Android手機(jī)攝像頭實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度測(cè)量

1、隊(duì)伍隊(duì)伍 LBYTEAndroid手機(jī)攝像頭實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度測(cè)量 隨著智能手機(jī)的飛速發(fā)展，智能手機(jī)的使用逐漸普及起來，隨著智能手機(jī)的飛速發(fā)展，智能手機(jī)的使用逐漸普及起來，智能手機(jī)提供的攝像功能越來越強(qiáng)，攝像的像素越來越清晰，智能手機(jī)提供的攝像功能越來越強(qiáng)，攝像的像素越來越清晰，那么，除了攝像，我們能不能利用智能手機(jī)提供的攝像功能那么，除了攝像，我們能不能利用智能手機(jī)提供的攝像功能來擴(kuò)展一些新的功能呢？來擴(kuò)展一些新的功能呢？當(dāng)你在上海旅行時(shí)，看到了東方明珠時(shí)，是不是既想把它照下來，又想如果要是同時(shí)能把它的高度計(jì)算 出來多好?。?當(dāng)你在北京博物館參觀時(shí)，看到了青銅鼎時(shí)，是不是既想把它照下來，又想知道這個(gè)鼎

2、的高和寬呢？ 我們隊(duì)伍設(shè)計(jì)的基于Android手機(jī)攝像頭實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度測(cè)量 的程序就是來實(shí)現(xiàn)上面的需求的。這樣我們可以不用尺子來測(cè)量距離。市場(chǎng)上已有的一些先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器市場(chǎng)上已有的一些先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器雖然市場(chǎng)上出現(xiàn)了這些先進(jìn)的測(cè)量距離的儀器，使人們不用尺子就能測(cè)量物體的高度，但是他們往往比較昂貴且不易攜帶。Contents我們的目標(biāo)我們的目標(biāo) 不接觸目標(biāo)物體，不使用尺子就能測(cè)量人的高度、桌子的不接觸目標(biāo)物體，不使用尺子就能測(cè)量人的高度、桌子的長(zhǎng)度、遠(yuǎn)方物體的距離，無需通過高端昂貴的專業(yè)儀器，長(zhǎng)度、遠(yuǎn)方物體的距離，無需通過高端昂貴的專業(yè)儀器，只需要使用隨手可得的帶攝像頭手機(jī)就能完成這些功能。只需要使用隨

3、手可得的帶攝像頭手機(jī)就能完成這些功能。 目標(biāo)軟件的特點(diǎn)目標(biāo)軟件的特點(diǎn) 移動(dòng)：運(yùn)行在移動(dòng)：運(yùn)行在Android智能手機(jī)上，隨時(shí)隨地可以使用。智能手機(jī)上，隨時(shí)隨地可以使用。 實(shí)用：我們身上不會(huì)帶上尺子，但手機(jī)卻是隨身攜帶實(shí)用：我們身上不會(huì)帶上尺子，但手機(jī)卻是隨身攜帶的物品，如果需要測(cè)量，拿出手機(jī)拍兩幅物體的照片的物品，如果需要測(cè)量，拿出手機(jī)拍兩幅物體的照片就能夠得到長(zhǎng)度信息；另外有的時(shí)候條件不允許接觸就能夠得到長(zhǎng)度信息；另外有的時(shí)候條件不允許接觸測(cè)量，比如危險(xiǎn)物品、貴重物品以及難以觸及的物品，測(cè)量，比如危險(xiǎn)物品、貴重物品以及難以觸及的物品，但使用這款軟件就無需接觸實(shí)現(xiàn)距離的測(cè)量。但使用這款軟件就無

4、需接觸實(shí)現(xiàn)距離的測(cè)量。 易用：分別從兩個(gè)角度拍攝物體的兩幅圖片，選擇始易用：分別從兩個(gè)角度拍攝物體的兩幅圖片，選擇始點(diǎn)和終點(diǎn)，程序就會(huì)計(jì)算出兩點(diǎn)的距離展示給用戶。點(diǎn)和終點(diǎn)，程序就會(huì)計(jì)算出兩點(diǎn)的距離展示給用戶。 如何實(shí)現(xiàn)？如何實(shí)現(xiàn)？ 使用初等凸透鏡成像公式？使用初等凸透鏡成像公式？ 理想情況，假定理想情況，假定f可變焦、成像點(diǎn)清晰可變焦、成像點(diǎn)清晰 實(shí)際情況，焦距一般固定，三維物體距離不同，無法實(shí)際情況，焦距一般固定，三維物體距離不同，無法在在f下得到清晰像點(diǎn)，清晰不好判斷、坐標(biāo)系統(tǒng)不好固下得到清晰像點(diǎn)，清晰不好判斷、坐標(biāo)系統(tǒng)不好固定。定。實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)方法古典古典+現(xiàn)代現(xiàn)代 射影幾何與計(jì)算機(jī)視覺

5、對(duì)極幾何射影幾何與計(jì)算機(jī)視覺對(duì)極幾何 基于針孔攝像頭模型，空間中一點(diǎn)基于針孔攝像頭模型，空間中一點(diǎn)M到像平面點(diǎn)到像平面點(diǎn)m的映射的映射要經(jīng)過投影矩陣要經(jīng)過投影矩陣P的轉(zhuǎn)換（圖的轉(zhuǎn)換（圖2），），sm=KR | TM，其中，其中K是攝像頭參數(shù)矩陣，是攝像頭參數(shù)矩陣，R、T是攝像頭坐標(biāo)系相對(duì)于世界坐是攝像頭坐標(biāo)系相對(duì)于世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移矩陣，標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)和平移矩陣，sm是像點(diǎn)的齊次坐標(biāo)。是像點(diǎn)的齊次坐標(biāo)。對(duì)極幾何對(duì)極幾何 空間物體點(diǎn)通過兩個(gè)投影矩陣投影到左右兩幅圖像上，空間物體點(diǎn)通過兩個(gè)投影矩陣投影到左右兩幅圖像上，根據(jù)三維重構(gòu)的理論，只需要得到這兩個(gè)投影矩陣以及根據(jù)三維重構(gòu)的理論，只需要得到這

6、兩個(gè)投影矩陣以及兩個(gè)像點(diǎn)在圖像上的坐標(biāo)就可以使用三角法定位目標(biāo)點(diǎn)兩個(gè)像點(diǎn)在圖像上的坐標(biāo)就可以使用三角法定位目標(biāo)點(diǎn)三維坐標(biāo)三維坐標(biāo)。 根據(jù)投影矩陣的構(gòu)成，獲取攝像頭參數(shù)矩陣根據(jù)投影矩陣的構(gòu)成，獲取攝像頭參數(shù)矩陣K、拍攝第、拍攝第二幅圖像時(shí)候攝像頭經(jīng)歷的剛體變換二幅圖像時(shí)候攝像頭經(jīng)歷的剛體變換旋轉(zhuǎn)和平移旋轉(zhuǎn)和平移 (R | T)矩陣是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。矩陣是整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。 獲取手機(jī)攝像頭參數(shù)矩陣獲取手機(jī)攝像頭參數(shù)矩陣K 使用張正友標(biāo)定法使用張正友標(biāo)定法”Flexible Camera Calibration By Viewing a Plane From Unknown Orientati

7、ons”，這個(gè)方法，這個(gè)方法操作比較容易，只需要做一幅黑白棋盤（顯示器打開這樣操作比較容易，只需要做一幅黑白棋盤（顯示器打開這樣一幅圖片也可以），用手機(jī)攝像頭從不同角度拍攝大約一幅圖片也可以），用手機(jī)攝像頭從不同角度拍攝大約10幅棋盤的圖片，使用他們算法實(shí)現(xiàn)的標(biāo)定程序就可以幅棋盤的圖片，使用他們算法實(shí)現(xiàn)的標(biāo)定程序就可以得到攝像頭參數(shù)矩陣。得到攝像頭參數(shù)矩陣。獲取旋轉(zhuǎn)平移矩陣獲取旋轉(zhuǎn)平移矩陣R,T 如果以拍攝第一幅圖的攝像機(jī)坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系，那如果以拍攝第一幅圖的攝像機(jī)坐標(biāo)系作為參考坐標(biāo)系，那么第一個(gè)攝像頭位置的么第一個(gè)攝像頭位置的R就是單位矩陣就是單位矩陣I，T沒有平移為零沒有平移為零。

8、運(yùn)用對(duì)極幾何的理論，第二個(gè)位置的運(yùn)用對(duì)極幾何的理論，第二個(gè)位置的R和和T可以利用兩幅可以利用兩幅圖片的對(duì)應(yīng)關(guān)系求出來，只要找到圖片的對(duì)應(yīng)關(guān)系求出來，只要找到7對(duì)以上的匹配點(diǎn)就可對(duì)以上的匹配點(diǎn)就可以把兩幅圖像的內(nèi)在關(guān)系計(jì)算出來，當(dāng)然匹配的點(diǎn)越多越以把兩幅圖像的內(nèi)在關(guān)系計(jì)算出來，當(dāng)然匹配的點(diǎn)越多越準(zhǔn)確，后繼的操作也就越精準(zhǔn)。準(zhǔn)確，后繼的操作也就越精準(zhǔn)。對(duì)應(yīng)點(diǎn)匹配 人工目測(cè)匹配人工目測(cè)匹配 優(yōu)點(diǎn)：確保優(yōu)點(diǎn)：確保100%準(zhǔn)確準(zhǔn)確 缺點(diǎn)：費(fèi)時(shí)，匹配的點(diǎn)少缺點(diǎn)：費(fèi)時(shí)，匹配的點(diǎn)少 算法自動(dòng)匹配算法自動(dòng)匹配 優(yōu)點(diǎn)：快速，匹配點(diǎn)多優(yōu)點(diǎn)：快速，匹配點(diǎn)多 缺點(diǎn)：復(fù)雜環(huán)境下匹配不準(zhǔn)確缺點(diǎn)：復(fù)雜環(huán)境下匹配不準(zhǔn)確計(jì)算計(jì)算

9、R和和T 使用匹配的特征點(diǎn)對(duì)計(jì)算出基本矩陣使用匹配的特征點(diǎn)對(duì)計(jì)算出基本矩陣F F，根據(jù)匹配點(diǎn)的數(shù)，根據(jù)匹配點(diǎn)的數(shù)目可以選擇使用目可以選擇使用7 7點(diǎn)法、點(diǎn)法、8 8點(diǎn)法、點(diǎn)法、RANSACRANSAC等計(jì)算等計(jì)算F F的算法的算法 計(jì)算本質(zhì)矩陣計(jì)算本質(zhì)矩陣E E，E E等于等于K K的轉(zhuǎn)置矩陣左乘的轉(zhuǎn)置矩陣左乘F F再左乘再左乘K K 對(duì)對(duì)E E進(jìn)行進(jìn)行SVDSVD分解，得到的分解，得到的U U矩陣的最后一列乘以單值即為矩陣的最后一列乘以單值即為平移向量平移向量T T，U U矩陣左乘反對(duì)稱矩陣再左乘矩陣左乘反對(duì)稱矩陣再左乘V V轉(zhuǎn)置矩陣即得轉(zhuǎn)置矩陣即得到旋轉(zhuǎn)矩陣到旋轉(zhuǎn)矩陣R R。 Androi

10、d手機(jī)上的實(shí)現(xiàn)手機(jī)上的實(shí)現(xiàn)界面：簡(jiǎn)潔友好，分為操作欄和幫助欄，操作欄的豎排按鈕體現(xiàn)界面：簡(jiǎn)潔友好，分為操作欄和幫助欄，操作欄的豎排按鈕體現(xiàn)了操作的流程，幫助欄有使用方法的詳細(xì)介紹。選擇匹配點(diǎn)也簡(jiǎn)了操作的流程，幫助欄有使用方法的詳細(xì)介紹。選擇匹配點(diǎn)也簡(jiǎn)單好玩，因?yàn)橹恍枰x擇七個(gè)點(diǎn)就足夠計(jì)算本質(zhì)矩陣，進(jìn)入選點(diǎn)單好玩，因?yàn)橹恍枰x擇七個(gè)點(diǎn)就足夠計(jì)算本質(zhì)矩陣，進(jìn)入選點(diǎn)界面后可以看到七個(gè)彩色小點(diǎn)排成北斗七星形狀，通過觸摸移動(dòng)界面后可以看到七個(gè)彩色小點(diǎn)排成北斗七星形狀，通過觸摸移動(dòng)這些小點(diǎn)到特征明顯的位置比如角點(diǎn)。這些小點(diǎn)到特征明顯的位置比如角點(diǎn)。處理：為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，核心運(yùn)算代碼會(huì)調(diào)用到處理：為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理，核心運(yùn)算代碼會(huì)調(diào)用到OpenCv（開（開源計(jì)算機(jī)視覺庫(kù)），編寫好源計(jì)算機(jī)視覺庫(kù)），編寫好C+程序之后通過程序之后通過NDK把源代碼編譯把源代碼編譯成可以供成可以供Android端端java程序調(diào)用的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。程序調(diào)用的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。 使用方法使用方法 1)從兩個(gè)不同角度拍攝目標(biāo)。從兩個(gè)不同角度拍攝目標(biāo)。 2) 在第一幅圖片上移動(dòng)