自由空间定位方法及系统的制作方法_2

文档序号:9215202阅读:来源:国知局
,用于控制电脑或电视以执行游戏及各式功能,并 通过显示于一显示器4上来与使用者互动,在本实施例中,该灯源模块1挂置于该显示器4 上,但不以此为限,也可以其他方式装设或是嵌入于该显示器4 ;灯源0设于显示器4的左 上角,而灯源X、灯源Y分别设于显示器4的右上角和左下角,但不以此为限,灯源0也可以 设于显示器4任一角或是任何邻近显示器4的位置;所述多个灯源0、X、Y、Z为彼此颜色互 不相同的LED灯,例如为红、蓝、绿、黄,但不以此为限,只要所发出的光线的波长不同即可。
[0048] 该存储单元32存储有多笔灯源方位信息,以及每一笔灯源方位信息所对应的一 预存姿态角及一预存坐标。此部分容后说明。该计算装置是用以处理取像模块2的信息而 控制前述电脑或电视。
[0049] 该方法包含以下步骤:
[0050] 步骤S1 -取像模块2对灯源模块1取像,产生一待判影像,并传送至该计算模块 3的该处理单元31。
[0051] 该取像模块2例如是一个具有一个镜头及CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,互补式金属氧化物半导体)感光元件的彩色摄影机,能够取 得不同颜色的所述多个灯源〇、X、Y、Z的影像。
[0052] 所述多个灯源0、X、Y、Z的光线理想上是朝向四面八方发出,以便能被该取像模块 2在各个方位上取像,但受限于LED技术关系,若是每一灯源仅使用一颗LED,则大致上是以 朝向显示器4前方为主,但不以此为限,也可以是每一灯源使用不只一颗LED,或是使用广 角的LED灯或其他型态的光源,朝各个方向发出光线。
[0053] 步骤S2 -该处理单元31通过颜色的不同分析出该待判影像中该灯源0、该灯源 X、该灯源Y及该灯源Z的位置,得到各该灯源0、X、Y、Z在该待判影像中的坐标。举例来说, 定义该待判影像的影像左上角的像素的坐标为(〇,〇),若该灯源〇的坐标为(100,200),表 示该处理单元31计算出该灯源0的中心像素需由影像左上角的像素右移100个像素,且下 移200个像素才会到达。
[0054] 步骤S3 -该处理单元31将该待判影像中各灯源的坐标与该存储单元32中的各 笔灯源方位信息进行比对,筛选出符合一比对条件的一或多笔灯源方位信息。
[0055] 以下说明预存姿态角、预存坐标,及灯源方位信息。
[0056] 预存姿态角代表物体9在空间中的姿态,举例而言,在本实施例中使用泰特-布莱 恩角(Tait-Bryan angles),即会包括偏航角(yaw)、俯仰角(pitch)和滚动角(roll)三个 分量。
[0057] 预存坐标代表物体9在空间中的位置,举例而言,在本实施例中以灯源0为原点, 由灯源〇朝灯源X、Y、Z延伸成为X轴、Y轴、Z轴的坐标系内,在灯源0正前方100公分处 的坐标即为(〇,〇, 100)。
[0058] 假设我们量测出该物体9的姿态角及坐标,只要该物体9本身是不会形变的,即确 定了该物体9在空间中的全部状态,比如说,该物体9的几何中心位于该坐标,该物体9轴 向延伸的方向可由偏航角(yaw)、俯仰角(pitch)表示,该物体9自身绕其轴向旋转的状态 则由滚动角(roll)表示。
[0059] 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,所谓预提取影像,指 的建立灯源方位信息时,使该物体9处于该预存姿态角及该预存坐标后,使设于该物体9上 的该取像模块2对该灯源模块1取像而产生该预提取影像。分析该预提取影像可得该灯源 方位信息。
[0060] 在本实施例中,该灯源方位信息包括该预提取影像上各灯源的间的相对关系,详 细而言,定义该灯源0与该灯源X的连线线段为第一边U、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,该灯源方位信息包括该预提取影 像中该第一边的长度I;、该第二边的长度碟、该第三边的长度4、该第一边与该第二边的 夹角ef、该第二边与该第三边的夹角#1,及该第一边与该第三边的夹角、该灯源0在该 预提取影像上的坐标0P(0『,Op,以及该第一边的旋转角R p。
[0061] 参阅图3,其中,该第一边的旋转角,可以理解为一射线(图未不)由6点钟方向 以该灯源〇为圆心,顺时针旋转至叠合于该第一边的旋转角。定义当of = x;?且〇【> X【为 在该预提取影像中该第一边的旋转角等于零的情形,随着物体9逆时针旋转,该第一边顺 时针旋转的角度即为该旋转角,其中,该灯源〇的坐标为〇 P(〇f,〇P,该灯源X的坐标为 xp(x『,xp,此外,影像左上角的坐标为(〇,〇),影像右上角的坐标为(w,o),影像左下角 的坐标为(〇,h)。
[0062]补充说明的是,长度的计算方式举例来说可利用毕氏定理计算,假如
,在存储单元 32中,蟋即存储为#。夹角的计算方式举例来说可利用余弦定理计算,余弦定理指的是假 设三角形的三边长分别为a、b、c,则a2+b2-2ab*C〇S0=c 2,其中0为边长为a及b的两边 的夹角。假如该第一边的长度i?=a、该第二边的长度I*l=b,并计算X1*与Y P相距c,即可利 用余弦定理计算该第一边与该第二边的夹角€。
[0063]参阅图4,本步骤包括该处理单元31执行的以下步骤S31至S35:
[0064]步骤S31 -计算一相关于各该灯源在该待判影像中的坐标的待判信息,包括该待 判影像中该第一边的长度I?、第二边的长度I?、第三边的长度、第一边与第二边的第一 夹角设、第二边与第三边的第二夹角碎、第一边与第三边的第三夹角#|,及第一边的旋转 角RQ,其中该旋转角的定义与前述在处理预提取影像时相类似。以下进入步骤S32至S34, 需说明的是,各步骤的顺序不以下述为限。
[0065]步骤S32 -本步骤可以是对每一笔灯源方位信息所存储的旋转角RP计算旋转角 绝对差值|rq-rpI,然后筛选出小于一旋转角阈值者所对应的灯源方位信息;也可以是将旋 转角分组,举例而言分成8组,即0°组、45°组、90°组、135°组、180°组、225°组、270° 组、315°组,判断该待判影像中的旋转角R Q属于其中何组后,属于该组的灯源方位信息即 被筛选出。
[0066] 步骤S33 -与该存储单元32存储的每一笔灯源方位信息比对,计算一综合差异值 f,f=
[0067],然后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。本步骤的用 意在于找出长度与角度方面综合来说较接近该待判影像的状态的灯源方位信息。
[0068] 步骤S34 -计算距离
,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。然后筛选出距离do小于等于 一预设距离所对应的灯源方位信息。
[0069] 步骤S35 -筛选出同时被步骤S32至S34筛选出的灯源方位信息,此即为最终筛 选结果。补充说明的是,为减少运算量,也可以依序执行步骤S32至S34,较后执行的步骤只 需在已被筛选出的灯源方位信息中执行计算及筛选,如此则本步骤可省略。
[0070] 以下综合说明步骤S32至S34对于识别物体9在空间中的姿态角与坐标的意义。 [0071]步骤S32是比对影像所旋转的角度,来识别物体9的滚动角(roll)。以影像中的 一处为基准,计算出旋转了多少角度,即可得滚动角(roll)。
[0072] 步骤S33是识别三维空间中长度与角度的变化,筛选出与待判信息最相似的若干 笔灯源方位信息,若要找最相似的灯源方位信息,则意味着要找的是长度差异值是最小且 角度差异值也是最小者,故须以综合的方式做比较。
[0073] 步骤S34的用意是利用灯源0在影像中的位置来判断识别物的偏航角(yaw)与俯 仰角(pitch);在相同的位置与滚动角(roll)下,原点的位置会随着偏航角(yaw)与俯仰 角(pitch)的不同而有所改变,通过此方法来找出所对应的角度。
[0074] 还需说明的是,筛选方式不以上述通过阈值的方式为限,举例来说,也可以根据步 骤S32至S34中计算的旋转角绝对差值、综合差异值f及距离d0进行排名,筛选出前3名 做为
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