实物尺寸测量方法及图像数据库数据采集方法
【专利摘要】本发明公开了一种实物尺寸测量方法，通过在目标物体附件放置标定物，并计算目标物和标定物的像素尺寸，来计算目标物体的实际尺寸，无需测量工具，能够快速、精确的测量一般物体的外部尺寸；同时，本发明还公开了一种基于本发明实物尺寸测量方法的图像数据库数据采集方法，在建立包含目标物图像样本和目标物尺寸的数据库时，可以实现自动化入库，即通过拍摄一次性将目标物图像样本和尺寸同时得到并对应入库，相比于人工录入，省时省力且不易出错。
【专利说明】
实物尺寸测量方法及图像数据库数据采集方法
技术领域
[0001] 本发明涉及数据采集领域，尤其涉及一种实物尺寸测量方法及一种图像数据库数 据采集方法。
【背景技术】
[0002] 在基于内容的图像识别及增强现实技术领域，通常需要预先采集图像数据建立图 像数据库，常规做法是对需要采集的目标进行逐一拍照入库，如果需要在数据库中加入目 标的其他参数，如尺寸，大小等，通常需要人工进行测量，然后手工匹配照片录入，人工测量 及录入工作显得非常繁重，且人工容易出错。
[0003] 在物体尺寸测量方面，现有技术中有针对大型物体尺寸的研究，例如："师蒙 蒙，韩焱，王鉴等.基于图像的大型物体尺寸的三维测量方法研究，计算机测量与控制， 2011019(10) :2351-2353"，该文章中提到的大型物体尺寸测量时，需要从物体本身上去自 适应寻找标定模板，然后人工测量标定模板尺寸，每测量一个物体，则需要人工测量标定模 板一次，该方法用于大型物体尺量无问题，但是若应用于大量普通物体测量时，则比人工直 接测量来得更繁杂，且对于目标测量物表面无显著特征的物体而已，其不具备找到自适应 标定模板的可能，因此该方法使用范围有限。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种实物尺寸测量方法，无需测量工具，能够快速、精确的测 量一般物体的外部尺寸；且本发明还提供一种图像数据库数据采集方法，主要用于采集目 标物图像及尺寸数据，特别适用于建立特定图像数据库。
[0005] 为了实现上述发明目的，本发明提供了一种实物尺寸测量方法，包括：将带有标定 图的标定物置于目标物体附近；用摄像机拍摄包含标定图与目标物体的场景图像；对目标 物进行轮廓检测，计算目标物体在摄像机拍摄图像中的像素尺寸；对摄像机拍摄的场景图 像进行特征检测，并将其与模板图像进行配准，计算单应性矩阵，所述模板图像为所述标定 图的入库图像；根据单应性矩阵，将模板图像的顶点映射到摄像机图像的坐标系下，计算标 定图在摄像机拍摄图像中的像素尺寸；根据标定图的实际尺寸以及目标物体、标定图在摄 像机拍摄图像中的像素尺寸，计算目标物体的实际尺寸。
[0006] 其中，所述方法还包括：将标定图入库成为模板图像，对模板图像进行特征检测， 建立特征描述。
[0007] 优选的，在对目标物进行轮廓检测前，还包括：检测用户是否在摄像机显示画面上 框选目标区域；若是，则以框选区域为起点，进行主动轮廓搜索，找到目标物体的轮廓。
[0008] 优选的，若轮廓搜索不成功，则将用户框选的目标区域的像素尺寸作为目标物体 在摄像机拍摄图像中的像素尺寸。
[0009] 优选的，所述尺寸包括宽、高、对角线尺寸中的一种或多种。
[0010] 优选的，将顶点区域的子图像进行亚像素优化，选取误差较小的三组坐标计算标 定图在摄像机拍摄图像中的像素尺寸。
[0011] 相应的，本发明还提供一种实物尺寸测量方法，包括：将带有标定图的标定物置于 目标物体附近；用摄像机拍摄包含标定图与目标物体的场景图像；对摄像机拍摄的场景图 像进行特征检测，并将其与模板图像进行配准，计算单应性矩阵，所述模板图像为所述标定 图的入库图像；根据单应性矩阵，将模板图像的顶点映射到摄像机图像的坐标系下，计算标 定图在摄像机拍摄图像中的像素尺寸；检测用户在摄像机显示画面上所框选的目标物体区 域，将框选区域的像素尺寸作为目标物体在摄像机拍摄图像中的像素尺寸；根据标定图的 实际尺寸以及目标物体、标定图在摄像机拍摄图像中的像素尺寸，计算目标物体的实际尺 寸。
[0012] 其中，所述方法还包括：将标定图入库成为模板图像，对模板图像进行特征检测， 建立特征描述。
[0013] 相应的，本发明还提供一种实物尺寸测量方法，包括：将已知尺寸的标定物置于目 标物体附近；用摄像机拍摄包含标定物与目标物体的场景图像；对标定物和目标物体均进 行轮廓检测，并计算标定物和目标物体在摄像机拍摄图像中的像素尺寸；根据标定物的实 际尺寸以及目标物体、标定物在摄像机拍摄图像中的像素尺寸，计算目标物体的实际尺寸。
[0014] 优选的，在对标定物和目标物体进行轮廓检测前，还包括：提示用户在摄像机显示 画面上框选标定物和目标物体区域，并根据用户框选区域进行主动轮廓搜索，得到标定物 和目标物体的轮廓。
[0015] 相应的，本发明还提供一种图像数据库数据采集方法，包括：采用上述任意一种方 法计算目标物的实际尺寸；在目标物实际尺寸计算过程中，根据轮廓检测结果或用户框选 区域，将目标物图像提取出来；将目标物图像及其实际尺寸数据一一对应存储于图像数据 库中。
[0016] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0017] 1.本发明实物尺寸测量方法，无需测量工具，能够快速、精确的测量一般物体的外 部尺寸；
[0018] 2.本发明实物尺寸测量方法应用于图像数据库数据采集方法中，使得在建立包含 目标物图像样本和目标物尺寸的数据库时，可以实现自动化入库，即通过拍摄一次性将目 标物图像样本和尺寸同时得到并对应入库，相比于人工录入，省时省力且不易出错。
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可 以根据这些附图获得其他的附图：
[0020] 图1为本发明实施例一实物尺寸测量方法流程示意图；
[0021] 图2为本发明实施例二实物尺寸测量方法流程示意图；
[0022] 图3为本发明实施例三实物尺寸测量方法流程示意图；
[0023] 图4为本发明实施例四实物尺寸测量方法流程示意图；
[0024] 图5为本发明实施例五实物尺寸测量方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0026] 本发明所述模板图像：指用于识别的图像，这里指数字图像，存于系统中，是标定 图的入库图像；
[0027] 本发明所述标定图：可以理解为模板图像打印出来的图片，印刷或张贴在刚性平 面物体表面形成其中一种标定物。
[0028] 参见图1，为本发明实施例一实物尺寸测量方法流程示意图，本实施例实物尺寸测 量方法包括如下步骤：
[0029] S101:将带有标定图的标定物置于目标物体附近，使目标物和标定图可以同时置 于摄像机视野中，标定图实际尺寸可尺量后存于系统内；
[0030] S102:用摄像机拍摄包含标定图与目标物体的场景图像；
[0031 ] S103 :对目标物进行轮廓检测，计算目标物体在摄像机拍摄图像中的像素尺寸；
[0032] S104:对摄像机拍摄的场景图像进行特征检测，并将其与模板图像进行配准，计算 单应性矩阵，所述模板图像为所述标定图的入库图像，在计算单应性矩阵时，可对标定图进 行实时跟踪，更新单应性矩阵，提高系统的实时性；在本步骤中，若当前帧图片配准不成功， 继续用下一帧图像进行图像检测与配准，直到配准成功；
[0033] S105:根据单应性矩阵，将模板图像的顶点映射到摄像机图像的坐标系下，计算标 定图在摄像机拍摄图像中的像素尺寸；例如：当模板图像为四边形时，可将模板图像的四 个顶点映射到摄像机拍摄图像的坐标系下，计算模板图片的宽高像素尺寸；本步骤中，为了 使计算结果更加准确，可以将顶点区域的子图像进行亚像素优化，选取误差较小的三组坐 标计算标定图在摄像机拍摄图像中的像素尺寸。
[0034] S106 :根据标定图的实际尺寸以及目标物体、标定图在摄像机拍摄图像中的像素 尺寸，计算目标物体的实际尺寸，本发明实施例中，所述尺寸包括宽、高、对角线尺寸中的一 种或多种。
[0035] 假设标定图实际尺寸宽高分分别为：和/年;标定图在摄像机拍摄图像中的宽 和高像素尺寸分别为If和Hf，目标物体在摄像机拍摄图像中的宽和高像素尺寸分别为 和/if，则目标物体的实际尺寸为：
[0038] 本实施例方法需要预先将标定图入库成为模板图像，对模板图像进行特征检测， 建立特征描述，用于步骤S104中进行图像配准。本实施例中，步骤S104和S103顺序可互 换，也可以同时进行。
[0039] 参见图2,为本发明实施例二实物尺寸测量方法流程示意图，实施例二与实施例一 区别在于：在对目标物进行轮廓检测前，还包括：检测用户是否在摄像机显示画面上框选 目标区域，若是，则以框选区域为起点，进行主动轮廓搜索，找到目标物体的轮廓。即在图2 中体现为：在步骤S103之前，还包括步骤S107。本实施例所述的"以框选区域为起点，进行 主动轮廓搜索"是指当用户框选一个区域后，以框边界为起始，向框内或框外搜索，例如：判 断框较大，就从框边界开始像框内搜索轮廓；框小的话，从框边界开始向框外搜索轮廓，框 边界为搜索的起点。这样搜索的好处是，能将搜索范围限定在一定区域，提升搜索速度和准 确性。
[0040] 同实施例--样，在实施例二中，S102后面的步骤顺序可以调换，例如：可以在步 骤S107判断到用户有进行目标区域框选输入后，再进行步骤S104,如图3中S107的位置； 也可以是S104执行完后，再执行S107,即当图像配准成功之后，再接收用户框选输入。
[0041] 参见图3,为本发明实施例三实物尺寸测量方法流程示意图，实施例三与实施例二 区别在于：实施例三为轮廓检测不成功增加了一种备选方案计算目标物体像素尺寸，参见 图3的S1031步骤，即：当轮廓搜索不成功时，则将用户框选的目标区域的像素尺寸作为目 标物体在摄像机拍摄图像中的像素尺寸。这种方式虽然可能有一定误差，但是根据用户习 惯，一般根据培训后，可以较为准确的将目标物在摄像机显示画面上框出来，在尺寸精确度 要求不是非常高的情况，完全可以满足需求。
[0042] 参见图4,为本发明实施例四实物尺寸测量方法流程示意图，本实施例实物尺寸测 量方法，包括：
[0043] S201 :将带有标定图的标定物置于目标物体附近；
[0044] S202 :用摄像机拍摄包含标定图与目标物体的场景图像；
[0045] S203:对摄像机拍摄的场景图像进行特征检测，并将其与模板图像进行配准，计算 单应性矩阵，所述模板图像为所述标定图的入库图像，因此在图像配准前，需要将标定图入 库成为模板图像，对模板图像进行特征检测，建立特征描述；
[0046] S204:根据单应性矩阵，将模板图像的顶点映射到摄像机图像的坐标系下，计算标 定图在摄像机拍摄图像中的像素尺寸；
[0047] S205 :检测用户是否在摄像机显示画面上框选目标物体区域，若是则进入步骤 S206 ；
[0048] S206 :将框选区域的像素尺寸作为目标物体在摄像机拍摄图像中的像素尺寸；
[0049] S207 :根据标定图的实际尺寸以及目标物体、标定图在摄像机拍摄图像中的像素 尺寸，计算目标物体的实际尺寸。
[0050] 本实施例各步骤在前面都有介绍，在此不做过多赘述，本实施例是将实施例三中 目标物体像素尺寸计算的备选方案剔出来，单独成为一种方案，这种方案虽然可能有一定 误差，但是根据用户习惯，一般根据培训后，可以较为准确的将目标物在摄像机显示画面上 框出来，在尺寸精确度要求不是非常高的情况，完全可以满足需求。特别是在图像数据库数 据采集时，都是专业训练人员进行操作，因此这种方式可行。
[0051] 参见图5,为本发明实施例五实物尺寸测量方法流程示意图，该方法包括：
[0052] S301 :将已知尺寸的标定物置于目标物体附近；
[0053] S302 :用摄像机拍摄包含标定物与目标物体的场景图像；
[0054] S303:判断用户是否在摄像机显示画面上框选标定物和目标物体区域，如是则进 入步骤S304和S305 ;在步骤S303之前，为了方便用户操作，可以提示用户在摄像机显示画 面上框选标定物和目标物体区域；
[0055] S304 :对标定物进行轮廓检测，并计算标定物在摄像机拍摄图像中的像素尺寸；
[0056] S305 :对目标物体进行轮廓检测，并计算目标物体在摄像机拍摄图像中的像素尺 寸；
[0057] S306 :根据标定物的实际尺寸以及目标物体、标定物在摄像机拍摄图像中的像素 尺寸，计算目标物体的实际尺寸。
[0058] 本实施例步骤S303为非必须步骤，可以通过其他方式确定目标物和标定物，如利 用图像识别方式。
[0059] 上述五个实施例均需要用到摄像机拍摄图像，由于摄像机拍摄图像可能会发生畸 变，为了减小误差，可以将拍摄图像进行畸变校正后，再进行后续步骤，例如对拍摄图像用 摄像机的内部参数对图像进行逆映射。
[0060] 前面五个实施例介绍的实务尺寸尺量方法，非常适用于图像数据库采集过程中， 采集目标物体尺寸，本发明因此还提出了一种图像数据库数据采集方法，包括：采用上述任 一种实施例方法计算目标物的实际尺寸；在目标物实际尺寸计算过程中，根据轮廓检测结 果或用户框选区域，将目标物图像提取出来；然后将目标物图像及其实际尺寸数据一一对 应存储于图像数据库中。
[0061] 这样建立起来的数据库，非常适用于图像识别及增强现实技术领域，可用于向用 户展示目标物的实际尺寸，亦可用于其他更多需要目标物实际尺寸的应用中。
[0062] 本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0063] 本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0064] 本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的 新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1. 一种实物尺寸测量方法，其特征在于，包括： 将带有标定图的标定物置于目标物体附近； 用摄像机拍摄包含标定图与目标物体的场景图像； 对目标物进行轮廓检测，计算目标物体在摄像机拍摄图像中的像素尺寸； 对摄像机拍摄的场景图像进行特征检测，并将其与模板图像进行配准，计算单应性矩 阵，所述模板图像为所述标定图的入库图像； 根据单应性矩阵，将模板图像的顶点映射到摄像机图像的坐标系下，计算标定图在摄 像机拍摄图像中的像素尺寸； 根据标定图的实际尺寸以及目标物体、标定图在摄像机拍摄图像中的像素尺寸，计算 目标物体的实际尺寸。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将标定图入库成为模板图 像，对模板图像进行特征检测，建立特征描述。3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在对目标物进行轮廓检测前，还包括： 检测用户是否在摄像机显示画面上框选目标区域； 若是，则以框选区域为起点，进行主动轮廓搜索，找到目标物体的轮廓。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，若轮廓搜索不成功，则将用户框选的目标区 域的像素尺寸作为目标物体在摄像机拍摄图像中的像素尺寸。5. 如权要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述尺寸包括宽、高、对角线尺寸中 的一种或多种。6. 如权要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，将顶点区域的子图像进行亚像素优 化，选取误差较小的三组坐标计算标定图在摄像机拍摄图像中的像素尺寸。7. -种实物尺寸测量方法，其特征在于，包括： 将带有标定图的标定物置于目标物体附近； 用摄像机拍摄包含标定图与目标物体的场景图像； 对摄像机拍摄的场景图像进行特征检测，并将其与模板图像进行配准，计算单应性矩 阵，所述模板图像为所述标定图的入库图像； 根据单应性矩阵，将模板图像的顶点映射到摄像机图像的坐标系下，计算标定图在摄 像机拍摄图像中的像素尺寸； 检测用户在摄像机显示画面上所框选的目标物体区域，将框选区域的像素尺寸作为目 标物体在摄像机拍摄图像中的像素尺寸； 根据标定图的实际尺寸以及目标物体、标定图在摄像机拍摄图像中的像素尺寸，计算 目标物体的实际尺寸。8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将标定图入库成为模板图 像，对模板图像进行特征检测，建立特征描述。9. 一种实物尺寸测量方法，其特征在于，包括： 将已知尺寸的标定物置于目标物体附近； 用摄像机拍摄包含标定物与目标物体的场景图像； 对标定物和目标物体均进行轮廓检测，并计算标定物和目标物体在摄像机拍摄图像中 的像素尺寸； 根据标定物的实际尺寸以及目标物体、标定物在摄像机拍摄图像中的像素尺寸，计算 目标物体的实际尺寸。10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，在对标定物和目标物体进行轮廓检测前， 还包括： 提示用户在摄像机显示画面上框选标定物和目标物体区域，并根据用户框选区域进行 主动轮廓搜索，得到标定物和目标物体的轮廓。11. 一种图像数据库数据采集方法，其特征在于，包括： 采用权利要求1至9中任一项所述的方法计算目标物的实际尺寸； 在目标物实际尺寸计算过程中，根据轮廓检测结果或用户框选区域，将目标物图像提 取出来； 将目标物图像及其实际尺寸数据一一对应存储于图像数据库中。
【文档编号】G01B11/00GK105865326SQ201510029366
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年1月21日
【发明人】柳寅秋, 宋海涛, 刘洋
【申请人】成都理想境界科技有限公司