔn)測(cè)量。同時(shí)，能夠?qū)y(cè)量的方法圖面和結(jié)果實(shí)時(shí)進(jìn)行存儲(chǔ)。解決手機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景單一的問(wèn)困擾，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)實(shí)際物理量（如家具裝修尺寸，戶型尺寸，身高，地理位置的實(shí)際距離，路面裂痕狀況等）的準(zhǔn)確測(cè)量。