關于手機攝像頭實現測量的應用案例研究

毛蕊

摘要：目前智能手機以其功能多樣、集成度高、方便智能等特點，已成為人們生產生活必不可少的智能設備，使我們的生活變得快捷高效。照相機作為智能手機的必需品，也在逐步擴展其應用場景。通過分析手機照相機原理和應用功能，發現當今手機照相機存在功能單一、應用范圍小等問題針對以上問題，提出在不改變現有硬件部件的基礎上擴展手機照相機的功能，使其能夠實現對實際直線長度、高度、曲線長度、角度等多個物理量的測量，充分擴展了手機照相機的預覽用途，增添用戶體驗度。

關鍵詞：手機照相機預覽功能 實物測量

1引言

近年來，有人提出使用移動終端進行測距的想法，但只是局限于測量實際物體與手持設備間的距離，不能測量更多諸如角度，曲線以及虛擬圖片的測量，且要求的已知參量較多，測量精度不高，最主要是沒能結合手機預覽功能設置直觀的可視界面和測量結果存儲功能，使用不方便。

針對以上的局限性本文提出一種利用智能手機自帶照相機功能，實現實際物體長度、距離、高度、角度、曲線等任意輪廓的準確測量方法。充分擴展了手機照相機的應用場景。

2基本原理

照相機鏡頭是凸透鏡，照相機就是利用凸透鏡能成倒立、縮小、

當已知手機照相機凸透鏡焦距f，根據手機照相機模組內部馬達移動距離，得知被測對象的像距V，根據成像規律公式即可得出物體距離照相機鏡頭的實際距離。這是照相機可以實現距離測量的基本原理。基于以上分析以及擴展研究，可以延伸拓展出手機照相機對于實際直線長度（高度）、曲線長度、角度、甚至任意曲線或曲面等物理量的測量。

3應用案例

（l）采用照相機實現直線長度（高度）測量

打開手機拍照功能進入預覽界面，照相機正對被測目標使其全部在預覽界面顯示。然后，在預覽界面點擊測量切換按鈕，同時在下拉菜單選擇直線測量模式，此時用手或者手寫筆在屏幕上點擊選擇測量起始點，則在該點出現紅色“+”標記表示選定，然后在屏幕上拖動該標記至被測量目標終止點，則會在在屏幕上畫出一條從起始點到終止點直線，同時該線段兩個端點可以人為調整其長度和方向，標記完成后點擊界面完成按鈕，此時手機處理系統會根據所選測量模式以及選中的屏幕像素點個數，得到所成像長度，并讀取的照相機的焦距f及在該種情況下的像距v等參數完成計算，并將最終實際被測目標尺寸在預覽界面顯示。同時出現可供用戶選擇的“保存”或“放棄”按鈕，方便用戶保存在測量時的方法及結果圖面。工作流程

已知照相機焦距常數f，根據手指觸碰被測物體起始點時確定對焦點，可讀取此時像素點的像距v，根據成像原理l/u+l/v= l/f得物距u，再根據在預覽界面選擇的起始點與終止點之間連線的像素點個數n，計算得出實物的長度ι。最后依據相似三角形比例公式得：△ABO@△EDO

式中，ι為所需測量的十五長度，ι為實際傳感器上成像長度

那么，如何獲得傳感器成像的準確尺寸ι呢？

根據傳感器面積與屏幕分辨率的對應關系（也就是傳感器成像大小與屏幕像素點個數）：

為了所畫輪廓清晰可見，定義線寬為M個像素點（可根據屏幕分辨率設定，如定義為分辨率1%），n為所繪直線總像素點個數，則繪

通過成像傳感器面積與顯示器分辨率的比例關系以及所繪直線像素點個數來計算得出實際成像長度ι。最后，將②代人①中得出實際被測物體的尺寸：

（2）采用照相機實現曲線長度的測量

1）具體實現方案：同樣地打開照相機進入預覽界面，將被測目標全部呈現在在照相機預覽界面。在預覽界面點擊測量切換按鈕，同時在二級菜單選擇曲線測量模式，此時用手或者手寫筆在屏幕上點擊選擇測量第一測量點，則在該點出現表示選定，然后依次在屏幕上選擇曲線上多個測量點，如第二測試點，第三測量…等。則在屏幕上會依次出現所選擇點的“+”標記，同時現一條連接各個測量點的折線，同時可以人為調整該折線段任意端點位置從而調整其長度和方向，標記完成后點擊界面完成按鈕，此時手機處理系統會根據所選測量模式以及相鄰兩個測試點的屏幕像素個數，得到各段成像長度，并通過讀取得到的照相機的焦距f及在該種情況下的像距v等參數，完成相鄰測量點所對應的實際長度的計算，最后通過各段實際長度累加求和得出實際曲線讀，并將最終實際被測目標尺寸在預覽界面顯示。同時出現可供用戶選擇的“保存”或“放棄”按鈕，方便用戶保存在測量時的方法及結果圖面。工作流程如下所示。

2）具體計算方法：如圖3所示。根據以上兩點間直線長度測量法，曲線長度的測量是在兩點測量的基礎上進行求和計算是一種近似測量。

已知焦距f，相鄰兩點像距vl，可得物距ul，又可以通過1點和2點之間像素點個數得到預覽界面兩點間長度t1，根據相似三角形關系得出第一測量點和第二測量點之間的實際長度ι1。以此類推可得到2-3點間實際長度ι2，3-4點間實際長度ι3，4-5點間實際長度ι4，5-6點實際長度ι5，6-7點間實際長度ι6，7-8點間實際長長度ι7，那么實際曲線長度即L=ι1+ι2+ι3+ι4+ι5+ι6+ι7，從而得出實際曲線總長度

4結論

本文基于手機照相機預覽功能，在無需額外添加硬件部品的前提下，擴展手機照相機附加功能。主要依據凸透鏡成像規律和相似三角形關系原理，通過模式選擇不同的測量量（如實際直線或曲線長度、高度、角度、坡度、面積等），實現對實際物理量的精準測量。同時，能夠將測量的方法圖面和結果實時進行存儲。解決手機應用場景單一的問困擾，能夠實現多個實際物理量（如家具裝修尺寸，戶型尺寸，身高，地理位置的實際距離，路面裂痕狀況等）的準確測量。