雙光點(diǎn)成像智能尺

王一諾　袁央清

我的發(fā)明源自于媽媽遇到的一件麻煩事。那天爸爸出差，我在寫作業(yè)，天花板上的燈突然壞了，房間里面一片漆黑。媽媽打電話給燈具店老板，老板讓媽媽量燈管的尺寸，這樣才能帶合適的燈具上門更換。然而因?yàn)闆]有梯子，我們沒法攀高測(cè)量，結(jié)果房間黑了好幾天，我們勉強(qiáng)用臺(tái)燈照明。那時(shí)我就想，有沒有一種尺子能夠快速隔空測(cè)量燈管的尺寸呢？

研究過程

有了這個(gè)想法后，我就自己上網(wǎng)查詢一些資料，爸爸和老師也給了我很多幫助。后來我們發(fā)現(xiàn)：通過手機(jī)拍照可以測(cè)量物體的尺寸，但是物體旁邊必須有參照物，比如1張名片或1個(gè)硬幣。通過照片中物體和參照物的比例關(guān)系，可以計(jì)算出物體的實(shí)際尺寸。為了研究比例問題，我提前學(xué)習(xí)了6年級(jí)的數(shù)學(xué)內(nèi)容，學(xué)會(huì)了通過比例關(guān)系計(jì)算物體的實(shí)際尺寸，這著實(shí)讓我在同學(xué)面前炫了一把，我一下子成了班級(jí)的小名人。

可是問題隨之而來，這并不能解決媽媽的麻煩事。要在天花板上的燈管旁邊放1張名片，好像不太現(xiàn)實(shí)。到底該怎么辦呢？還有什么更好的參照物嗎？

創(chuàng)新解決方案

由于一直沒有找到能“爬”到電燈上的參照物，我的研究陷入了絕境?？墒枪Ψ虿回?fù)有心人，有一次我和同學(xué)玩激光筆在墻面上追逐游戲的時(shí)候，突然發(fā)現(xiàn)2支激光筆并在一起時(shí)，光點(diǎn)之間的距離是不變的。這2個(gè)激光點(diǎn)，能輕松“爬上”高處的電燈，我迫不及待地和家長(zhǎng)、老師分享了我的這個(gè)發(fā)現(xiàn)。

由于這個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)，我有了新的靈感。經(jīng)過一次又一次實(shí)驗(yàn)，我終于成功了！我把它命名為“雙光點(diǎn)成像智能尺”。智能尺是由1個(gè)底座和1個(gè)智能拍照手機(jī)組成的。木頭底座是我弟弟的玩具，2個(gè)孔間的距離是15厘米，在這2個(gè)孔里各放1支激光筆，由于光是沿直線傳播的，那么無論要測(cè)量的物體是近還是遠(yuǎn)，只要物體在正前方，激光筆的2個(gè)光點(diǎn)照到物體上時(shí)，間距也一定是15厘米。

測(cè)量時(shí)，用手機(jī)將被測(cè)量的物體拍照，雖然畫面是縮小了的，但是光點(diǎn)和物體之間的比例關(guān)系不會(huì)改變。量出手機(jī)屏幕中光點(diǎn)間的距離和物體的長(zhǎng)度，可以計(jì)算出二者的比例，再乘以我們已知的光點(diǎn)之間的實(shí)際距離15厘米，就能得到物體的實(shí)際尺寸。通過多次實(shí)際使用驗(yàn)證，雙光點(diǎn)成像智能尺還是相當(dāng)精準(zhǔn)的。

我發(fā)明的雙光點(diǎn)成像智能尺只需用手機(jī)拍照，不需要接觸要測(cè)量的物體，就可以快速方便地進(jìn)行測(cè)量，非常方便實(shí)用！

創(chuàng)新研究實(shí)用效果與后期研發(fā)

智能尺在“清清園藝坊”的植物觀察實(shí)踐應(yīng)用

“清清園藝坊”是我們學(xué)校的STEM課程。學(xué)校參加了小學(xué)科學(xué)網(wǎng)“魔豆”成長(zhǎng)記錄活動(dòng)，每一位同學(xué)都親自種植1株魔豆，然后仔細(xì)觀察記錄魔豆苗的成長(zhǎng)。由于種子與環(huán)境的原因，魔豆生長(zhǎng)情況不一樣。有的種子才剛剛開始破土，有的豆苗已經(jīng)長(zhǎng)出第1片子葉;有的魔豆苗還不到5厘米高，有的就已經(jīng)長(zhǎng)到20厘米高了。當(dāng)有大量魔豆苗需要記錄成長(zhǎng)情況時(shí)，其工作量是相當(dāng)繁復(fù)的。

在魔豆生長(zhǎng)的過程中，同學(xué)們需要記錄不同時(shí)期植物的高度、枝葉生長(zhǎng)情況等，這時(shí)我的智能尺就派上大用場(chǎng)了。每隔一段時(shí)間，我們對(duì)所有魔豆進(jìn)行雙光點(diǎn)拍照，通過照片中比例關(guān)系，可以計(jì)算出魔豆苗的高度。照片除了記錄日期、魔豆苗高度，還可以記錄葉片的數(shù)量、葉片之間的距離、葉片的大小及分布、葉片的顏色等。同學(xué)們通過照片就可以清楚了解自己魔豆的生長(zhǎng)情況。

雙光點(diǎn)成像智能尺不僅可以記錄魔豆苗的高度，而且在拍照的時(shí)候不用考慮相機(jī)與魔豆苗之間的距離，所以這種方式是非常好的記錄植物生長(zhǎng)的方法。

后續(xù)發(fā)展

智能尺還可以和智能手機(jī)融合，通過手機(jī)軟件自動(dòng)計(jì)算照片中光點(diǎn)距離和物體邊緣距離的比例關(guān)系，從而快速測(cè)量出物體的尺寸。智能尺還能夠?qū)崿F(xiàn)普通尺子不能做到的測(cè)量工作，比如，懸崖上小樹的高度，樹上小鳥的長(zhǎng)度等。

創(chuàng)新點(diǎn)

◇雙光點(diǎn)成像智能尺在無需實(shí)際的尺子、不接觸物體的情況下，能夠快速方便地測(cè)量物體的尺寸。

◇雙光點(diǎn)成像智能尺的創(chuàng)新之處在于，以2個(gè)等距“激光”為參照物的方式進(jìn)行測(cè)量操作。

◇雙光點(diǎn)成像智能尺可以和智能手機(jī)APP配套使用，使測(cè)量工作更加方便快捷。

◇通過雙光點(diǎn)成像智能尺可以實(shí)現(xiàn)“照片+時(shí)間+雙光點(diǎn)”的記錄方式，快速方便地記錄大量物體（比如植物生長(zhǎng)）的變化情況，方便進(jìn)錄和統(tǒng)計(jì)工作，并且大大降低記錄難度，提高工作效率。

該項(xiàng)目獲得第33屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽創(chuàng)新成果競(jìng)賽項(xiàng)目小學(xué)組技術(shù)類一等獎(jiǎng)。

專家評(píng)語(yǔ)

作者利用激光直線傳播性能優(yōu)的特點(diǎn)，通過比例關(guān)系，可實(shí)現(xiàn)隔空測(cè)量物體長(zhǎng)度，具有一定的科學(xué)性和實(shí)用性，創(chuàng)新點(diǎn)突出。建議對(duì)不同長(zhǎng)度誤差進(jìn)行量化計(jì)算，增加自動(dòng)記錄和自動(dòng)計(jì)算功能，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量，提高產(chǎn)品實(shí)用性。