一種室內測距方法
【專利摘要】本發明公開了一種室內測距方法，利用AR設備上設置的方向傳感器，獲取其攝像頭與目標物之間的水平距離以及目標物的高度，并疊加至增強現實設備顯示的真實世界的景物上。本發明僅通過獲取攝像頭至目標物底部與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角或者攝像頭至目標物延長線與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角、攝像頭至目標物頂部的連線與地面垂直方向的夾角、攝像頭至目標物底部的連線與地面垂直方向的夾角，再根據攝像頭與地面之間的垂直距離即可利用勾股定理計算攝像頭與目標物之間的水平距離以及目標物的高度，計算方法簡單快捷，運算量小，并且成本較低。
【專利說明】
_種室內測距方法
技術領域
[0001]本發明涉及增強現實技術領域，特別涉及一種室內測距方法。
【背景技術】
[0002]增強現實(Augmented Reality，簡稱AR)是通過計算機將真實環境與虛擬輔助信息對象融合在一起，來增強用戶對真實世界的理解與體驗。將虛擬的信息應用到真實世界，并將計算機生成的虛擬物體、場景或系統提示信息疊加到真實場景中，從而實現對現實的增強。在視覺化的增強現實中，用戶利用頭盔顯示器，把真實世界與電腦圖形多重合成在一起，便可以看到真實的世界圍繞著它。
[0003]AR設備在室外使用情況下可以通過GPS傳感器獲取位置坐標，通過當前AR設備位置與目標位置的坐標來計算此二者之間的距離。而在室內使用時，由于使用GPS無法有效的定位，并且室內需要測量的距離相對而言比較小，因此在室內無法使用GPS傳感器進行距離測量。現有技術中大多采用激光測距儀進行室內距離測量以及物體高度的測量，但是激光測距儀的造價較高，對于一些測量精度要求不高，成本較小的產品并不友好。此外，現有技術還有采用圖形圖像處理的方法獲取目標物體的位置以及高度信息，但是此類方法所需的運算量十分大，并且并不是十分精確。
【發明內容】
[0004]鑒于上述問題，本發明提供了一種室內測距方法，以解決現有技術中增強現實設備測量其與目標物之間的距離以及目標物高度的成本較高以及運算量大、精確度不高的問題。
[0005]為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的:
[0006]本發明提供一種室內測距方法:
[0007]利用增強現實設備上設置的方向傳感器，獲取增強現實設備上的攝像頭與目標物之間的水平距離；
[0008]利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據所述攝像頭與目標物之間的水平距離獲取所述目標物的高度；
[0009]在增強現實設備顯示的真實世界的景物上，疊加顯示所述目標物的所述水平距離和高度。
[0010]可選地，所述利用增強現實設備上設置的方向傳感器，獲取增強現實設備上的攝像頭與目標物之間的水平距離包括:
[0011]利用所述方向傳感器獲取增強現實設備上的攝像頭至目標物底部與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角α，或者所述攝像頭至目標物延長線與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角α;
[0012]獲取所述攝像頭與地面之間的垂直距離hi;
[0013]根據所述夾角α和所述垂直距離hi，利用公式
[0014]L = hl X tana
[0015]，計算得到所述攝像頭與目標物之間的水平距離L。
[0016]可選地，所述獲取所述攝像頭與地面之間的垂直距離hi包括:
[0017]根據用戶輸入的身高值減去預設值作為所述攝像頭與地面之間的垂直距離hi。
[0018]可選地，在利用所述方向傳感器獲取角度之前，采用如下步驟獲取所述方向傳感器的基準值:
[0019]將所述攝像頭垂直地面、平行地面朝上或平行地面朝下，所述方向傳感器此時獲取到的理論角度值應為0°、90°或270°，將所述方向傳感器實際獲取的角度與所述理論角度值之間的差值作為基準值；
[0020]則利用所述方向傳感器獲取到的攝像頭與目標物連線的角度為所述方向傳感器獲取的實際角度減去所述基準值。
[0021]可選地，對高度低于所述攝像頭且底部著地的目標物，所述利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據所述攝像頭與目標物之間的水平距離獲取所述目標物的高度包括:
[0022]利用所述方向傳感器獲取所述攝像頭至目標物頂部的連線與地面垂直方向的夾角W;
[0023]根據所述夾角β?和已獲知的所述水平距離L，利用公式
[0024]h2 = L/ tanPl
[0025]，計算得到所述攝像頭與目標物頂部之間的垂直距離h2;再利用公式
[0026]h = hl_h2
[0027]，獲得目標物的高度h，其中hi為所述攝像頭與地面之間的垂直距離。
[0028]可選地，對高度高于所述攝像頭且底部著地的目標物，所述利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據所述攝像頭與目標物之間的水平距離獲取所述目標物的高度包括:
[0029]利用所述方向傳感器獲取所述攝像頭至目標物頂部的連線與地面垂直方向的夾M2;
[0030]根據所述夾角β2、已獲知的所述夾角α和所述水平距離L，利用公式[0031 ] h( =tan(P2-90°) XL+tan(90°-α) XL
[0032]，計算得到目標物的高度h‘。
[0033]可選地，對于底部不著地的目標物，所述利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據所述攝像頭與目標物之間的水平距離獲取所述目標物的高度包括:
[0034]利用所述方向傳感器獲取所述攝像頭至目標物頂部的連線與地面垂直方向的夾觸3;
[0035]利用所述方向傳感器獲取所述攝像頭至目標物底部的連線與地面垂直方向的夾角M;
[0036]根據所述夾角β3、所述夾角M和已獲知的所述水平距離L，利用公式
[0037]h〃 =tan(P3-90°) X L+tan (90° -β4) X L
[0038]，計算得到目標物的高度h〃。
[0039]可選地，在利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據所述攝像頭與目標物之間的水平距離獲取所述目標物的高度之前，所述方法還包括:
[0040]選取目標物底部與地面的交點或目標物延長線與地面的交點、選取目標物頂部的一點，以及選取目標物底部的一點；
[0041]通過將所述攝像頭分別對準這些選取點超過預設時間的方式，分別標定出這些選取點。
[0042]可選地，所述方法還包括:
[0043]在增強現實設備上設置模式匹配的選擇按鍵，分別用于匹配如下三種測量模式:測量所述攝像頭與目標物的水平距離、測量底部著地的目標物的高度、測量底部不著地的目標物的高度。
[0044]可選地，所述方法還包括:根據用戶標定的選取點的個數1、2、3，由增強現實設備自動匹配如下三種測量模式:測量所述攝像頭與目標物的水平距離、測量底部著地的目標物的高度、測量底部不著地的目標物的高度。
[0045]本發明的有益效果是:本發明提供的一種室內測距方法，僅通過獲取攝像頭至目標物底部與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角或者攝像頭至目標物延長線與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角、攝像頭至目標物頂部的連線與地面垂直方向的夾角、攝像頭至目標物底部的連線與地面垂直方向的夾角，再根據攝像頭與地面之間的垂直距離即可利用勾股定理計算攝像頭與目標物之間的水平距離以及目標物的高度，計算方法簡單快捷，運算量小，并且成本較低。
【附圖說明】
[0046]圖1是本發明實施例的室內測距方法流程圖；
[0047]圖2是本發明實施例利用增強現實設備獲取其攝像頭與目標物之間水平距離的示意圖；
[0048]圖3是本發明實施例利用增強現實設備獲取高度低于攝像頭且底部著地的目標物的尚度的不意圖；
[0049]圖4是本發明實施例利用增強現實設備獲取高度高于攝像頭且底部著地的目標物的尚度的不意圖；
[0050]圖5本發明實施例利用增強現實設備獲取底部不著地的目標物的高度的示意圖。
【具體實施方式】
[0051]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0052 ]如圖1所示，本發明實施例提供一種室內測距方法，包括:
[0053]步驟S110:利用增強現實設備上設置的方向傳感器，獲取增強現實設備上的攝像頭與目標物之間的水平距離；
[0054]步驟S120:利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據所述攝像頭與目標物之間的水平距離獲取所述目標物的高度；
[0055]步驟S130:在增強現實設備顯示的真實世界的景物上，疊加顯示所述目標物的所述水平距離和高度。
[0056]在本發明的優選實施例中，在利用方向傳感器獲取角度之前，采用如下步驟獲取方向傳感器的基準值:
[0057]將攝像頭垂直地面、平行地面朝上或平行地面朝下，方向傳感器此時獲取到的理論角度值應為0°、90°或270°，將方向傳感器實際獲取的角度與理論角度值之間的差值作為基準值;則利用方向傳感器獲取到的攝像頭與目標物連線的角度為方向傳感器獲取的實際角度減去基準值。例如，將攝像頭垂直地面時方向傳感器獲取到攝像頭發出的一條射線與地面垂直方向的角度值為5°，而此時攝像頭發出的射線與地面垂直方向的理論角度值應為0°，因此將5°作為基準值，在后續利用方向傳感器獲取的攝像頭與目標物連線的角度時都要將方向傳感器獲取的實際角度減去基準值5°，以提高方向傳感器的測量準確度。
[0058]如圖2所示，在步驟120中，利用增強現實設備上設置的方向傳感器，獲取增強現實設備上的攝像頭與目標物之間的水平距離包括:
[0059]利用方向傳感器獲取攝像頭(即圖2中的C點)至目標物底部與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角α，或者攝像頭至目標物延長線與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角α;
[0060]獲取攝像頭與地面之間的垂直距離hi，即圖2中B1C1的距離；
[0061]根據夾角α和垂直距離hi，利用公式
[0062]L = hl X tana
[0063]，計算得到攝像頭與目標物之間的水平距離L，即圖2中B1A1的距離。
[0064]在本發明的一個具體實施例中，獲取攝像頭與地面之間的垂直距離hi包括:根據用戶輸入的身高值減去預設值作為攝像頭與地面之間的垂直距離hi。由于用戶將AR設備佩戴在頭部時，AR設備低于用戶的頭頂，AR設備的攝像頭與地面之間的垂直距離比用戶的身高值低，因此需要根據用戶的身高值減去預設值以提高準確度，此處的預設值可以取一經驗值，例如I lcm。
[0065]如圖3所示，對高度低于攝像頭且底部著地的目標物，目標物底部與地面的交點為A2點，目標物頂部為出點，利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據攝像頭與目標物之間的水平距離獲取目標物的高度包括:利用方向傳感器獲取攝像頭(C2點)至目標物頂部(D2點)的連線C2D2與地面垂直方向C2B2的夾角β?;
[0066]根據夾角β?和根據上述方法獲知的水平距離L(即圖3的B2A2的距離)，利用公式
[0067]h2 = L/ tanPl
[0068]，計算得到攝像頭與目標物頂部之間的垂直距離h2，即圖3中C2E2的距離，其中D2E2垂直C2B2 ；再利用公式
[0069]h = hl-h2
[0070]，即可獲得目標物的高度h，即圖3中A2D2的距離，其中hi為攝像頭與地面之間的垂直距離。
[0071]如圖4所示，對高度高于攝像頭且底部著地的目標物，目標物底部與地面的交點為A3點，目標物頂部為D3點，利用增強現實設備上設置的方向傳感器，獲取目標物的高度包括:
[0072]利用方向傳感器獲取攝像頭至目標物頂部的連線C3D3與地面垂直方向C3B3的夾角β2；
[0073]根據夾角β2、已獲知的夾角α和水平距離L，利用公式
[0074]h( =tan(P2-90°) XL+tan(90°-a) XL
[0075]，計算得到目標物的高度h‘。
[0076]其中α是C3B3與C3A3之間的夾角，可以直接由傳感器獲取，L，S卩B3A3的距離，可利用以下公式計算:B3A3 = hl X tana。由(3點向A3D3引一條垂直線C3E3，tan(P2_90°)父1^即為03已3的距離，tan(90°-α) XLg卩為A3E3的距離。
[0077]如圖5所示，對于底部不著地的目標物，目標物延長線與地面的交點為A4點，目標物頂部為D4點，利用增強現實設備上設置的方向傳感器，獲取目標物的高度的方法包括:
[0078]利用方向傳感器獲取攝像頭至目標物頂部的連線C4D4與地面垂直方向C4B4的夾角β3；
[0079]利用方向傳感器獲取攝像頭至目標物底部的連線C4E4與地面垂直方向C4B4的夾角Μ;
[0080]根據夾角β3、夾角β4和已獲知的水平距離L，利用公式[0081 ] h〃 =tan(P3-90°) X L+tan (90° -β4) X L
[0082]，計算得到目標物的高度h〃。
[0083]其中，L是B4A4的距離，可利用以下公式計算:B4A4 = B4C4 X tana，(1是〇4134與C4A4之間的夾角，可以直接由傳感器獲取。由C點向E4D4引一條垂直線C4F4，tan(β3-90°) X L即為D4F4的距離，tan(90° -β4) X L即為F4E4的距離。
[0084]需要說明的是，當目標物底部不著地時，一種情況是目標物延長線與地面的交點A4可以直接觀測到，例如目標物為窗戶，則窗戶延長線與地面的交點可由窗戶底部的墻壁與地面的交點來確定。另一種情況是目標物懸空，目標物延長線與地面的交點A4不能直接觀測到，此時需要借助其他方法確定交點A4,例如可以在目標物的底部懸掛一條末端系重物的細繩，重物接觸地面的點即為目標物延長線與地面的交點Α4。
[0085]在本發明的一個具體實施例中，在利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據攝像頭與目標物之間的水平距離獲取目標物的高度之前，需要選取目標物底部的一點、選取目標物頂部的一點、以及選取目標物底部與地面交點或者目標物延長線與地面的交點，標定這些選取點可以通過以下兩種方式，一種是通過將攝像頭分別對準這些選取點超過預設時間的方式，分別標定出這些選取點，即將攝像頭對準這些選取點并等待預設時間，例如3秒后，攝像頭即可獲取到該點。另一種方式是將攝像頭對準上述選取點，然后在AR設備配套的輸入設備，例如藍牙鍵盤等，點擊確認即可獲取到該點。
[0086]在本發明的優選實施方案中，根據用戶標定的選取點的個數1、2、3，由增強現實設備自動匹配如下三種測量模式:測量攝像頭與目標物的水平距離、測量底部著地的目標物的高度、測量底部不著地的目標物的高度。即當用戶標定I個選取點時，AR設備自動匹配測量攝像頭與目標物的水平距離，該標定的選取點為攝像頭至目標物底部與地面交點或者攝像頭至目標物延長線與地面交點。當用戶標定2個選取點時，AR設備自動匹配測量底部著地的目標物的高度，該2個選取點分別為攝像頭至目標物底部與地面交點和目標物頂部的一點。當用戶標定3個選取點時，AR設備自動匹配測量底部不著地的目標物的高度，該3個選取點分別為攝像頭至目標物延長線與地面交點、目標物底部的一點和目標物頂部的一點。
[0087]在本發明的另一優選實施方案中，在增強現實設備上設置模式匹配的選擇按鍵，分別用于匹配如下三種測量模式:測量攝像頭與目標物的水平距離、測量底部著地的目標物的高度、測量底部不著地的目標物的高度。用戶按下不同的選擇按鍵后AR設備進入不同的測量模式。
[0088]綜上所述，本發明實施例的有益效果是:本發明實施例提供的一種室內測距方法，僅通過獲取攝像頭至目標物底部與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角或者攝像頭至目標物延長線與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角、攝像頭至目標物頂部的連線與地面垂直方向的夾角、攝像頭至目標物底部的連線與地面垂直方向的夾角，再根據攝像頭與地面之間的垂直距離即可利用勾股定理計算攝像頭與目標物之間的水平距離以及目標物的高度，計算方法簡單快捷，運算量小，并且成本較低。
[0089]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種室內測距方法，其特征在于， 利用增強現實設備上設置的方向傳感器，獲取增強現實設備上的攝像頭與目標物之間的水平距離； 利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據所述攝像頭與目標物之間的水平距離獲取所述目標物的高度； 在增強現實設備顯示的真實世界的景物上，疊加顯示所述目標物的所述水平距離和高度。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用增強現實設備上設置的方向傳感器，獲取增強現實設備上的攝像頭與目標物之間的水平距離包括: 利用所述方向傳感器獲取增強現實設備上的攝像頭至目標物底部與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角α，或者所述攝像頭至目標物延長線與地面交點的連線與地面垂直方向的夾角α; 獲取所述攝像頭與地面之間的垂直距離hi; 根據所述夾角α和所述垂直距離hi，利用公式L = hl X tana ? 計算得到所述攝像頭與目標物之間的水平距離L。3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述獲取所述攝像頭與地面之間的垂直距離hi包括: 根據用戶輸入的身高值減去預設值作為所述攝像頭與地面之間的垂直距離hi。4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，在利用所述方向傳感器獲取角度之前，采用如下步驟獲取所述方向傳感器的基準值: 將所述攝像頭垂直地面、平行地面朝上或平行地面朝下，所述方向傳感器此時獲取到的理論角度值應為0°、90°或270°，將所述方向傳感器實際獲取的角度與所述理論角度值之間的差值作為基準值； 則利用所述方向傳感器獲取到的攝像頭與目標物連線的角度為所述方向傳感器獲取的實際角度減去所述基準值。5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，對高度低于所述攝像頭且底部著地的目標物，所述利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據所述攝像頭與目標物之間的水平距離獲取所述目標物的高度包括: 利用所述方向傳感器獲取所述攝像頭至目標物頂部的連線與地面垂直方向的夾角β?; 根據所述夾角β?和已獲知的所述水平距離L，利用公式h2 = L/tanPl， 計算得到所述攝像頭與目標物頂部之間的垂直距離h2;再利用公式h = hl_h2， 獲得目標物的高度h，其中hi為所述攝像頭與地面之間的垂直距離。6.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，對高度高于所述攝像頭且底部著地的目標物，所述利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據所述攝像頭與目標物之間的水平距離獲取所述目標物的高度包括: 利用所述方向傳感器獲取所述攝像頭至目標物頂部的連線與地面垂直方向的夾角β2; 根據所述夾角擬、已獲知的所述夾角α和所述水平距離L，利用公式h‘=tan(i32-90°)XL+tan(90°—a) XL， 計算得到目標物的高度h‘。7.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，對于底部不著地的目標物，所述利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據所述攝像頭與目標物之間的水平距離獲取所述目標物的高度包括: 利用所述方向傳感器獲取所述攝像頭至目標物頂部的連線與地面垂直方向的夾角β3;利用所述方向傳感器獲取所述攝像頭至目標物底部的連線與地面垂直方向的夾角Μ;根據所述夾角β3、所述夾角M和已獲知的所述水平距離L，利用公式h〃=tan(i33-90°)XL+tan(90°-β4) XL， 計算得到目標物的高度h〃。8.根據權利要求5-7任一項所述的方法，其特征在于，在利用增強現實設備上設置的方向傳感器，根據所述攝像頭與目標物之間的水平距離獲取所述目標物的高度之前，所述方法還包括: 選取目標物底部與地面的交點或目標物延長線與地面的交點、選取目標物頂部的一點，以及選取目標物底部的一點； 通過將所述攝像頭分別對準這些選取點超過預設時間的方式，分別標定出這些選取點。9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法還包括: 在增強現實設備上設置模式匹配的選擇按鍵，分別用于匹配如下三種測量模式:測量所述攝像頭與目標物的水平距離、測量底部著地的目標物的高度、測量底部不著地的目標物的高度。10.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法還包括:根據用戶標定的選取點的個數1、2、3，由增強現實設備自動匹配如下三種測量模式:測量所述攝像頭與目標物的水平距離、測量底部著地的目標物的高度、測量底部不著地的目標物的高度。
【文檔編號】G01B11/06GK105937878SQ201610411893
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年6月13日
【發明人】高峰凱
【申請人】歌爾科技有限公司