专利名称：旋转角度检测装置及方法
技术领域：
本发明有关一种检测装置与检测方法，特别是对旋转角度进行检测的装置与方法。
背景技术：
现在的旋转角度的检测大多是通过旋转传感器进行检测，而旋转传感器也是通过检测机械变形量或机械作用力的大小，或者是通过电容或电阻值的改变判断旋转的角度，此种方式存在的不足之处元件体积较大，不易安装在一些便携式电子装置上，而现有的便携式电子装置中对于图片的旋转通常是固定角度的，即通常重力感应器等MEMS器件，感测电子装置的方向，从而相应的将图片在横屏与竖屏显示方式之间转换，即只是进行90度的变换，无法适用于需要其他角度旋转的应用环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种旋转角度检测装置与方法，采用图像处理技术对旋转角度进行检测，以解决现有技术中无法对任意角度进行检测的问题。为实现上述目的，本发明提供一种旋转角度检测装置，包括图像传感器阵列，该图像传感器阵列分为多个图像传感器块，并呈环状分布形成传感器环。依据上述主要特征，该图像传感器阵列的多个图像传感器块形成的传感器环设有多个,并且这些传感器环的中心重合。依据上述主要特征，该旋转角度检测装置还包括图像处理电路，设于图像传感器阵列的中心位置，并且形成传感器环的图像传感器块之间及不同传感器环之间均可设有间隙。为实现上述目的，本发明提供一种利用上述的旋转角度检测装置对旋转角度进行检测的方法，该方法包括如下步骤通过该旋转角度检测装置的图像传感器阵列取得原始帧；取得原始帧的传感器环的像素值，并旋转移位该传感器环形成多个第一比较帧；取得当前帧，并取得传感器环的像素值，并旋转移位该传感器环形成多个第二比较帧； 将这些第一比较帧与第二比较帧进行相关运算，取得最大相关值，计算此最大相关值对应的旋转矢量。依据上述主要特征，根据原始帧传感器环的像素值形成第一比较帧是通过将此传感器环的像素值进行顺时针与逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到，如原始帧每个
传感器环的像素值为Y1，Y2，.......Υ12，则顺时针旋转a单位的图像传感器块形成的第一
比较帧的数据Ai1,Ai2,......,Ai2，其中i = O,......I，I代表最大旋转的单位个数，如此
第一比较帧的数据Ai1, Ai2,......，Ai2为Ai1 = (1-ai) Yl+ai Y2 ；
Ai2 = (1-ai) Y2+ai Y3由此类推，而Ai12= (1-ai) Y12+ai Yl ；而逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到的比较帧的数据为A_i1; A-i2,A-I3......，A-i12 为A-i2 = a iYl+ (1-ai) Y2 ；A_i3 = ai Y2+(l_ai)Y3 ；由此类推，而A-Ii1 = ai Y12+(l_ai) Yl。依据上述主要特征，根据当前帧传感器环的像素值形成第二比较帧是通过将此传感器环的像素值进行顺时针与逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到，如当前帧每个
传感器环的像素值为Z1，Z2，......，Z12，则顺时针旋转移位a单位的图像传感器块形成的
第二比较帧的数据Bi1,Bi2,......,Bi2，其中i = O,......I，I代表最大旋转的单位个数，
如此第二比较帧的数据Bi1, Bi2,......，Bi2为Bi1 = (1-ai) Zl+ai Z2 ;Bi2 = (1-ai) Z2+ai Z3由此类推，而Bi12= (l-ai)Z12+a iZl ；而逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到的比较帧的数据为B_i1; B-i2,B-I3......，B-i12 为B-i2 = ai Zl+(l_ai)Z2;B-i3 = ai Z2+(l-ai)Z3 ;由此类推，而B-Ii1 = B iZ12+(l_ai)Zl。依据上述主要特征，当有多个传感器环时，对每一传感器环的原始帧与当前帧进行旋转移位处理形成第一与第二比较较帧，并进行相关运算，得到每一传感器环的最大相关值对应的旋转矢量，之后对这些旋转角度进行加权平均，得到最终的旋转矢量。与现有技术相比较，本发明通过将图像传感器阵列分为多个图像传感器块，并呈环状分布形成传感器环，如此通过将传感器环的各个图像传感器块的像素值取出而形成环状图像，之后通过对原始帧与当前帧的环状图像旋转处理得到比较帧，通过比较帧的相关运算而确定旋转矢量，如此利用图像处理的原理实现旋转角度的检测，从而克服现有旋转检测装置的局限性，更利于将该旋转检测装置应用于便携式电子装置上，从而令使用者实现对控制对象任意角度的旋转操作。
图I为实施本发明的旋转角度检测装置的图像传感器阵列的分布示意图。图2为实施本发明的旋转角度检测方法的流程图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明具体实施方式
进行说明。请参阅图I所示，为实施本发明的旋转角度检测装置的图像传感器阵例的分布示意图，该图像传感器阵列分为多个图像传感器块，并呈环状分布形成传感器环。并且在实施时，可设有多个(如K个)传感器环，并且这些图像传感器环呈同心设置，而每传感器环则包括N个图像传感器块，如此形成的图像的每一帧由K*N个像素组成。当然在具体实施时，该图像传感器块可可为一个较小的图像传感器阵例，通过将图像传感器阵例的像素平均值取得作为该图像传感器块的像素值。在图I所示的实施例中，设有三个图像传感器环L1, L2, L3，其中每个图像传感器环包括呈环状分布的12个图像传感器块。另外，该图像传感器阵列的中心位置设有图像处理电路，同理，形成传感器环的图像传感器块之间以及不同传感器环之间均可设有间隙，如此也可设置一些处理电路。请参阅图2所示，为实施本发明的旋转角度检测方法的流程图，为利用上述的旋转角度检测装置对旋转角度进行检测的方法，该方法包括如下步骤通过该旋转角度检测装置的图像传感器阵列取得原始帧；
取得原始帧的传感器环的像素值，并旋转移位该传感器环形成多个第一比较帧；取得当前帧，并取得传感器环的像素值，并顺时针与逆时针旋转移位该传感器环形成多个第二比较帧；将这些第一比较帧与第二比较帧进行相关运算，取得最大相关值，计算此最大相关值对应的旋转矢量。在上述的步骤中，其中根据原始帧传感器环的像素值形成第一比较帧是通过将此传感器环的像素值进行顺时针与逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到，如原始帧每
个传感器环的像素值为Y1，Y2，.......Υ12，则顺时针旋转a单位的图像传感器块形成的第
一比较帧的数据Ai1,Ai2,......,Ai2，其中i = O,......I，I代表最大旋转的单位个数，如
此第一比较帧的数据Ai1, Ai2,......，Ai2为Ai1 = (1-ai) Yl+ai Y2 ；Ai2 = (1-ai) Y2+ai Y3由此类推，而Ai12= (1-ai) Y12+ai Yl ；而逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到的比较帧的数据为A_i1; A-i2,A-I3......，A-i12 为A-i2 = a iYl+(l_ai)Y2 ；A_i3 = ai Y2+(l_ai)Y3 ；由此类推，而A-L = ai Y12+(l-ai)Yl。同理，而根据当前帧传感器环的像素值形成第二比较帧是通过将此传感器环的像素值进行顺时针与逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到，如当前帧每个传感器环的
像素值为Z1，Z2，......，Z12，则顺时针旋转移位a单位的图像传感器块形成的第二比较帧
的数据Bi1,Bi2,......,Bi2，其中i = O,......I，I代表最大旋转的单位个数，如此第二比
较帧的数据Bi1, Bi2,......,Bi2S :Bi1 = (1-ai) Zl+ai Z2 ；Bi2= (1-ai) Z2+ai Z3由此类推，而Bi12=(1-ai)Z12+a iZl ；而逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到的比较帧的数据为B_i1; B-i2,B-I3......，B-i12 为B-i2 = ai Zl+(l-ai)Z2 ；
B-i3 = ai Z2+(l-ai)Z3 ;由此类推，而iZ12+(l_ai)Zl。由上述的方式得到第一与第二比较帧，之后将第一与第二比较帧进行相关运算，
对于每一传感器环均有(21+1)*(21+1)个相关值，将原始帧通过旋转ai(i = O,......I，I
代表旋转的单位数量)的方式，共得到21+1个第一比较帧(其中i = O为原始帧，即没有进行旋转)，以同样的方式也可得到21+1个第二比较帧，如此二者进行相关运算，从而可以得到(21+1) *(21+1)个相关值，从而取得最大相关值，从而便可计算得到旋转矢量，在具体实施时，该旋转旋转矢量可为旋转角度，或者也可为旋转加速度，此完全取决于实际的应用状况，对于其中的计算，如旋转角度与旋转加速度，为图像处理领域非常成熟的方法，因此这里不再详细说明。
以下举一事例进行说明，假设I = 2，a = 1/4时，则可以得到21+1 = 5个比较帧。SI-第一个相对应的比较帧的旋转数量(逆时针旋转二个单位)是(_2)xa=—1/2, (i = 2，a = 1/4)；S2-第二个相对应的比较帧的旋转数量(逆时针旋转一个单位)是(-l)xa=-1/4, (i = I, a = 1/4)；S3-第三个相对应的比较帧的旋转数量(逆时针旋转O个单位，即未旋转)是(O)xa = O, (i = O, a = 1/4)；S4-第四个相对应的比较巾贞的旋转数量(顺时针旋转一个单位)是(l)xa = 1/4,(i = I, a = 1/4)；S5-第五个相对应的比较巾贞的旋转数量(顺时针旋转二个单位)是(2)xa = 1/2,(i = 2, a = 1/4)；因此上述的SI，S2，S3，S4，S5对应于原始帧和当前帧共产生5个第一比较帧和5个第二比较帧,分别定义为 SYl, SY2, SY3, SY4, SY5 及 SD1，SD2, SD3, SD4, SD5。将SYl分别与SD1，SD2，SD3，SD4，SD5进行相关计算，得出5个相关值。将SY2分别与SDI，SD2，SD3，SD4，SD5进行相关计算，得出5个相关值。将SY3分别与SDI，SD2，SD3，SD4，SD5进行相关计算，得出5个相关值。将SY4分别与SD1，SD2，SD3，SD4，SD5进行相关计算，得出5个相关值。将SY5分别与SDI，SD2，SD3，SD4，SD5进行相关计算，得出5个相关值。如此共得出(2I+l)x(2I+l) = 25个相关值，取出其中一个最相关的值所对应的SYi与SDj的组合，便可得出旋转矢量。举例若SYi = SY3，SDj = SD3，则旋转矢量为S3-S3=O。若 SYi = SY2，SDj = SD5，则旋转矢量为 S5-S2 = 1/2-(-1/4) = 3/4 旋转数量。当然在具体实施时I、a、旋转数量与旋转角度的值需要根据传感器的采样频率决定，如在上述的例子中，假如a= 1/4代表旋转了 I度，则通过上述的计算可知3/4旋转数量表示顺时针旋转了 3度。在具体实施时，如果有多个传感器环，设有K个，则通过上述的计算可得到K个最大相关值，之后计算得到与每一最大相关值对应的K个旋转角度，最后依据该计算得到的旋转角度通过加权平均从而可以确定原始帧与当前帧的旋转矢量，在具体实现时，可对相关值强的矢量分配较高的权重，而相关值弱的矢量分配低的权重，从而得到最终的旋转矢量。
本领域的普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例所描述的各示例的单元及方法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件与软件的可互换性，在上述的说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成和步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。结合本文中所公开的实施例描述的方法步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实现。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器 (ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、CD-ROM或本技术领域内所公知的任意其他形式的存储介质中。可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发 明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种旋转角度检测装置，包括图像传感器阵列，该图像传感器阵列分为多个图像传感器块，并且这些图像传感器块呈环状分布形成传感器环。
2.如权利要求I所述的旋转角度检测装置，其特征在于该传感器环设有多个，并且这些传感器环的中心重合。
3.如权利要求I所述的旋转角度检测装置，其特征在于该旋转角度检测装置还包括图像处理电路，设于图像传感器阵列的中心位置。
4.如权利要求I所述的旋转角度检测装置，其特征在于形成传感器环的图像传感器块之间可设有间隙。
5.如权利要求I所述的旋转角度检测装置，其特征在于不同传感器环之间可设有间隙。
6.一种利用权利要求I所述的旋转角度检测装置对旋转角度进行检测的方法，该方法包括如下步骤 通过该旋转角度检测装置的图像传感器阵列取得原始帧； 取得原始帧的传感器环的像素值，并旋转移位该传感器环形成多个第一比较帧； 取得当前帧，并取得传感器环的像素值，并旋转移位该传感器环形成多个第二比较帧； 将这些第一比较帧与第二比较帧进行相关运算，取得最大相关值，计算此最大相关值对应的旋转矢量。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于根据原始帧传感器环的像素值形成第一比较帧是通过将此传感器环的像素值进行顺时针与逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到，如原始帧每个传感器环的像素值为Yl，Y2，.......Y12，则顺时针旋转a单位的图像传感器块形成的第一比较帧的数据Ai1, Ai2,......，Ai2，其中i = O，......I，I代表最大旋转的单位个数，如此第一比较帧的数据Ai1, Ai2,......，Ai2为Ai1 = (l-ai)Yl+ai Y2 ；Ai2 = (l-ai)Y2+ai Y3由此类推，而 Ai12 = (1-ai) Y12+ai Yl ； 而逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到的比较帧的数据为A-i1; A-i2,A-I3......，A-i12 为A-i2 = a iYl+(l-ai) Y2 ；A-i3 = ai Y2+(l-ai) Y3 ；由此类推，而 A-Ii1 = ai Y12+(l-ai) Ylo
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于根据当前帧传感器环的像素值形成第二比较帧是通过将此传感器环的像素值进行顺时针与逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到，如当前帧每个传感器环的像素值为Zl，Z2，......，Z12，则顺时针旋转移位a单位的图像传感器块形成的第二比较帧的数据Bi1, Bi2,......，Bi2，其中i = 0，......I，I代表最大旋转的单位个数，如此第二比较帧的数据Bi1, Bi2,......,Bi2S :Bi1 = (l-ai)Zl+ai Z2 ；Bi2 = (l-ai)Z2+ai Z3由此类推，而 Bi12 = (l-ai)Z12+a iZl ；而逆时针旋转移位a单位的图像传感器块得到的比较帧的数据为B-i1; B-i2,B-I3......，B-i12 为B-i2 = ai Zl+(l-ai)Z2 ；B-I3 = ai Z2+(l-ai)Z3 ； 由此类推,而 B-I1 = B iZ12+(l-ai)Zl。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于当有多个传感器环时，对每一传感器环的原始帧与当前帧进行旋转移位处理形成第一与第二比较较帧，并进行相关运算，得到每一传感器环的最大相关值对应的旋转矢量，之后对这些旋转矢量进行加权平均，得到最终的旋转矢量。
全文摘要
一种旋转角度检测装置及方法，通过将图像传感器阵列分为多个图像传感器块，并呈环状分布形成传感器环，如此通过将传感器环的各个图像传感器块的像素值提取出而形成环状图像帧，之后通过对原始图像帧与当前图像帧的环状图像帧旋转移位处理得到比较帧，通过比较帧的相关运算而确定旋转矢量，从而利用图像处理的技术实现旋转角度的检测，以克服现有旋转检测装置的局限性，更利于将该旋转检测装置应用于便携式电子装置上，可令使用者实现对控制对象任意角度的旋转操作。
文档编号G01B11/26GK102798355SQ20111018996
公开日2012年11月28日 申请日期2011年7月7日 优先权日2011年7月7日
发明者刘建 申请人:刘建