手持式指向装置以及其倾斜角度校正方法

手持式指向装置以及其倾斜角度校正方法
【专利摘要】本发明公开了一种手持式指向装置与其倾斜角度校正方法，且所述方法包括下列步骤。首先，于手持式指向装置指向一参考点时，掃i取对应参考点位置的影像，并依序产生多个影像框架。其次，根据所述多个影像框架判断参考点是否大幅移动。而后，若判断参考点并未大幅移动，则利用手持式指向装置的加速度单元感测手持式指向装置于多个轴向的多个加速度值，以根据所述多个加速度值计算并更新手持式指向装置目前使用的第一倾斜角度为第二倾斜角度。手持式指向装置由此可通过执行所述倾斜角度校正方法，有效且准确地根据其倾斜角度计算参考点的位置。
【专利说明】手持式指向装置以及其倾斜角度校正方法

【技术领域】
[0001] 本发明有关于一种指向装置以及其校正方法，且特别有关于一种手持式指向装置 及其倾斜角度校正方法。

【背景技术】
[0002] 手持式指向装置因其可通过分析参考点在感测的影像区域的位置，计算出手持式 指向装置的指向点座标，并将此指向点座标传送至游戏主机，进行相关游戏操作，已被广泛 地应用于各类互动式遥控游戏，例如光枪游戏、棒球游戏以及网球游戏等。
[0003] 现有手持式指向装置上的影像感测器与显示荧幕的距离以及影像撷取时其旋转 角度，皆会影响指向点座标的计算。因此，若手持式指向装置并未装设侦测倾斜角度的相关 设备时，当手持式指向装置的影像感测器发生倾斜时，手持式指向装置将因无法准确判断 手持式指向装置与参考点之间的相对移动关系而发生误判。
[0004] 目前产业上主要是使用二个以上的参考点或是在手持式指向装置上同时加设加 速度计与陀螺仪作为判断装置上影像感测器的倾斜角度的依据，以解决因倾斜而发生误定 位的问题。然使用二个以上的参考点，除会增加手持式指向装置在位置计算上的复杂度，手 持式指向装置上影像感测器也必须具备可感测二个以上的参考点位置范围的视角。而使用 加速度计与陀螺仪除了增加手持式指向装置的制作成本外，也会增加手持式指向装置的能 量消耗。


【发明内容】

[0005] 有鉴于此，本发明实施例提供一种手持式指向装置以及其倾斜角度校正方法，此 倾斜角度校正方法可通过主动校正手持式指向装置的倾斜角度，提高参考点计算定位的精 确性。
[0006] 本发明实施例提供一种手持式指向装置的倾斜角度校正方法，此方法包括下列步 骤。首先，于手持式指向装置指向一参考点时，撷取对应参考点位置的影像，并依序产生多 个影像框架。其次，根据所述多个影像框架判断参考点是否大幅移动。若判断参考点并未 大幅移动，利用手持式指向装置的加速度单元感测手持式指向装置于多个轴向的多个加速 度值，以根据所述多个加速度值计算并更新手持式指向装置目前使用的第一倾斜角度为第 二倾斜角度。
[0007] 本发明实施例另提供一种手持式指向装置的倾斜角度校正方法，所述方法包括下 列步骤。首先，于手持式指向装置指向一参考点时，撷取对应参考点位置的影像，并依序产 生多个影像框架。其次，根据所述多个影像框架中的任三个连续影像框架，计算参考点在该 等连续影像框架的成像位置的加速度变化值。接着，判断加速度变化值是否等于零。随后， 若加速度变化值等于零，则利用手持式指向装置的加速度单元感测手持式指向装置于多轴 向的多个加速度值，以根据所述多个加速度值计算并更新手持式指向装置目前使用的第一 倾斜角度为第二倾斜角度。
[0008] 本发明实施例提供一种手持式指向装置，此手持式指向装置包括影像撷取单元、 加速度单元以及处理单元。影像撷取单元用以撷取对应一参考点位置的影像，并依序产生 多个影像框架。加速度单元用以感测手持式指向装置于多轴向的多个加速度值，并产生加 速度向量。处理单元耦接影像撷取单元以及加速度单元。处理单元并根据所述多个影像框 架判断参考点是否大幅移动。当处理单元判断参考点并未大幅移动时，处理单元读取加速 度单元感测手持式指向装置于多轴产生的所述多个加速度值，以根据所述多个加速度值计 算并更新手持式指向装置目前使用的第一倾斜角度为第二倾斜角度。
[0009] 本发明实施例提供一种手持式指向装置，此手持式指向装置包括影像撷取单元、 加速度单元以及处理单元。影像撷取单元用以撷取对应一参考点位置的影像，并依序产生 多个影像框架。加速度单元用以感测手持式指向装置于多轴向的多个加速度值，并产生加 速度向量。处理单元耦接影像撷取单元以及加速度单元。处理单元并根据所述多个影像框 架中的任三个连续影像框架计算参考点在该等连续影像框架的成像位置的加速度变化值。 当处理单元判断加速度变化值为零时，处理单元判断读取加速度单元感测手持式指向装置 于多轴向产生的所述多个加速度值，以根据所述多个加速度值计算并更新手持式指向装置 目前使用的第一倾斜角度为第二倾斜角度。
[0010] 综上所述，本发明实施例提供一种手持式指向装置以及其倾斜角度校正方法，此 手持式指向装置以及其倾斜角度校正方法可通过分析参考点是否位移来决定是否校正手 持式指向装置的倾斜角度。所述手持式指向装置可主动通过计算与分析参考点于影像框架 的速度变化、参考点的加速度变化以及手持式指向装置的加速度变化，来判断参考点是否 在一瞬间内大幅移动。从而，本发明的手持式指向装置可在不须加设陀螺仪或是使用两个 参考点即可有效且精确地计算出参考点的位置，进而简化手持式指向装置的硬件架构与计 算复杂度，降低手持式指向装置的设计与制作成本。
[0011] 为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说 明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任 何的限制。

【专利附图】

【附图说明】
[0012] 图1是本发明一实施例提供的手持式指向装置应用于互动系统的示意图。
[0013] 图2是本发明一实施例提供的手持式指向装置的功能方块示意图。
[0014] 图3是本发明一实施例提供的手持式指向装置的倾斜角度校正方法的流程示意 图。
[0015] 图4是本发明一实施例提供的手持式指向装置的参考点位移判断方法的流程示 意图。
[0016] 图5是本发明另一实施例提供的手持式指向装置的参考点位移判断方法的流程 示意图。
[0017] 图6A?图6C分别是本发明一实施例提供的手持式指向装置移动时感测的影像框 架的示意图。
[0018] 图7是本发明又一实施例提供的手持式指向装置的参考点位移判断方法的流程 示意图。
[0019] 图8是本发明另一实施例提供的手持式指向装置的倾斜角度校正方法的流程示 意图。
[0020] 图9是本发明又一实施例提供的手持式指向装置的倾斜角度校正方法的流程示 意图。
[0021] 其中，附图标记说明如下：
[0022] 10 :手持式指向装置
[0023] 11 :影像撷取单元
[0024] 13 :加速度单元
[0025] 15 :处理单元
[0026] 17 :传输单元
[0027] 20 :主机
[0028] 21 :参考点
[0029] 30 :影像显示装置
[0030] 31 :游标
[0031] 61、61'、61":参考点影像

【权利要求】
1. 一种手持式指向装置的倾斜角度校正方法，其特征在于包括： 于该手持式指向装置指向一参考点时，撷取对应该参考点位置的影像，并依序产生多 个影像框架； 根据所述多个影像框架判断该参考点是否大幅移动；以及 若判断该参考点并未大幅移动，利用该手持式指向装置的一加速度单元感测该手持式 指向装置于多个轴向的多个加速度值，以根据所述多个加速度值计算并更新该手持式指向 装置目前使用的一第一倾斜角度为一第二倾斜角度。
2. 如权利要求1所述的倾斜角度校正方法，还包括： 若判断该参考点大幅移动，则不更新该手持式指向装置的该第一倾斜角度，且利用该 第一倾斜角度计算该参考点于所述多个影像框架的一的位置。
3. 如权利要求1所述的倾斜角度校正方法，其中判断该参考点是否大幅移动是判断该 参考点在所述多个影像框架中的成像位置是否大幅移动。
4. 如权利要求1所述的倾斜角度校正方法，其中判断该参考点是否大幅移动的该步骤 中，包括： 根据撷取所述多个影像框架中连续的一第一影像框架与一第二影像框架，计算该参考 点在该第一影像框架与该第二影像框架的成像位置的一位移变化值； 判断该位移变化值是否小于一位移阀值；以及 若该位移变化值小于该位移阀值，判定该参考点并未大幅移动。
5. 如权利要求1所述的倾斜角度校正方法，其中判断该参考点是否大幅移动的该步骤 中，包括： 根据撷取所述多个影像框架中的一第一影像框架与一第二影像框架，计算该参考点在 该第一影像框架与该第二影像框架的成像位置的一速度变化值； 判断该速度变化值是否大于一预设速度变化阀值；以及 若该速度变化值小于该预设速度变化阀值，判定该参考点并未大幅移动。
6. 如权利要求5所述的倾斜角度校正方法，其中该速度变化值的计算公式如下：
其中v表示该速度变化值；
表示该参考点于该第二影像框架的成像位置；K表示 该参考点于该第一影像框架的成像位置；tf2表示该第二影像框架的撷取时间；tfl表示该第 一影像框架的撷取时间。
7. 如权利要求1所述的倾斜角度校正方法，其中判断该参考点是否大幅移动的该步骤 中，包括： 根据撷取的所述多个影像框架中的一第一影像框架与一第二影像框架，计算该参考点 在该第一影像框架与该第二影像框架的成像位置的一第一速度变化值； 根据撷取的所述多个影像框架中的该第二影像框架与一第三影像框架，计算该参考点 在该第二影像框架与该第三影像框架的成像位置的一第二速度变化值； 根据该第一速度变化值与该第二速度变化值之间的差值，获取该参考点的一加速度变 化值； 判断该加速度变化值是否大于一预设加速度阀值；以及 若该加速度变化值小于该预设加速度阀值，判定该参考点并未大幅移动。
8. 如权利要求7所述的倾斜角度校正方法，其中该第一速度变化值的计算公式如下：
其中Vl表示该第一速度变化值；
表示该参考点于该第二影像框架的成像位置；
表示该参考点于该第一影像框架的成像位置；tf2表示该第二影像框架的撷取时间；tfl表示 该第一影像框架的撷取时间；其中该第二速度变化值的计算公式如下：
其中v2表示该第二速度变化值；
表示该参考点于该第三影像框架的成像位置；
表示该参考点于该第二影像框架的成像位置；tf3表示该第三影像框架的撷取时间；tf2表示 该第二影像框架的撷取时间。
9. 如权利要求7所述的倾斜角度校正方法，其中判断该参考点是否大幅移动的该步骤 中，包括： 利用该加速度单元感测该手持式指向装置目前于多轴向的所述多个加速度值以产生 一加速度向量； 判断该加速度向量的大小是否等于该手持式指向装置的重力加速度值；以及 若该加速度向量的大小等于该手持式指向装置的重力加速度值，判定该参考点并未大 幅移动。
10. 如权利要求1所述的倾斜角度校正方法，其中判断该参考点是否大幅移动的该步 骤中，包括： 利用该加速度单元感测该手持式指向装置目前于多轴向的所述多个加速度值，以产生 一加速度向量； 判断该加速度向量的大小是否等于该手持式指向装置的重力加速度值；以及 若该加速度向量的大小等于该手持式指向装置的重力加速度值，判定该参考点并未大 幅移动。
11. 一种手持式指向装置的倾斜角度校正方法，其特征在于包括： 于该手持式指向装置指向一参考点时，撷取对应该参考点位置的影像，并依序产生多 个影像框架； 根据所述多个影像框架中的任三个连续影像框架，计算该参考点在该等连续影像框架 的成像位置的一加速度变化值； 判断该加速度变化值是否等于零；以及 若该加速度变化值等于零，利用该手持式指向装置的一加速度单元感测该手持式指向 装置于多轴向的多个加速度值，以根据所述多个加速度值计算并更新该手持式指向装置目 前使用的一第一倾斜角度为一第二倾斜角度。
12. 如权利要求11所述的倾斜角度校正方法，其中于判断该加速度变化值等于零之 后，还包括： 利用该加速度单元感测该手持式指向装置目前于多轴向的所述多个加速度值以产生 一加速度向量； 判断该加速度向量的大小是否等于该手持式指向装置的重力加速度值； 若该加速度向量的大小等于该手持式指向装置的重力加速度值，根据所述多个加速度 值计算并更新该手持式指向装置目前使用的该第一倾斜角度为该第二倾斜角度。
13. 如权利要求11所述的倾斜角度校正方法，其中计算该参考点的该加速度变化值的 该步骤包括： 根据撷取任三个连续影像框架中的一第一影像框架与一第二影像框架，计算该参考点 在该等连续影像框架的成像位置的一第一速度变化值； 根据撷取任三个连续影像框架中的该第二影像框架与一第三影像框架，计算该参考点 在该等连续影像框架的成像位置的一第二速度变化值；以及 根据该第一速度变化值与该第二速度变化值之间的差值，获取该参考点在该等连续影 像框架的成像位置的该加速度变化值。
14. 如权利要求12所述的倾斜角度校正方法，其中该第一速度变化值的计算公式如 下：
其中Vl表示该第一速度变化值；
表示该参考点于该第二影像框架的成像位置；
表示该参考点于该第一影像框架的成像位置；tf2表示该第二影像框架的撷取时间；tfl表示 该第一影像框架的撷取时间；其中该第二速度变化值的计算公式如下：
其中v2表示该第二速度变化值；
表示该参考点于该第三影像框架的成像位置；
表示该参考点于该第二影像框架的成像位置；tf3表示该第三影像框架的撷取时间；tf2表示 该第二影像框架的撷取时间。
15. -种手持式指向装置，其特征在于包括： 一影像撷取单元，用以撷取对应一参考点位置的影像，并依序产生多个影像框架； 一加速度单元，用以感测该手持式指向装置于多轴向的多个加速度值，并产生一加速 度向量；以及 一处理单元，耦接该影像撷取单元以及该加速度单元，该处理单元并根据所述多个影 像框架判断该参考点是否大幅移动； 其中当该处理单元判断该参考点并未大幅移动时，读取该加速度单元感测该手持式指 向装置于多轴产生的所述多个加速度值，以根据所述多个加速度值计算并更新该手持式指 向装置目前使用的一第一倾斜角度为一第二倾斜角度。
16. 如权利要求15所述的手持式指向装置，其中当该处理单元判断该参考点大幅移动 时，该处理单元不更新该手持式指向装置目前使用的该第一倾斜角度，且利用该第一倾斜 角度计算该参考点于所述多个影像框架之一的成像位置。
17. 如权利要求15所述的手持式指向装置，其中该处理单元根据所撷取所述多个影像 框架中的一第一影像框架与一第二影像框架计算该参考点在该第一影像框架与该第二影 像框架的成像位置的一位移变化值，以根据该位移变化值判断该参考点在该第一影像框架 与该第二影像框架的成像位置是否大幅移动。
18. 如权利要求15所述的手持式指向装置，其中该处理单元根据所撷取所述多个影像 框架中的一第一影像框架与一第二影像框架计算该参考点在该第一影像框架与该第二影 像框架的成像位置的一速度变化值，以根据该速度变化值判断该参考点在该第一影像框架 与该第二影像框架的成像位置是否大幅移动。
19. 如权利要求18所述的手持式指向装置，其中该处理单元是利用下列公式计算该速 度变化值：
其中v表示该速度变化值；
表示该参考点于该第二影像框架的成像位置；
表示 该参考点于该第一影像框架的成像位置；tf2表示该第二影像框架的撷取时间；tfl表示该第 一影像框架的撷取时间。
20. 如权利要求15所述的手持式指向装置，其中该处理单元对所述多个影像框架中一 第一影像框架与一第二影像框架进行演算，产生对应该参考点在该第一影像框架与该第二 影像框架的成像位置的一第一速度变化值，该处理单元并对所述多个影像框架中该第二影 像框架与一第三影像框架进行演算，产生对应该参考点在该第一影像框架与该第二影像框 架的成像位置的一第二速度变化值； 其中该处理单元计算该第一速度变化值与该第二速度变化值之间的差值，获得该参考 点在该第一影像框架与该第二影像框架的成像位置的一加速度变化值，以根据该加速度变 化值判断该参考点的成像位置是否大幅移动。
21. 如权利要求20所述的手持式指向装置，其中该处理单元是利用下列公式计算该第 一速度变化值，
其中Vl表示该第一速度变化值；
表示该参考点于该第二影像框架的成像位置；
表示该参考点于该第一影像框架的成像位置；tf2表示该第二影像框架的撷取时间；tfl表示 该第一影像框架的撷取时间；其中该处理单元并利用下列公式计算该第二速度变化值，
其中v2表示该第二速度变化值；
表示该参考点于该第三影像框架的成像位置；
表示该参考点于该第二影像框架的成像位置；tf3表示该第三影像框架的撷取时间；tf2表示 该第二影像框架的撷取时间。
22. 如权利要求15所述的手持式指向装置，其中该加速度单元为一加速度计或一重力 感测器。
23. -种手持式指向装置，其特征在于包括： 一影像撷取单元，用以撷取对应一参考点位置的影像，并依序产生多个影像框架； 一加速度单元，用以感测该手持式指向装置于多轴向的多个加速度值，并产生一加速 度向量；以及 一处理单元，耦接该影像撷取单元以及该加速度单元，该处理单元并根据所述多个影 像框架中的任三个连续影像框架计算该参考点在该等连续影像框架的成像位置的一加速 度变化值； 其中当该处理单元判断该加速度变化值为零时，读取该加速度单元感测该手持式指向 装置于多轴向产生的所述多个加速度值，以根据所述多个加速度值计算并更新该手持式指 向装置目前使用的一第一倾斜角度为一第二倾斜角度。
24. 如权利要求23所述的手持式指向装置，其中当该处理单元判断该加速度变化值为 零时，该处理单元判断该加速度向量的大小是否等于该手持式指向装置的重力加速度值， 且于该加速度向量的大小等于该手持式指向装置的重力加速度值时，根据所述多个加速度 值计算并更新该手持式指向装置目前使用的该第一倾斜角度为该第二倾斜角度。
25. 如权利要求23所述的手持式指向装置，其中该处理单元对撷取的任三个连续影像 框架中的一第一影像框架与一第二影像框架进行演算，产生对应该参考点在该第一影像框 架与该第二影像框架的成像位置的一第一速度变化值，该处理单元并对撷取的所述多个影 像框架中该第二影像框架与一第三影像框架进行演算，产生对应该参考点在该第二影像框 架与该第三影像框架的成像位置的一第二速度变化值；其中该处理单元计算该第一速度变 化值与该第二速度变化值之间的差值，获得该参考点在该第一影像框架与该第三影像框架 的成像位置的该加速度变化值。
26. 如权利要求25所述的手持式指向装置，其中该处理单元是利用下列公式计算该第 一速度变化值，
其中Vl表示该第一速度变化值；
表示该参考点于该第二影像框架的成像位置；
表示该参考点于该第一影像框架的成像位置；tf2表示该第二影像框架的撷取时间；tfl表示 该第一影像框架的撷取时间；其中该处理单元并利用下列公式计算该第二速度变化值，
其中v2表示该第二速度变化值；
表示该参考点于该第三影像框架的成像位置；
表示该参考点于该第二影像框架的成像位置；tf3表示该第三影像框架的撷取时间；tf2表示 该第二影像框架的撷取时间。
27. 如权利要求23所述的手持式指向装置，其中该加速度单元为一加速度计或一重力 感测器。
28.如权利要求23所述的手持式指向装置，其中当该处理单元判断该参考点在该等连 续影像框架的成像位置的该加速度变化值超过一预设加速度阀值时，该处理单元不更新该 手持式指向装置目前使用的该第一倾斜角度，且利用该第一倾斜角度计算该参考点于所述 多个影像框架之一的位置。
【文档编号】A63F13/211GK104216532SQ201310211307
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】程瀚平, 黄昭荐, 梁家钧 申请人:原相科技股份有限公司