关于手机摄像头实现测量的应用案例研究

毛蕊

摘要：目前智能手机以其功能多样、集成度高、方便智能等特点，已成为人们生产生活必不可少的智能设备，使我们的生活变得快捷高效。照相机作为智能手机的必需品，也在逐步扩展其应用场景。通过分析手机照相机原理和应用功能，发现当今手机照相机存在功能单一、应用范围小等问题针对以上问题，提出在不改变现有硬件部件的基础上扩展手机照相机的功能，使其能够实现对实际直线长度、高度、曲线长度、角度等多个物理量的测量，充分扩展了手机照相机的预览用途，增添用户体验度。

关键词：手机照相机预览功能 实物测量

1引言

近年来，有人提出使用移动终端进行测距的想法，但只是局限于测量实际物体与手持设备间的距离，不能测量更多诸如角度，曲线以及虚拟图片的测量，且要求的已知参量较多，测量精度不高，最主要是没能结合手机预览功能设置直观的可视界面和测量结果存储功能，使用不方便。

针对以上的局限性本文提出一种利用智能手机自带照相机功能，实现实际物体长度、距离、高度、角度、曲线等任意轮廓的准确测量方法。充分扩展了手机照相机的应用场景。

2基本原理

照相机镜头是凸透镜，照相机就是利用凸透镜能成倒立、缩小、

当已知手机照相机凸透镜焦距f，根据手机照相机模组内部马达移动距离，得知被测对象的像距V，根据成像规律公式即可得出物体距离照相机镜头的实际距离。这是照相机可以实现距离测量的基本原理。基于以上分析以及扩展研究，可以延伸拓展出手机照相机对于实际直线长度（高度）、曲线长度、角度、甚至任意曲线或曲面等物理量的测量。

3应用案例

（l）采用照相机实现直线长度（高度）测量

打开手机拍照功能进入预览界面，照相机正对被测目标使其全部在预览界面显示。然后，在预览界面点击测量切换按钮，同时在下拉菜单选择直线测量模式，此时用手或者手写笔在屏幕上点击选择测量起始点，则在该点出现红色“+”标记表示选定，然后在屏幕上拖动该标记至被测量目标终止点，则会在在屏幕上画出一条从起始点到终止点直线，同时该线段两个端点可以人为调整其长度和方向，标记完成后点击界面完成按钮，此时手机处理系统会根据所选测量模式以及选中的屏幕像素点个数，得到所成像长度，并读取的照相机的焦距f及在该种情况下的像距v等参数完成计算，并将最终实际被测目标尺寸在预览界面显示。同时出现可供用户选择的“保存”或“放弃”按钮，方便用户保存在测量时的方法及结果图面。工作流程

已知照相机焦距常数f，根据手指触碰被测物体起始点时确定对焦点，可读取此时像素点的像距v，根据成像原理l/u+l/v= l/f得物距u，再根据在预览界面选择的起始点与终止点之间连线的像素点个数n，计算得出实物的长度ι。最后依据相似三角形比例公式得：△ABO@△EDO

式中，ι为所需测量的十五长度，ι为实际传感器上成像长度

那么，如何获得传感器成像的准确尺寸ι呢？

根据传感器面积与屏幕分辨率的对应关系（也就是传感器成像大小与屏幕像素点个数）：

为了所画轮廓清晰可见，定义线宽为M个像素点（可根据屏幕分辨率设定，如定义为分辨率1%），n为所绘直线总像素点个数，则绘

通过成像传感器面积与显示器分辨率的比例关系以及所绘直线像素点个数来计算得出实际成像长度ι。最后，将②代人①中得出实际被测物体的尺寸：

（2）采用照相机实现曲线长度的测量

1）具体实现方案：同样地打开照相机进入预览界面，将被测目标全部呈现在在照相机预览界面。在预览界面点击测量切换按钮，同时在二级菜单选择曲线测量模式，此时用手或者手写笔在屏幕上点击选择测量第一测量点，则在该点出现表示选定，然后依次在屏幕上选择曲线上多个测量点，如第二测试点，第三测量…等。则在屏幕上会依次出现所选择点的“+”标记，同时现一条连接各个测量点的折线，同时可以人为调整该折线段任意端点位置从而调整其长度和方向，标记完成后点击界面完成按钮，此时手机处理系统会根据所选测量模式以及相邻两个测试点的屏幕像素个数，得到各段成像长度，并通过读取得到的照相机的焦距f及在该种情况下的像距v等参数，完成相邻测量点所对应的实际长度的计算，最后通过各段实际长度累加求和得出实际曲线读，并将最终实际被测目标尺寸在预览界面显示。同时出现可供用户选择的“保存”或“放弃”按钮，方便用户保存在测量时的方法及结果图面。工作流程如下所示。

2）具体计算方法：如图3所示。根据以上两点间直线长度测量法，曲线长度的测量是在两点测量的基础上进行求和计算是一种近似测量。

已知焦距f，相邻两点像距vl，可得物距ul，又可以通过1点和2点之间像素点个数得到预览界面两点间长度t1，根据相似三角形关系得出第一测量点和第二测量点之间的实际长度ι1。以此类推可得到2-3点间实际长度ι2，3-4点间实际长度ι3，4-5点间实际长度ι4，5-6点实际长度ι5，6-7点间实际长度ι6，7-8点间实际长长度ι7，那么实际曲线长度即L=ι1+ι2+ι3+ι4+ι5+ι6+ι7，从而得出实际曲线总长度

4结论

本文基于手机照相机预览功能，在无需额外添加硬件部品的前提下，扩展手机照相机附加功能。主要依据凸透镜成像规律和相似三角形关系原理，通过模式选择不同的測量量（如实际直线或曲线长度、高度、角度、坡度、面积等），实现对实际物理量的精准测量。同时，能够将测量的方法图面和结果实时进行存储。解决手机应用场景单一的问困扰，能够实现多个实际物理量（如家具装修尺寸，户型尺寸，身高，地理位置的实际距离，路面裂痕状况等）的准确测量。