摄像头角度调整方法、系统和虚拟现实系统与流程

本发明涉及摄像头技术领域，特别涉及摄像头角度调整方法、系统和虚拟现实系统。

背景技术：

近年来，随着微电子技术和光学镜头技术的发展，廉价的高精度数码摄像器材逐渐普及，应用也越来越广泛，机器视觉技术日趋成熟，在社会生产生活方面日益发挥其重要作用。例如，在如今的游戏娱乐产品中，依靠摄像头来捕获人体动作，然后再反馈到游戏当中，类似的应用的模式也越来越多。

然而，在现有的游戏娱乐产品当中，对于捕获动作的摄像头，一般都需要给游戏参与者的站立位置指定一个距离，比如游戏参与者需要站在离摄像头2-3米的距离外，然后将游戏手柄拿在手里做几个动作，之后，标定一下游戏参与者所在的位置与范围，从而根据对游戏参与者几个动作的识别，计算需要调整的角度，再去手动调整摄像头的角度，达到捕获人体动作较好的效果。

目前使用的这种方法，首先在操作上比较繁琐，并且随着在游戏参与过程中人体的不断移动，原先的位置标定可能变得不准确，导致后续很难正确捕获到人体动作，引起捕获动作失效，从而影响游戏体验效果。

技术实现要素：

鉴于现有技术摄像头角度调整操作复杂，且由于游戏参与者移动导致后续难以捕捉动作的问题，提出了本发明的摄像头角度调整方法、系统和虚拟现实系统，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

依据本发明的一个方面，提供了一种摄像头角度调整系统，所述摄像头用于捕捉目标的动作，该系统包括：调整装置、测距装置和控制器，所述调整装置、测距装置分别与所述控制器连接；

所述测距装置，用于实时测量所述目标与所述摄像头的水平距离，并发送给所述控制器；

所述控制器，用于根据所述目标活动的高度范围和所述测距装置测量的所述水平距离，计算出所述摄像头的视场角覆盖所述目标活动的高度范围需要调整的角度，并向所述调整装置发送调整指令；

所述调整装置，用于根据所述控制器发送的所述调整指令，调整所述摄像头的俯仰角度，使所述摄像头的视场角覆盖所述目标活动的高度范围，捕捉所述目标的动作。

可选地，该系统还包括输入装置；

所述输入装置与所述控制器连接，用于将所述目标活动的高度范围输入给所述控制器。

可选地，该系统还包括定位装置，所述定位装置设置在所述目标上，用于定位所述目标，所述摄像头通过拍摄所述定位装置的位置变化，捕捉所述目标的动作。

可选地，所述定位装置上设置有光源，通过所述光源对所述目标进行定位。

可选地，所述测距装置为激光测距装置、红外测距装置或声波测距装置中的一种或多种。

可选地，所述调整装置包括设置在所述摄像头处的电机，所述电机在所述控制器的调整指令控制下，驱动所述摄像头在竖直方向上转动，调整所述摄像头的俯仰角度。

可选地，该系统还包括加速度传感器，所述加速度传感器设置在所述摄像头处，用于实时获取所述摄像头的角度值，并将所述角度值发送给所述控制器；

所述控制器接收所述角度值，根据调整之前的角度值计算所述摄像头需要调整的角度，并根据调整之后的角度值监控所述摄像头是否调整到位。

可选地，该系统还包括提示装置，所述提示装置与所述控器连接；

所述控制器，还用于根据所述摄像头的视场角和所述目标活动的高度范围，判断所述目标是否距离所述摄像头过近，导致所述目标活动的高度范围超出所述摄像头的视场角，若判断为是，则向所述提示装置发送提示指令；

所述提示装置，接收所述控制器发送的提示指令，发出所述目标距离所述摄像头过近的提示信息。

依据本发明的另一个方面，提供了一种虚拟现实系统，设置有用于捕捉目标动作的摄像头，该虚拟现实系统包括有如上任一项所述的摄像头角度调整系统，在目标动作过程中，通过所述摄像头角度调整系统自动调整所述摄像头的俯仰角度，使所述摄像头的视场角覆盖所述目标活动的高度范围，捕捉所述目标的动作，以映射到虚拟现实场景中。

依据本发明的又一个方面，提供了一种摄像头角度调整方法，所述摄像头用于捕捉目标的动作，该方法包括：

获取所述目标与所述摄像头的水平距离；

依据所述目标活动的高度范围和所述水平距离，得到所述摄像头的视场角覆盖所述目标活动的高度范围需要调整的角度；

调整所述摄像头的俯仰角度，使所述摄像头的视场角覆盖所述目标活动的高度范围，捕捉所述目标的动作。

本发明的有益效果是：

通过测距装置实时测量目标与摄像头的水平距离，结合目标活动的高度范围，计算出摄像头的视场角覆盖目标活动的高度范围需要调整的角度，从而利用调整装置调整摄像头的俯仰角度，自动实现了摄像头角度的调整，便于对摄像头的标定，也避免了摄像头捕捉动作失效，提高了用户体验。

附图说明

图1为本发明一个实施例提供的一种摄像头角度调整系统的结构示意图；

图2为本发明另一个实施例提供的一种摄像头角度调整系统的结构示意图；

图3为本发明摄像头角度调整系统在体感游戏中的应用示意图；

图4为一种计算摄像头待调整角度的原理示意图；

图5为加速度传感器在摄像头处的安装示意图；

图6为本发明摄像头角度调整系统随目标移动对摄像头进行角度调整的示意图；

图7为本发明一个实施例提供的一种摄像头角度调整方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1为本发明一个实施例提供的一种摄像头角度调整系统的结构示意图，参考图1所示，一种摄像头角度调整系统，其中，摄像头140用于捕捉目标的动作，该系统包括：调整装置130、测距装置110和控制器120，调整装置130、测距装置110分别与控制器120连接。

测距装置110，用于实时测量目标与摄像头140的水平距离，并发送给控制器120。控制器120，用于根据目标活动的高度范围和测距装置110测量的水平距离，计算出摄像头140的视场角覆盖目标活动的高度范围需要调整的角度，并向调整装置130发送调整指令。调整装置130，用于根据控制器120发送的调整指令，调整摄像头140的俯仰角度，使摄像头140的视场角覆盖目标活动的高度范围，捕捉目标的动作。

本发明通过测距装置110实时测量目标与摄像头140的水平距离，结合目标活动的高度范围，由控制器120计算出摄像头140的视场角覆盖目标活动的高度范围需要调整的角度，进而利用调整装置130调整摄像头140的俯仰角度，可以自动实现摄像头角度的调整，便于对摄像头的标定，在使用过程中，也能实时根据目标与摄像头140的水平距离，调整摄像头140的俯仰角度，保证使用过程中摄像头140捕捉目标动作的准确度，避免捕捉动作失效，提高了用户体验。

图2示出了本发明摄像头角度调整系统另一个实施例的结构示意图。

如图2所示，优选地，该系统还包括输入装置150。输入装置150与控制器120连接，用于将目标活动的高度范围输入给控制器120。

在不同的应用场景中，摄像头140要捕捉的目标可能为某一固定不变的目标，也可能为一可变目标，对于前者，可以在控制器120中预设一固定的目标活动高度范围，对于后者，则可以利用上述的输入装置150，根据目标的改变，随时输入来更新目标活动的高度范围，方便使用。

具体地，如图3所示，为本发明摄像头角度调整系统应用在体感游戏中，以实现对摄像头340的角度调整，捕捉游戏参与者的动作。cpu320充当控制器；pc机350作为输入装置，与cpu320相连。在游戏开始前，pc机350上的应用程序首先启动，游戏参与者根据自己的身高，在应用程序中输入目标活动的高度范围。

优选地，在本发明的上述实施例中，该系统还包括定位装置160(见图2)，定位装置160设置在目标上，用于定位目标，摄像头140通过拍摄定位装置160的位置变化，捕捉目标的动作。具体地，定位装置160上可以设置光源，通过光源发光对目标进行定位。

参考图3，本发明应用在体感游戏中的应用示意图，上述定位装置160可以为可穿戴设备，例如手柄360，手柄360上设置有光球，此时，目标活动的高度范围，即为游戏参与者手持手柄360时，挥动手柄360上下活动的高度范围，摄像头340为coms摄像头。

游戏参与者穿戴手柄360，站立在摄像头340前方，做出交互动作，摄像头340拍摄游戏参与者的影像，通过拍摄画面中手柄360位置的变化，来确定游戏参与者手部的动作，从而实现对游戏参与者动作的捕捉。当然，该定位装置160也可为头盔等不同位置处的可穿戴设备，以捕捉游戏参与者身体多个不同位置处的动作，在此不再赘述。

优选地，在上述各实施例中，测距装置110可以为激光测距装置、红外测距装置或声波测距装置中的一种或多种。

参考图3所示，其中采用了激光测距装置，具体包括有设置在摄像头340处的激光测距发射器311和设置在游戏参与者身上的激光测距接收器312，当然，其他起到相同测距功能的测距装置也可应用于本系统中，这里以激光测距装置为例。

游戏参与者戴上激光测距接收器312站立在摄像头340前方，摄像头340启动后，cpu320首先从pc机350上获取游戏参与者输入的目标活动高度范围，然后激光测距发射器311发送信号给激光测距接收器312，激光测距接收器312接收到信号后，再返回信息给激光测距发射器311，通过这一过程获取待捕捉目标与摄像头340的水平距离，并发送给cpu320，cpu320获取到该距离数据后，结合之前录入的目标活动高度范围，计算出摄像头340需要调整的角度，对摄像头340进行调整，以捕捉游戏参与者的动作。

参考图4所示，为本发明根据测得的目标与摄像头的水平距离，结合目标活动的高度范围，确定摄像头调整角度的原理示意图，图4中以仰角为例，针对同一目标，目标活动的高度范围为h，目标在第一位置处时，相对摄像头的水平距离为l1，此时捕捉目标所需的仰角为α1；目标移动到第二位置处时，相对摄像头的水平距离为l2，此时捕捉目标所需的仰角为α2。由公式tgα＝h/l可分别求得α1和α2的值，从而获得目标位置移动后，所需调整的角度α2-α1。

优选地，调整装置130包括设置在摄像头340处的电机330(见图3)，电机330在cpu320的调整指令控制下，驱动摄像头340在竖直方向上转动，调整摄像头340的俯仰角度，摄像头340采集游戏参与者的影像，并发送给cpu320，进行动作捕捉。

优选地，在上述各实施例中，该系统还包括加速度传感器170(见图2)，加速度传感器170设置在摄像头140处，用于实时获取摄像头140的角度值，并将角度值发送给控制器120；控制器120接收该角度值，具体地，可以根据调整之前的角度值计算摄像头140需要调整的角度，并根据调整之后的角度值监控摄像头140是否调整到位。

图5为加速度传感器在摄像头处的安装示意图，图中标识570为加速度传感器，标识541为摄像头单板，加速度传感器570固定设置在摄像头单板541上，通过监测z轴的加速度分量acc_z，根据公式acc_z＝1g*cosθ，计算出旋转的角度，来确定摄像头是否转动到位。

优选地，该系统还包括提示装置180(见图2)，提示装置180与控器连接。

控制器120，还用于根据摄像头140的视场角和目标活动的高度范围，判断目标是否距离摄像头140过近，导致目标活动的高度范围超出摄像头140的视场角，若判断为是，则向提示装置180发送提示指令。提示装置180，用于接收控制器120发送的提示指令，发出目标距离摄像头140过近的提示信息。

如图3所示，该提示装置180为提示灯380，当cpu320判断游戏参与者距离摄像头340过近时，发送提示指令控制该提示灯380发光，提示游戏参与者此时距离摄像头340过近。

图6为本发明摄像头角度调整系统随目标移动对摄像头进行角度调整的示意图。如图6所示，最下面场景是游戏参与者站位距离摄像头较远的位置，此时摄像头完全满足捕获游戏参与者动作的要求，角度无需调整。随着游戏的进行，游戏参与者离开摄像头的距离稍微变近了一些，如图6中间场景所示，此时摄像头已经不足以完全捕获游戏参与者的动作，比如游戏参与者举起手中的游戏手柄时候，其高度已经超过摄像头可以达到的视角了，此时，摄像头角度调整系统会根据游戏参与者的距离，计算调整角度，调整摄像头满足捕获要求。同样的，如果游戏参与者到了距离摄像头更近的位置，如图6中最上面的场景所示，摄像头角度调整系统会重新计算所需调整的角度并完成调整，以满足捕获要求。

这样，通过在整个游戏中，测量游戏参与者与摄像头的距离变动，根据该距离变动实时计算需要调整的角度，动态地调整摄像头的角度，可以满足摄像头的动作捕获范围，提升整个游戏的体验效果。

本申请还公开了一种虚拟现实系统，该虚拟现实系统设置有用于捕捉目标动作的摄像头，以及如上任一项所示的摄像头角度调整系统，在目标动作过程中，通过摄像头角度调整系统自动调整摄像头的俯仰角度，使摄像头的视场角覆盖目标活动的高度范围，捕捉目标的动作，以映射到虚拟现实场景中。

本申请还公开了一种摄像头角度调整方法，其中，摄像头用于捕捉目标的动作，该方法包括：

步骤s710：获取目标与摄像头的水平距离。

步骤s720：依据目标活动的高度范围和水平距离，得到摄像头的视场角覆盖目标活动的高度范围需要调整的角度。

步骤s710：调整摄像头的俯仰角度，使摄像头的视场角覆盖目标活动的高度范围，捕捉目标的动作。

本方法的具体实施方式可以参考如上对摄像头角度调整系统的叙述，在此不再赘述。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。