专利名称：一种单摄像头测距的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及移动终端技术领域，尤其涉及一种单摄像头测距的方法及系统。
背景技术：
移动终端大多配备后置摄像头(Rear-Face Camera)和前置摄像头(FaceCamera),二者拍摄及成像过程相似。要拍摄的物体透过镜头(Lens)而生成的光学图像投射到图像传感器表面上，转化为模拟电信号，再经过模数转换芯片(Analog-Digital Converter)转换为数字图像信号后，送到图像信号处理芯片(Image Signal Processor)中加工处理,最后经过基带芯片(Baseband Processor)的调度而存储在存储器及显示在移动终端屏幕上。利用摄像头测距的方法，目前主要有双摄像头法，以及单摄像头+激光头组合法。双摄像头法，是利用双摄像头采集待测物体的图像，并根据待测物体上的一点在双摄像头中的视差成像确认该点距离。单摄像头+激光头组合法，是通过接收激光头发射的激光束，并对其进行处理进而得到相应的距离。以上两种摄像头测距方法，在移动终端上应用均需要增配器件，如增加一个摄像头或激光头等，还需要改动移动终端结构、外观设计。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种单摄像头测距的方法及系统，在不增配光学器件的情况下基于移动终端实现单摄像头距离测量。本发明采用的技术方案是，所述单摄像头测距的方法，包括显示输入步骤移动终端的摄像头采集含有目标物体的画面并显示在屏幕上，接收用户对目标物体的选择；跟踪步骤在移动终端面向目标物体平移的过程中识别跟踪目标物体；记录步骤记录移动终端平移的距离以及移动终端移动前、后目标物体的显示宽度之比；计算步骤基于所述记录步骤记录的数据，计算移动终端与目标物体之间的距离。进一步的，所述方法，还包括监测步骤对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测，若监测到移动终端发生了转动，则上报测距失败，若未监测到转动，则继续执行跟踪步骤。进一步的，所述方法，还包括判断步骤当所述监测步骤监测到移动终端发生了转动时，判断所述转动是否合法，若是，则继续执行跟踪步骤，否则上报测距失败；所述合法的转动，包括对于摄像头位于移动终端中心的移动终端，移动终端在其所在平面内绕其中心的转动；对于摄像头位于除移动终端中心之外的其他位置的移动终端，移动终端中心与目标物体中心的连线垂直于移动终端所在平面时，移动终端在其所在平面内绕其中心的转动。进一步的，在所述监测步骤中，通过移动终端上的三轴陀螺仪对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测。进一步的，在所述记录步骤中，通过移动终端上的加速度感应器获取移动终端平移的距离并记录。本发明还提供一种单摄像头测距的系统，位于移动终端上，所述系统包括显示输入模块用于通过移动终端的摄像头采集含有目标物体的画面并显示在屏幕上；接收用户对目标物体的选择；跟踪模块用于在移动终端面向目标物体平移的过程中识别跟踪目标物体；记录模块用于记录移动终端平移的距离以及移动终端移动前、后目标物体的显示宽度之比；计算模块用于基于所述记录模块记录的数据，计算移动终端与目标物体之间的距离。进一步的，所述系统，还包括监测模块用于对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测，若监测到移动终端发生了转动，则上报测距失败，若未监测到转动，则继续调用所述跟踪模块识别跟踪目标物体。进一步的,所述系统,还包括判断模块用于当所述监测模块监测到移动终端发生了转动时，判断所述转动是否合法，若是，则继续调用所述跟踪模块识别跟踪目标物体，否则上报测距失败；所述合法的转动,包括对于摄像头位于移动终端中心的移动终端,移动终端在其所在平面内绕其中心的转动；对于摄像头位于除移动终端中心之外的其他位置的移动终端，移动终端中心与目标物体中心的连线垂直于移动终端所在平面时，移动终端在其所在平面内绕其中心的转动。进一步的，所述监测模块，具体是通过移动终端上的三轴陀螺仪对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测。进一步的，所述记录模块，具体用于通过移动终端上的加速度感应器获取移动终端平移的距离并记录。采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点本发明所述单摄像头测距的方法及系统，移动终端在摄像头拍照模式下，目标物体的外边缘被持续识别跟踪，用户将移动终端面向目标物体平移，移动终端根据目标物体在屏幕上显示宽度的变化或者移动终端屏幕取景宽度的变化、以及移动终端平移的距离，计算出移动终端与目标物体间的距离。整个测距的过程基于现有的移动终端图像处理及运动感知功能来完成，可以在不增配光学器件的情况下基于移动终端实现单摄像头距离测量。增加对移动终端平移时的姿态监控步骤，可以进一步保证测距的准确性。
图1为本发明第一实施例的单摄像头测距的方法流程图；图2为本发明第二实施例的单摄像头测距的方法流程图；图3为本发明第三实施例的单摄像头测距的方法流程图；图4为本发明第四实施例的单摄像头测距的系统组成示意图5为本发明第五实施例的单摄像头测距的系统组成示意图；图6为本发明第六实施例的单摄像头测距的系统组成示意图；图7为本发明应用实例中手机的摄像头面向目标物体平移前、后的相关距离、比例的变化示意图；图8 (a)、(b)分别为本发明应用实例中从屏幕观察角度看到的摄像头面向目标物体平移前、后的目标物体大小变化及相关比例变化示意图；图9为本发明应用实例的单摄像头测距的方法流程图；图10为本发明应用实例的单摄像头测距的系统组成示意图。
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。目前的移动终端上配备有能够精确确定自身运动方位的器件，比如三轴陀螺仪(Three-axis gyro),它最大的作用就是测量三维空间X、Y、Z轴的角速度,从而判定物体的运动状态。移动终端上还配备有能够精确测量运动物体加速度的器件，比如加速度感应器(Accelerometer),当加速度感应器作加速运动时,其内部的质量块受到惯性力的作用向相反的方向运动，质量块发生的位移受到弹簧和阻尼器的限制，通过输出电压就能测得外界的加速度大小。另外，加速度的二重积分就是位移，因此利用加速度传感器可以实现对位移的测量。本发明第一实施例，一种单摄像头测距的方法，如图1所示，包括以下具体步骤步骤S101，移动终端的摄像头采集含有目标物体的画面并显示在屏幕上，接收用户对目标物体的选择。具体的，对于具有触摸功能的屏幕，用户可以通过在屏幕上点选或者画线来输入目标物体的轮廓。对于具有普通屏幕的移动终端，用户也可以通过键盘上的按键来输入目标物体的轮廓。或者，对于能够自动识别屏幕上的目标物体的移动终端，用户只需点击目标物体所在的大致区域，移动终端即能识别出该区域中或者该区域附近的目标物体。步骤S102，在移动终端面向目标物体平移的过程中识别跟踪目标物体。具体的，移动终端可以根据现有的图像处理中的相关算法对步骤SlOl中输入的目标物体进行识别和跟踪，比如利用目标物体与背景的亮度或者颜色差异较大时，可以采用图像边缘提取算法，具体的，如基于B样条小波的自适应阈值多尺度边缘提取算法、结合嵌入可信度的多尺度离散Canny边缘提取算法、新的边缘轮廓提取模型一一量子统计可变形模型图像边缘跟踪算法，还可以采用基于粒子滤波的图像跟踪算法、融合结构信息和尺度不变特征变换算法的多信息融合粒子滤波跟踪算法、改进的hausdorff视频目标跟踪方法等算法对目标物体进行识别和跟踪。步骤S103，记录移动终端平移的距离以及移动终端移动前、后目标物体的显示宽度之比。具体的，还可以将记录的移动终端移动前、后目标物体的显示宽度之比，替换为，移动终端移动前、后在目标物体处的屏幕取景宽度之比。移动终端平移的过程中，目标物体始终在移动终端屏幕的取景范围内。另外，通过移动终端上的加速度感应器获取移动终端平移的距离并记录。步骤S104，基于所述记录步骤记录的数据，计算移动终端与目标物体之间的距离。本发明第二实施例，一种单摄像头测距的方法，如图2所示，本实施例所述方法的步骤S201、S203、S204分别与第一实施例中所述方法的步骤S101、S103、S104相同，区别在于，本实施例在执行步骤S202的同时还增加了对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测的步骤205，本发明的所述平移主要是相对于转动而言的，在平移目标物体的过程中如果不发生转动，可以保证测距结果的准确性，具体如下步骤S205，对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测，若监测到移动终端发生了转动，则上报测距失败，流程结束；若未监测到转动，则继续执行步骤S202。本发明第三实施例，一种单摄像头测距的方法，如图3所示，本实施例所述方法的步骤S301、S303、S304分别与第一实施例中所述方法的步骤S101、S103、S104相同，区别在于，本实施例在执行步骤S302的同时还增加了对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测的步骤S305以及判断的步骤S306，如下步骤S305，对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测，若监测到移动终端发生了转动，则执行步骤S306 ;若未监测到转动，则继续执行步骤S302。具体的，可以通过移动终端上的三轴陀螺仪对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测。若移动终端发生转动时，三轴陀螺仪上报转动的方位和角速度等数据，移动终端可以根据这些数据进一步判断该转动是否被允许，即执行步骤S306，因为在实际应用中，用户手持移动终端进行测距时，很容易发生抖动而导致移动终端发生轻微转动，但只要不影响测距的结果，该转动是可以被允许的。步骤S306，判断所述转动是否合法，若是，则继续执行步骤302，否则上报测距失败，流程结束。具体的，所述合法的转动，包括对于摄像头位于移动终端中心的移动终端，移动终端在其所在平面内绕其中心的转动；以及，对于摄像头位于除移动终端中心之外的其他位置的移动终端，移动终端中心与目标物体中心的连线垂直于移动终端所在平面时，移动终端在其所在平面内绕其中心的转动。本发明第四实施例，一种单摄像头测距的系统，位于移动终端上，如图4所示，该系统包括显示输入模块100 :用于通过移动终端的摄像头采集含有目标物体的画面并显示在屏幕上；接收用户对目标物体的选择。具体的，对于具有触摸功能的屏幕，显示输入模块100可以接收用户在屏幕上通过点选或者画线的方式输入的目标物体的轮廓。对于具有普通屏幕的移动终端，显示输入模块100也可以接收用户通过键盘上的按键输入的目标物体的轮廓。或者，对于能够自动识别屏幕上的目标物体的移动终端，用户只需通过显示输入模块100点击目标物体所在的大致区域，移动终端即能识别出该区域中或者该区域附近的目标物体。跟踪模块200 :用于在移动终端面向目标物体平移的过程中识别跟踪目标物体。具体的，跟踪模块200可以根据现有的图像处理中的相关算法对显示输入模块100中输入的目标物体进行识别和跟踪，比如利用目标物体与背景的亮度或者颜色差异较大时，可以采用图像边缘提取算法，具体的，如基于B样条小波的自适应阈值多尺度边缘提取算法、结合嵌入可信度的多尺度离散Canny边缘提取算法、新的边缘轮廓提取模型一一量子统计可变形模型图像边缘跟踪算法，还可以采用基于粒子滤波的图像跟踪算法、融合结构信息和尺度不变特征变换算法的多信息融合粒子滤波跟踪算法、改进的hausdorff视频目标跟踪方法等算法对目标物体进行识别和跟踪。记录模块300 :用于记录移动终端平移的距离以及移动终端移动前、后目标物体的显示宽度之比。具体的，还可以将记录模块300记录的移动终端移动前、后目标物体的显示宽度之比，替换为，移动终端移动前、后在目标物体处的屏幕取景宽度之比。移动终端平移的过程中，目标物体始终在移动终端屏幕的取景范围内。另外，记录模块300可以通过移动终端上配备的加速度感应器获取移动终端平移的距离并记录。计算模块400 :用于基于所述记录模块记录的数据，计算移动终端与目标物体之间的距离。本发明第五实施例，一种单摄像头测距的方法，如图5所示，本实施例所述系统的显示输入模块100、记录模块300、计算模块400与第四实施例中对应模块相同，区别在于，本实施例在跟踪模块200的执行过程中，还增加了对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测的监测模块500，可以保证测距结果的准确性，具体如下监测模块500 :用于对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测，若监测到移动终端发生了转动，则上报测距失败，若未监测到转动，则继续调用跟踪模块200识别跟踪目标物体。本发明第六实施例，一种单摄像头测距的方法，如图6所示，本实施例所述系统的显示输入模块100、记录模块300、计算模块400与第四实施例中对应模块相同，区别在于，本实施例在跟踪模块200的执行过程中，还增加了对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测的监测模块500以及进行判断的判断模块600，如下监测模块500 :用于对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测，若监测到移动终端发生了转动，则调用判断模块600，若未监测到转动，则继续调用跟踪模块200识别跟踪目标物体。具体的，监测模块500可以通过移动终端上的三轴陀螺仪对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测。若移动终端发生转动时，三轴陀螺仪上报转动的方位和角速度等数据，判断模块600可以根据这些数据进一步判断该转动是否被允许，因为在实际应用中，用户手持移动终端进行测距时，很容易发生抖动而导致移动终端发生轻微转动，但只要不影响测距的结果，该转动是可以被允许的。判断模块600:用于判断所述转动是否合法，若是，则继续调用所述跟踪模块200识别跟踪目标物体，否则上报测距失败；具体的，合法的转动，包括对于摄像头位于移动终端中心的移动终端，移动终端在其所在平面内绕其中心的转动；对于摄像头位于除移动终端中心之外的其他位置的移动终端，移动终端中心与目标物体中心的连线垂直于移动终端所在平面时，移动终端在其所在平面内绕其中心的转动。下面基于上述实施例，结合附图7、8、9、10介绍一个手机采用单摄像头测距的应用实例。图7是手机的摄像头面向目标物体平移前、后的相关距离、比例的变化示意图，图8 (a)、(b)分别是从屏幕观察角度看到的摄像头面向待测物体平移前、后的目标物体大小变化及相关比例变化示意图。从图7中可以看到，摄像头从初始位置Al水平移动到位置A2，从而摄像头到目标物体的距离由Dl变为D2，移动距离量d=Dl-D2，而目标物体的宽度L保持不变，屏幕通过摄像头在目标物体处的取景宽度由Wl变为W2，D1或者D2就是要计算的目标物体到摄像头的距离，下面以计算Dl为例。首先，结合图7，目标物体的宽度所占屏幕在目标物体处的取景宽度的比例，在摄像头移动前后将会发生变化，即Kl =;，K2 根据图7中所示的比例变化，可
权利要求
1.一种单摄像头测距的方法，其特征在于，包括 显示输入步骤移动终端的摄像头采集含有目标物体的画面并显示在屏幕上，接收用户对目标物体的选择； 跟踪步骤在移动终端面向目标物体平移的过程中识别跟踪目标物体； 记录步骤记录移动终端平移的距离以及移动终端移动前、后目标物体的显示宽度之比； 计算步骤基于所述记录步骤记录的数据，计算移动终端与目标物体之间的距离。
2.根据权利要求1所述的单摄像头测距的方法，其特征在于，所述方法，还包括 监测步骤对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测，若监测到移动终端发生了转动，则上报测距失败，若未监测到转动，则继续执行跟踪步骤。
3.根据权利要求2所述的单摄像头测距的方法，其特征在于，所述方法，还包括 判断步骤当所述监测步骤监测到移动终端发生了转动时，判断所述转动是否合法，若是，则继续执行跟踪步骤，否则上报测距失败； 所述合法的转动，包括对于摄像头位于移动终端中心的移动终端，移动终端绕在其所在平面内其中心的转动；对于摄像头位于除移动终端中心之外的其他位置的移动终端，移动终端中心与目标物体中心的连线垂直于移动终端所在平面时，移动终端在其所在平面内绕其中心的转动。
4.根据权利要求2所述的单摄像头测距的方法，其特征在于，在所述监测步骤中，通过移动终端上的三轴陀螺仪对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测。
5.根据权利要求1所述的，其特征在于，在所述记录步骤中，通过移动终端上的加速度感应器获取移动终端平移的距离并记录。
6.一种单摄像头测距的系统，其特征在于，位于移动终端上，所述系统包括 显示输入模块用于通过移动终端的摄像头采集含有目标物体的画面并显示在屏幕上；接收用户对目标物体的选择； 跟踪模块用于在移动终端面向目标物体平移的过程中识别跟踪目标物体； 记录模块用于记录移动终端平移的距离以及移动终端移动前、后目标物体的显示宽度之比； 计算模块用于基于所述记录模块记录的数据，计算移动终端与目标物体之间的距离。
7.根据权利要求6所述的单摄像头测距的系统，其特征在于，所述系统，还包括 监测模块用于对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测，若监测到移动终端发生了转动，则上报测距失败，若未监测到转动，则继续调用所述跟踪模块识别跟踪目标物体。
8.根据权利要求7所述的单摄像头测距的系统，其特征在于，所述系统还包括 判断模块用于当所述监测模块监测到移动终端发生了转动时，判断所述转动是否合法，若是，则继续调用所述跟踪模块识别跟踪目标物体，否则上报测距失败； 所述合法的转动，包括对于摄像头位于移动终端中心的移动终端，移动终端在其所在平面内绕其中心的转动；对于摄像头位于除移动终端中心之外的其他位置的移动终端，移动终端中心与目标物体中心的连线垂直于移动终端所在平面时，移动终端在其所在平面内绕其中心的转动。
9.根据权利要求7所述的单摄像头测距的系统，其特征在于，所述监测模块，具体是通过移动终端上的三轴陀螺仪对移动终端面向目标物体平移的过程的姿态进行监测。
10.根据权利要求6所述的单摄像头测距的系统，其特征在于，所述记录模块，具体用于通过移动终端上的加速度感应器获取移动终端平移的距离并记录。
全文摘要
本发明公开了一种单摄像头测距的方法及系统，移动终端在摄像头拍照模式下，目标物体的外边缘被持续识别跟踪，用户将移动终端面向目标物体平移，移动终端根据目标物体在屏幕上显示宽度的变化或者移动终端屏幕取景宽度的变化、以及移动终端平移的距离，计算出移动终端与目标物体间的距离。整个测距的过程基于现有的移动终端图像处理及运动感知功能来完成，可以在不增配光学器件的情况下基于移动终端实现单摄像头距离测量。增加对移动终端平移时的姿态监控步骤，可以进一步保证测距的准确性。
文档编号G01C3/00GK103017730SQ201210504460
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者曹恒 申请人:中兴通讯股份有限公司