一种判定设备姿态的系统和方法
【专利摘要】本发明公开一种判定设备姿态的系统和方法。该系统包括：IR?LED控制单元，图像处理单元，红外摄像头以及设置在所述设备上的红外发光二极管IR?LED组。IR?LED控制单元用于控制IR?LED组的亮灭，保证红外摄像头拍摄的相邻两帧图像中IR?LED组的亮灭不同。红外摄像头用于拍摄IR?LED组。图像处理单元对红外摄像头拍摄的相邻两帧图像进行减法运算判断出IRLED组的姿态，进而判断出所述设备的姿态。本发明由红外摄像头的场同步信号来控制设备上IR?LED组的亮灭，使得摄像头拍摄的相邻两帧图像中不同点只有IR?LED组的亮灭，滤除其他干扰源，简化图像分割步骤，提高在复杂环境条件下进行设备姿态识别和判定的实时性。
【专利说明】一种判定设备姿态的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及应用于交互式游戏中的设备领域，特别涉及一种判定设备姿态的系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着很多头戴类设备在交互式游戏中的广泛应用，游戏主机对于玩家头部姿态信息的需求愈加迫切，用于此信息可以给玩家提供更好的虚拟现实的游戏体验。
[0003]传统的姿态判定主要是依靠一台摄像头进行图像识别，但是当玩家身处环境较为复杂时，单纯依靠摄像头配合图像识别这种方法进行判定将非常困难，难点在于图像分割和图像识别的步骤繁多，处理过程花费的时间较长。
[0004]尽管目前的图像技术已经非常先进，但是处理复杂的图像仍然很难做到实时处理的要求，因此，如何快速地对设备姿态进行识别和判定显的非常重要。
【发明内容】
[0005]鉴于上述问题，本发明提供了解决快速地对设备姿态进行识别和判定的一种判定设备姿态的系统和方法。
[0006]根据本发明的一个方面，提供一种判定设备姿态的系统，该系统包括:IR LED控制单元，图像处理单元，红外摄像头以及设置在所述设备上的红外发光二极管IR LED组。
[0007]IR LED控制单元，用于根据红外摄像头的场同步信号控制IR LED组的亮灭状态，保证红外摄像头拍摄的相邻两帧图像中的IR LED组的亮灭状态不同。
[0008]红外摄像头，用于拍摄IR LED组，并存储图像。
[0009]图像处理单元，用于对红外摄像头拍摄并存储的相邻两帧图像进行减法运算，并对减法运算后的图像进行分割，将分割后的图像和预存的IR LED组的姿态数据进行比对，判断出IR LED组的姿态，进而判断出所述设备的姿态。
[0010]在本发明的一个实施例中，IR LED控制单元包括LED延时电路，当红外摄像头奇数帧的场同步信号到来时，LED延时电路控制设备中的IR LED组亮，在红外摄像头偶数帧的场同步信号到来前的预设时间点，LED延时电路控制IR LED组灭；
[0011]或者，
[0012]IR LED控制单元用于当红外摄像头偶数帧的场同步信号到来时，LED延时电路控制IR LED组亮，在红外摄像头奇数帧的场同步信号到来前的预设时间点，LED延时电路控制IR LED组灭。
[0013]在本发明的一个实施例中，该系统还包括缓存创建单元。该缓存创建单元用于创建两个缓存，分别存储红外摄像头拍摄的奇数帧和偶数帧图像，并提供给图像处理单元。
[0014]在本发明的一个实施例中，IR LED控制单元采用微控制单元MCU，LED延时电路设置在MCU内部，在MCU内部进行延时，并通过MCU的通用输入输出接口 GPIO和设备中的IRLED组相连。[0015]根据本发明的另一个方面，提供了一种判定设备姿态的方法，该方法包括:根据红外摄像头的场同步信号控制设置在所述设备上的IR LED组的亮灭状态，保证红外摄像头拍摄的相邻两帧图像中的IR LED组的亮灭状态不同。
[0016]通过红外摄像头拍摄IR LED组，并存储图像。
[0017]对红外摄像头拍摄并存储的相邻两帧图像进行减法运算，并对减法运算后的图像进行分割，将分割后的图像和预存的IR LED组的姿态数据进行比对，判断出IR LED组的姿态，进而判断出设备的姿态。
[0018]在本发明的一个实施例中，控制IR LED组的亮灭状态，保证红外摄像头拍摄的相邻两帧图像中的IR LED组的亮灭状态不同包括:
[0019]当红外摄像头的奇数帧的场同步信号到来时，通过LED延时电路控制设备上的IRLED组亮，在红外摄像头偶数帧的场同步信号到来前的预设时间点，通过LED延时电路控制设备上的IR LED组灭；
[0020]或者，
[0021]当红外摄像头偶数帧的场同步信号到来时，通过LED延时电路控制设备上的IRLED组亮，在红外摄像头奇数帧的场同步信号到来前的预设时间点，通过LED延时电路控制设备上的IR LED组灭。
[0022]在本发明的一个实施例中，该方法还包括LED延时电路设置在微控制单元MCU内部，在MCU内部进行延时，并通过MCU的通用输入输出接口 GPIO和设备上的IR LED组相连。
[0023]在本发明的一个实施例中，创建两个缓存，分别存储红外摄像头拍摄的奇数帧图像和偶数帧图像。
[0024]本发明通过LED延时电路配合红外摄像头的场同步信号的方式调整设备中IRLED组的亮灭状态，保证相邻两帧图像的不同点只有IR LED组的亮灭状态，减少了视场内其他干扰源的干扰，然后由摄像头对IR LED组的亮灭状态分别拍照，再对红外摄像头拍到的相邻两帧图像进行后续的处理，并和预存的IR LED的姿态数据比对，进而判断出设备的姿态。由此，本发明提供的这种判定设备姿态的系统和方法简化了图像分割和图像识别的步骤，满足在复杂环境下对设备姿态定位和识别的实时性要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0025]图1是本发明实施例提供的一种判定设备姿态的系统的框图；
[0026]图2是本发明一个实施例提供的红外摄像头场同步信号和红外发光二极管的波形比对图；
[0027]图3-1至图3-3是本发明一个实施例提供的红外摄像头拍摄的相邻两帧图像的对比图，以及减法处理后的效果图。
【具体实施方式】
[0028]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。
[0029]本发明的核心思想是通过在设备姿态判定系统中引入摄像头的场同步信号，并由该场同步信号控制设备上的IR LED组的亮灭，然后由红外摄像头对相邻两帧IR LED组的亮灭状态分别进行拍照，相关软件端再对拍到的相邻两帧图像做减法运算，简单的做到了相邻两帧的不同点只有IR LED组的亮灭，这样就能快速准确的对目标物的姿态进行识别和判定。
[0030]图1是本发明实施例提供的一种判定设备姿态的系统的框图。参见图1，本发明的技术方案包括:IR LED控制单元110，红外摄像头130以及设置在设备上的红外发光二极管IR LED 组 120。
[0031]红外摄像头130和IR LED控制单元110通过传输线相连，由此红外摄像头130本身的场同步信号可以由IR LED控制单元110接收。IR LED控制单元110，用于根据红外摄像头130的场同步信号控制IR LED组120的亮灭状态，保证红外摄像头130拍摄的相邻两帧图像中的IR LED组120的亮灭状态不同。
[0032]红外摄像头130，用于拍摄IR LED组120，并存储图像。
[0033]图像处理单元140，用于对红外摄像头130拍摄并存储的相邻两帧图像进行减法运算，并对减法运算后的图像进行分割，将分割后的图像和预存的IR LED组的姿态数据进行比对，判断出IR LED组120的姿态，进而判断出所述设备的姿态。
[0034]在本发明的一个实施例中，IR LED控制单元110包括LED延时电路(图1中未示出)。通过LED延时电路配合红外摄像头130的场同步信号(图1中未示出)控制IR LED组120的亮灭，保证红外摄像头130拍摄的相邻两帧图像中的IR LED组120的亮灭状态不同。具体地，当红外摄像头130的奇数帧的场同步信号到来时，IR LED控制单元110控制设备上的IR LED组120亮，当红外摄像头130的偶数帧的场同步信号到来前的预设时间点，IRLED控制单元110控制设备上的IR LED组120灭。此方法可以有效避免IRLED组的余辉效应的干扰，使得红外摄像头能够拍摄到清晰的IR LED组亮灭的图像。
[0035]在本发明的一个实施例中，该系统还包括缓存创建单元。该缓存创建单元用于创建两个缓存，分别存储红外摄像头130拍摄的奇数帧和偶数帧图像，并提供给图像处理单元 140。
[0036]在本发明的一个实施例中，IR LED控制单元110采用微控制单元MCU，LED延时电路设置在MCU内部，通过MCU的通用输入输出接口 GPIO和设备上的IR LED组120相连。
[0037]在本发明的一个实施例中，红外摄像头(60Fps)采用常规的Camera配合IR滤光片组成。使用红外摄像头的作用在于使视场内的不发光物体表现为黑色，进而和视场内的IR LED发出的红光进行区别。
[0038]判定基于IR LED的设备的姿态需要多个IR LED构成，当设备姿态变化时，摄像头拍摄的相邻两帧图像里的IR LED组的形状也不同。在本发明的一个实施例中IR LED组包括 8 个 IR LED。
[0039]通过在姿态判定系统中引入由红外摄像头的场同步信号控制IR LED组亮灭的做法，简单的做到了相邻两帧图像的不同点只有IR LED组的亮灭，简化了图像处理单元对相邻两帧图像进行减法运算和图像分割的工作量。提高在复杂环境条件下的进行此类工作的实时性。由于红外摄像头拍到的图像中基本滤除了干扰源，相邻两帧的不同点只有IR LED的亮灭状态，然后再对相邻两帧图像做减法运算，如此便能简化设备姿态判定系统中图像分割和目标姿态识别的步骤，节省了时间。
[0040]图2是本发明一个实施例提供的红外摄像头的场同步信号和红外发光二极管组的波形比对图。IR LED组的亮灭状态由红外摄像头的场同步信号控制，以保证红外摄像头拍摄的图像中相邻的两帧IR LED组的亮灭状态是不同的。参见图2，LED延时电路调整摄像头的场同步信号使得红外摄像头拍摄的相邻的两帧图像不会受到IR LED余辉效应的干扰。
[0041]在本发明的一个实施例中，当红外摄像头奇数帧的场同步信号到来时，LED延时电路控制设备中的IR LED组点亮(即图2中示出的LED 0N)，在红外摄像头偶数帧的场同步信号到来之前的预设时间点，控制设备中的IRLED组灭(即图2中示出的LED 0FF)，红外摄像头在IR LED组相邻的亮灭状态分别对IR LED组进行拍照。LED延时电路用于保证IR LED组在红外摄像头的偶数帧的场同步信号到来相距一定的时间差t(图2中示出的时间差t)。
[0042]在本发明的其他实施例中，IR LED控制单元110，用于当红外摄像头130偶数帧的场同步信号到来时，通过LED延时电路控制IR LED组120亮，在红外摄像头130奇数帧的场同步信号到来前的预设时间点，通过LED延时电路控制设备上的IR LED组120灭。
[0043]图3-1至图3-3是本发明一个实施例提供的红外摄像头拍摄的相邻两帧图像的对比图，以及减法处理后的效果图。其中，图3-1是设备中IR LED组亮的时候，红外摄像头捕捉到的图像。图3-2是设备中IR LED组灭的时候，红外摄像头捕捉到的图像。图3-3是对红外摄像头拍摄到的相邻两帧图像做减法操作后的效果图。需要说明的是，参见图3-1和图3-2，图3-1和图3-2中的3-11为视场内的一个干扰源，在红外摄像头拍摄的IR LED组的亮和灭的状态时，该干扰源都存在。参见图3-3，经过对红外摄像头拍摄到的相邻奇数帧和偶数帧图像进行减法运算后，图像中内只存在IR LED组，除LED组之外的其他干扰源已被滤除，这样就简单的做图像分割的工作。然后再将分割到的图像和预存的IR LED组的姿态数据跟做比对，判断出IR LED组的姿态，进而可判断出设备的姿态。
[0044]根据本发明的另一个方面还提供了一种判定设备姿态的方法。该方法包括:根据红外摄像头的场同步信号控制设置在所述设备上的IR LED组的亮灭状态，保证红外摄像头拍摄的相邻两帧图像中的IR LED组的亮灭状态不同；
[0045]通过红外摄像头拍摄IR LED组，并存储图像。
[0046]对红外摄像头拍摄的相邻两帧图像进行减法运算，并对减法运算后的图像进行分害I]，将分割后的图像和预存的IR LED组的姿态数据进行比对，判断出IR LED组的姿态，进而判断出设备的姿态。
[0047]在本发明的一个实施例中，控制IR LED组的亮灭状态，保证红外摄像头拍摄的相邻两帧图像中的IR LED组的亮灭状态不同包括:
[0048]当红外摄像头的奇数帧的场同步信号到来时，通过LED延时电路控制设备上的IRLED组亮，在红外摄像头偶数帧的场同步信号到来前的预设时间点，通过LED延时电路控制设备上的IR LED组灭；
[0049]或者，
[0050]当红外摄像头偶数帧的场同步信号到来时，通过LED延时电路控制设备上的IRLED组亮，在红外摄像头奇数帧的场同步信号到来前的预设时间点，通过LED延时电路控制设备上的IR LED组灭。
[0051]在本发明的一个实施例中，LED延时电路设置在微控制单元MCU内部，在MCU内部进行延时，并通过MCU的通用输入输出接口 GPIO和设备中的IR LED组相连。[0052]在本发明的一个实施例中，该方法还包括:创建两个缓存，分别存储红外摄像头拍摄的奇数帧图像和偶数帧图像。
[0053]综上所述，通过LED延时电路配合红外摄像头的场同步信号调整设备上IR LED组的亮灭状态，保证相邻两帧图像的不同点只有IR LED组的亮灭，然后由红外摄像头对IRLED组的亮灭状态分别拍照，减少了视场内其他干扰源的干扰，相关软件端再对红外摄像头拍到的图像进行后续的减法运算处理，并和预存的IR LED组的姿态数据比对，判断出IRLED组的姿态，进而判断出设备的姿态。由此，本发明提供的这种判定设备姿态的系统和方法简化了图像分割和图像识别的步骤，满足在复杂环境下对设备姿态定位和识别的实时性要求。
[0054]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种判定设备姿态的系统，其特征在于，该系统包括:IR LED控制单元，图像处理单元，红外摄像头以及设置在所述设备上的红外发光二极管IR LED组； 所述IR LED控制单元，用于根据所述红外摄像头的场同步信号控制所述IR LED组的亮灭状态，保证所述红外摄像头拍摄的相邻两帧图像中的IRLED组的亮灭状态不同； 所述红外摄像头，用于拍摄所述IR LED组，并存储图像； 所述图像处理单元，用于对所述红外摄像头拍摄并存储的相邻两帧图像进行减法运算，并对减法运算后的图像进行分割，将分割后的图像和预存的IR LED组的姿态数据进行比对，判断出IR LED组的姿态，进而判断出所述设备的姿态。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述IRLED控制单元包括LED延时电路； 当所述红外摄像头的奇数帧的场同步信号到来时，所述LED延时电路控制所述IR LED组亮；在所述红外摄像头偶数帧的场同步信号到来前的预设时间点，所述LED延时电路控制所述IR LED组灭； 或者， 当所述红外摄像头偶数帧的场同步信号到来时，所述LED延时电路控制所述IR LED组亮；在所述红外摄像头奇数帧的场同步信号到来前的预设时间点，所述LED延时电路控制所述的IR LED组灭。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，该系统包括缓存创建单元； 所述缓存创建单元，用于创建两个缓存，分别存储所述红外摄像头拍摄的奇数帧和偶数帧图像，并提供给所述图像处理单元。
4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述IRLED控制单元采用微控制单元MCU ; 所述LED延时电路设置在MCU内部，在MCU内部进行延时，并通过MCU的通用输入输出接口 GPIO和所述IR LED组相连。
5.一种判定设备姿态的方法，该方法包括: 根据红外摄像头的场同步信号控制设置在所述设备上的IR LED组的亮灭状态，保证红外摄像头拍摄的相邻两帧图像中的IR LED组的亮灭状态不同； 通过所述红外摄像头拍摄IR LED组，并存储图像； 对红外摄像头拍摄并存储的相邻两帧图像进行减法运算，并对减法运算后的图像进行分割，将分割后的图像和预存的IR LED组的姿态数据进行比对，判断出设备上的IR LED组的姿态，进而判断出设备的姿态。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，由红外摄像头的场同步信号控制所述IRLED组的亮灭状态，保证红外摄像头拍摄的相邻两帧图像中的IR LED组的亮灭状态不同包括: 当红外摄像头的奇数帧的场同步信号到来时，通过LED延时电路控制设备上的IR LED组亮，在红外摄像头偶数帧的场同步信号到来前的预设时间点，通过LED延时电路控制设备上的IR LED组灭； 或者， 当红外摄像头偶数帧的场同步信号到来时，通过LED延时电路控制设备上的IR LED组亮，在红外摄像头奇数帧的场同步信号到来前的预设时间点，通过LED延时电路控制设备上的IR LED组灭。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述IRLED控制单元采用微控制单元MCU ;所述LED延时电路设置在微控制单元MCU内部，在MCU内部进行延时，并通过MCU的通用输入输出接口 GPIO和设备上的IR LED组相连。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括:创建两个缓存，分别存储红外摄像头 拍摄的奇数帧图像和偶数帧图像。
【文档编号】A63F13/40GK103657089SQ201310573037
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】王飞, 邓雪冰, 周克, 林大鹏 申请人:青岛歌尔声学科技有限公司