自由空间定位方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种定位方法，特别涉及一种自由空间定位方法及系统。
【背景技术】
[0002] 现今利用摄影机取得物体在三维空间中位置的应用相当普及，包括利用结构光投 射在物体上的形状与大小来判断出物体的位置、利用时差测距（Time of flight, ToF)原理 的深度摄影机计算物体与摄影机的距离，以及利用双镜头取得两张影像经过视差计算处理 后得到物体的深度，最终可得到物体的三维空间坐标，而这些方法皆无法检测出物体的姿 态角（举例而言包括偏航角（yaw)、俯仰角（pitch)和滚动角（roll)三个分量）。因此，如 何检测物体的姿态角，就成为一值得研究的主题。
【发明内容】
[0003] 因此，本发明的目的，即在提供一种可检测物体姿态角的自由空间定位方法及系 统。
[0004] 于是，本发明自由空间定位方法，适用于估算一物体在空间的姿态角，由一自由空 间定位系统执行，该系统包含一灯源模块、一设于该物体上的取像模块，及一与该取像模块 信息连接的计算模块，该计算模块包括相连接的一处理单元与一存储单元，该灯源模块包 括界定出一平面的一灯源0、一灯源X，及一灯源Y，以及位于该平面的一侧的一灯源Z，该存 储单元存储有多笔灯源方位信息及每一笔灯源方位信息所对应的一预存姿态角，该方法包 含以下步骤：
[0005] (A)该取像模块对该灯源模块取像，产生一待判影像，并传送至该计算模块的该处 理单元。
[0006] (B)该处理单元分析该待判影像中该灯源0、该灯源X、该灯源Y及该灯源Z的坐 标，得到一相关于各该灯源在该待判影像中的坐标的待判信息。
[0007] (C)该处理单元将该待判信息与该存储单元中的各笔灯源方位信息进行比对，筛 选出与该待判信息相类似的一或多笔灯源方位信息。
[0008] (D)该处理单元根据筛选出的灯源方位信息所对应的预存姿态角估算该物体的一 估算姿态角。
[0009] 较佳地，其中，步骤（C)中对每一笔灯源方位信息计算得到一个相关于该待判信 息与该一笔灯源方位信息间的差异的综合差异值，并筛选出该综合差异值小于等于一阈值 所对应的灯源方位信息。
[0010] 较佳地，其中，该灯源方位信息是相关于各灯源在一预提取影像上的位置，当该物 体处于该预存姿态角且设于该物体上的该取像模块对该灯源模块取像而产生该预提取影 像后，分析该预提取影像可得该灯源方位信息。
[0011] 较佳地，其中，该物体处于一预存坐标及该预存姿态角且设于该物体上的该取像 模块对该灯源模块取像而产生该预提取影像后，分析该预提取影像可得该灯源方位信息。
[0012] 较佳地，其中，定义该灯源0与该灯源X的连线线段为第一边Li、该灯源0与该灯源 Y的连线线段为第二边L 2，该灯源0与该灯源Z的连线线段为第三边L3，步骤（B)计算得到 的该待判信息包括该待判影像中该第一边的长度I?、第二边的长度、第三边的长度4、 第一边与第二边的第一夹角e?、第二边与第三边的第二夹角ef，及第一边与第三边的第三 夹角崆；该灯源方位信息包括该预提取影像中该第一边的长度g、该第二边的长度、该 第三边的长度1|、该第一边与该第二边的夹角畦、该第二边与该第三边的夹角€，及该第 一边与该第三边的夹角€;步骤（C)计算该综合差异值 f=
[0013] 较佳地，其中，各该灯源方位信息还包括该灯源0在该预提取影像的坐标 0P(0〖，0〗），定义该待判影像中该灯源0的坐标为〇Q(〇卜步骤（C)该处理单元还 计算距离1
，其中距离d0为该灯源0在该待判影像中的 位置与在该预提取影像中的位置的距离，并筛选出该距离d0小于等于一预设距离所对应 的灯源方位信息。
[0014] 较佳地，其中，该灯源方位信息包括在该预提取影像中该灯源0的坐标 op(of，op，该灯源X的坐标X p(Xf，X0，该灯源Y的坐标yKy^，Y2P)，及该灯源Z的 坐标zp(zf，zp，该待判信息包括在该待判影像中该灯源0的坐标oWo；3, 该灯源X 的坐标XWX；3, xp，该灯源Y的坐标Y^Y；3, Y2Q)，该灯源z的坐标:ZQ(Z?，Z?)，该综合 差异值f?为
[0016] 较佳地，其中，步骤（D)将筛选出的灯源方位信息对应的预存姿态角进行平均，得 到估算的该物体的一估算姿态角AE。
[0017] 较佳地，其中，
i，其中，N为筛选出来的灯源方位信息总笔数，筛选出的第k笔 灯源方位信息对应的预存姿态角Ak为(Af，A〖，Af)。
[0018]较佳地，其中，该灯源模块的各该灯源发出的光线的波长彼此相异，步骤（B)中该 处理单元是根据该待判影像的像素值识别各该灯源。
[0019] 较佳地，还适用于估算该物体在空间的坐标，其中，每笔灯源方位信息还对应一预 存坐标，步骤（D)还将筛选出的灯源方位信息所对应的预存坐标进行平均，得到估算的该 物体的一估算坐标C E。
[0020] 较佳地，其中，
其中，N为筛选出来的灯源方位信息总笔数，筛选出的第k笔 灯源方位信息对应的预存物体坐标Ck为（0，Ct，cp。
[0021] 于是，本发明自由空间定位系统，执行如上所述自由空间定位方法。
[0022] 本发明的有益效果在于：通过取像模块对该灯源模块取像，分析得到相关于所述 多个灯源的坐标的待判信息后，筛选出与该待判信息相类似的一或多笔灯源方位信息，藉 此估算该物体的该估算姿态角。
【附图说明】
[0023] 本发明的其他的特征及功效，将于参照附图的较佳实施例详细说明中清楚地呈 现，其中：
[0024] 图1是一系统示意图，说明本发明自由空间定位方法的一较佳实施例；
[0025] 图2是一流程图，说明该较佳实施例；
[0026] 图3是一影像分析示意图，说明多个灯源的坐标及旋转角；及
[0027] 图4是一流程图，说明该较佳实施例的步骤S3。
[0028] 其中，附图标记说明如下：
[0029] 1灯源模块
[0030] 11框架
[0031] 12 悬臂
[0032] 2取像模块
[0033] 3计算模块
[0034] 31 处理单元
[0035] 32存储单元
[0036] 4显示器
[0037]9物体
[0038] 0、X、Y、Z 灯源
[0039] Q 第一边
[0040] L2 第二边
[0041] L3第三边
[0042] S1 ~S4 步骤
[0043] S31 ~S35 步骤
【具体实施方式】
[0044] 在本发明被详细描述的前，应当注意在以下的说明内容中，类似的元件是以相同 的编号来表不。
[0045]参阅图1与图2,本发明自由空间定位方法的第一较佳实施例，适用于估算一物体 9在空间的姿态角及坐标，由一自由空间定位系统执行，该系统包含一灯源模块1、一设于 该物体9上的取像模块2、一与该取像模块2信息连接的计算模块3,该计算模块3包括相 连接的一处理单元31与一存储单元32。
[0046] 该灯源模块1包括界定出一平面的一灯源0、一灯源X，及一灯源Y，以及位于该平 面的一侧的一灯源Z。在本实施例中，该灯源模块1还包括一连接所述多个灯源0、X、Y的 方型的框架11，以及一连接该框架11与灯源Z的悬臂12,使得灯源0与另三灯源X、Y、Z所 形成的三条连线彼此于空间中均相互垂直。但不以此为限，只要灯源〇、X、Y不共线以形成 该平面，且灯源Z不与灯源0、X、Y所在的该平面共面即可。通过前述配置灯源0、X、Y、Z的 方式，在取像视野能够涵盖灯源〇、X、Y、Z (不论是否部分灯源被遮蔽）的情况下，在空间中 任何位置，以任意姿态取像，只要位置或姿态有任一者不相同，所得的影像便不会相同，而 具有唯一性。前述姿态部分可以姿态角表示，容后说明。
[0047] 该物体9例如是一手持遥控器