專利名稱：一種用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在智能電視、體感交互、虛擬現(xiàn)實(shí)等智能控制領(lǐng)域，通常通過檢測裝置檢測由發(fā)射裝置所發(fā)射的一定信號(hào)，如LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)所發(fā)送的光信號(hào),來進(jìn)行相應(yīng)的控制操作，如打開或關(guān)閉受控設(shè)備。其中，位置信息，特別是發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的位置信息，對(duì)于提供控制精度、簡化控制操作等方面都具有非常重要的意義，例如可以通過發(fā)射裝置的位置變化來模擬鼠標(biāo)應(yīng)用，以提高用戶與受控設(shè)備的交互能力并提升用戶的操控體驗(yàn)。
然而，現(xiàn)有技術(shù)中，或者僅能確定二維位置，或者需要更為復(fù)雜的發(fā)射裝置或檢測裝置，如包括多個(gè)發(fā)射源的發(fā)射裝置或包括多個(gè)檢測點(diǎn)的檢測裝置，才可能實(shí)現(xiàn)確定三維位置。前者往往因位置信息維度不夠，具有控制精度不夠等缺點(diǎn)；而后者雖然支持基于三維位置信息的控制，卻具有配置成本高、能耗高等不足。
因此，如何針對(duì)上述不足，確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題之一。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括:
發(fā)射裝置，包括用于發(fā)送控制信號(hào)的發(fā)射光源，以及用于輔助所述控制信號(hào)傳輸?shù)墓鈱W(xué)單兀；
檢測裝置，包括攝像頭，用于獲取所述控制信號(hào)經(jīng)所述光學(xué)單元在所述攝像頭中的成像信息；
計(jì)算裝置，用于根據(jù)所述成像信息，確定所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維位置信息。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面提供的用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述計(jì)算裝置包括:
輸入確定單元，用于對(duì)所述成像信息進(jìn)行圖像識(shí)別處理，以獲得與所述成像信息相對(duì)應(yīng)的輸入光域；
特征提取單元，用于提取所述輸入光域的光域特征信息；
位置確定單元，用于根據(jù)實(shí)測所得的光域特征與三維位置信息的映射關(guān)系，基于所述光域特征信息，確定所述三維位置信息。
較佳地，所述光域特征信息包括以下至少任一項(xiàng):
-所述輸入光域的長軸信息；
-所述輸入光域的短軸信息；
-所述輸入光域的長軸與短軸的比值信息。
較佳地，所述特征提取單元用于提取所述輸入光域的光域特征信息，其中，所述光域特征信息包括所述輸入光域間的光域相關(guān)信息。
更佳地，所述光域相關(guān)信息包括以下至少任一項(xiàng):
-所述輸入光域間的中心連線方向信息；
-所述輸入光域間的距離信息。
較佳地，所述三維位置信息包括所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維平動(dòng)位置信息；
其中，所述位置確定單元用于:
-根據(jù)實(shí)測所得的光域特征與所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的距離的映射關(guān)系，基于所述光域特征信息，確定所述三維平動(dòng)位置信息。
較佳地，所述三維位置信息包括所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息；
其中，所述位置確定單元用于:
-根據(jù)實(shí)測所得的光域特征與所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的夾角的映射關(guān)系，基于所述光域特征信息，確定所述三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息。
較佳地，所述計(jì)算裝置還包括去噪單元，該去噪單元用于:
-根據(jù)所述輸入光域的發(fā)光模式和/或所述輸入光域間的兩兩距離，對(duì)所述輸入光域進(jìn)行分組處理，以獲得一個(gè)或多個(gè)光域集合，其中，每個(gè)光域集合包括一個(gè)或多個(gè)輸入光域；
-根據(jù)所述光域集合的集合特征信息，從所述一個(gè)或多個(gè)光域集合中選擇優(yōu)選光域集合，以作為所述特征提取單元的處理對(duì)象。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面提供的用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)的又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中，該系統(tǒng)還包括:
位置調(diào)整裝置，用于根據(jù)所述三維位置信息的位置參考信息，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息。
較佳地，所述位置調(diào)整裝置用于根據(jù)所述三維位置信息的位置參考信息，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息，其中，所述位置參考信息包括所述三維位置信息所對(duì)應(yīng)的歷史位置信息。
較佳地，所述位置調(diào)整裝置用于根據(jù)所述三維位置信息的位置參考信息，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息，其中，所述位置參考信息包括所述成像信息所在幀的相關(guān)幀中與所述三維位置信息相對(duì)應(yīng)的三維位置信息。
較佳地，該系統(tǒng)還包括:
位置預(yù)測裝置，用于根據(jù)所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的歷史三維位置信息，結(jié)合預(yù)定的運(yùn)動(dòng)模型，預(yù)測所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的預(yù)測三維位置信息；
其中，所述位置調(diào)整裝置，用于根據(jù)包括所述預(yù)測三維位置信息的所述位置參考信息，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面提供的用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)的再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，其中，所述光學(xué)單元包括以下至少任一項(xiàng):
-置于所述發(fā)射光源側(cè)面或后端的反射體；
-置于所述發(fā)射光源前端的透光體。
較佳地,所述反射體具有凸形反射面。
較佳地，所述透光體朝向所述發(fā)射光源內(nèi)凹以形成凹槽。
較佳地，所述發(fā)射裝置包括多個(gè)發(fā)射光源，所述多個(gè)發(fā)射光源中至少一個(gè)配置有至少一個(gè)所述光學(xué)單元。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種用于對(duì)受控設(shè)備進(jìn)行遙控的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括:
發(fā)射裝置，包括用于發(fā)送控制信號(hào)的發(fā)射光源，以及用于輔助所述控制信號(hào)傳輸?shù)墓鈱W(xué)單兀；
檢測裝置，包括攝像頭，用于獲取所述控制信號(hào)經(jīng)所述光學(xué)單元在所述攝像頭中的成像信息；
計(jì)算裝置，用于根據(jù)所述成像信息，確定所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維位置信息；
控制裝置，用于確定與所述三維位置信息相對(duì)應(yīng)的控制指令，以用于對(duì)與所述系統(tǒng)相連接的受控設(shè)備進(jìn)行控制。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在發(fā)射裝置中包括用于輔助所述控制信號(hào)傳輸?shù)墓鈱W(xué)單元，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的確定，不僅降低了配置成本與能耗水平，也使得基于三維位置信息的控制成為可行，進(jìn)而提高了控制效率并提升了用戶的控制體驗(yàn)。進(jìn)一步地，本發(fā)明還可以用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維平動(dòng)位置或三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置。而且，本發(fā)明還可以通過結(jié)合運(yùn)動(dòng)模型，由對(duì)應(yīng)的歷史三維位置信息推測當(dāng)前的三維位置信息，來調(diào)整實(shí)際檢測得到的三維位置信息，從而獲得更準(zhǔn)確的三維位置信息。此夕卜，本發(fā)明還可以直接應(yīng)用于受控設(shè)備的遙控，從而不僅提高了控制效率，也提升了用戶的控制體驗(yàn)。


通過閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
圖1示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)的不意圖2示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的計(jì)算裝置的示意圖3示出根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)的示意圖4a與圖4b分別示出根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的光學(xué)單元的示意圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的用于對(duì)受控設(shè)備進(jìn)行遙控的系統(tǒng)的示意圖。
附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖1示出一種用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)的示意圖，其中，檢測系統(tǒng)I包括發(fā)射裝置11、檢測裝置12和計(jì)算裝置13。
發(fā)射裝置11包括用于發(fā)送控制信號(hào)的發(fā)射光源，以及用于輔助所述控制信號(hào)傳輸?shù)墓鈱W(xué)單元。例如，在發(fā)射裝置11中，該發(fā)射光源位于該光學(xué)單元的后端，該發(fā)射光源所發(fā)出的控制信號(hào)透射通過該光學(xué)單元，以供檢測裝置12通過其中的攝像頭獲取該控制信號(hào)的成像信息。或者，該光學(xué)單元位于該發(fā)射光源的后端，該光學(xué)單元將該發(fā)射光源所發(fā)出的控制信號(hào)，反射至檢測裝置12中的攝像頭，以供檢測該控制信號(hào)經(jīng)該光學(xué)單元在該攝像頭中的成像信息。優(yōu)選地，該發(fā)射光源所發(fā)出的控制信號(hào)，經(jīng)過多個(gè)相互配合的光學(xué)單元的傳輸，由檢測裝置12中的攝像頭檢測其在該攝像頭中的成像信息。
在此，該發(fā)射光源包括但不限于點(diǎn)光源、面光源、球狀光源或其他任意以一定發(fā)光頻率進(jìn)行發(fā)光的光源，如LED可見光光源、LED紅外光光源、OLED (Organic Light-EmittingDiode,有機(jī)發(fā)光二極管)光源、激光光源等。在此，LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光，并將所述光作為控制信號(hào)。以下實(shí)施例交替使用發(fā)射光源或LED，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的其他形式的發(fā)射光源，特別地，如0LED，如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。
在此，該光學(xué)單元包括但不限于:1)置于所述發(fā)射光源后端或側(cè)面的反射體；2)置于所述發(fā)射光源前端的透光體。優(yōu)選地，所述反射體具有凹形或凸形反射面。例如，通過置于所述發(fā)射光源側(cè)面的具有凸形反射面的所述反射體，檢測裝置12可獲得該控制信號(hào)的其他的成像信息。優(yōu)選地，所述透光體帶有凹槽，該凹槽的開口方向與所述發(fā)射光源的控制信號(hào)傳播方向同向或反向。
如圖4a所示，在發(fā)射裝置11中，該光學(xué)單元優(yōu)選地包括置于該發(fā)射光源前端的透光體，其中，該透光體朝向該發(fā)射光源內(nèi)凹以形成圓錐狀的凹面。該圓錐狀的凹面的縱截面可以是直線型、弧線型或不規(guī)則型，以獲得該控制信號(hào)在該攝像頭中不同的成像信息。
如圖4b所示，在發(fā)射裝置11中，該光學(xué)單元優(yōu)選地包括置于該發(fā)射光源后端的凹形反射體，其中，該發(fā)射光源位于該凹形反射體的開口內(nèi)，該凹形反射體的凹面呈圓錐狀。該圓錐狀的凹面的縱截面可以是直線型、弧線型或不規(guī)則型，以獲得該控制信號(hào)在該攝像頭中不同的成像信息。
較佳地，該發(fā)射裝置11包括多個(gè)發(fā)射光源，其中，至少一個(gè)發(fā)射光源配置有至少一個(gè)光學(xué)單元。例如，該發(fā)射裝置11包括N個(gè)發(fā)射光源，其中部分發(fā)射光源分別配置有數(shù)目不等、類型互異的光學(xué)單元，部分發(fā)射光源未配置有光學(xué)單元。
檢測裝置12包括攝像頭，該攝像頭用于獲取所述控制信號(hào)經(jīng)所述光學(xué)單元在所述攝像頭中的成像信息，以供計(jì)算裝置13確定所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維位置信息。
計(jì)算裝置13根據(jù)檢測裝置所獲取的成像信息，通過諸如查詢預(yù)定的位置曲線，或者通過對(duì)查表所得的位置信息進(jìn)行內(nèi)插處理，以獲得所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維位置信息。
如圖2所示，計(jì)算裝置13包括輸入確定單元131、特征提取單元132和位置確定單元133。其中，輸入確定單元131對(duì)所述成像信息進(jìn)行圖像識(shí)別處理，以獲得與所述成像信息相對(duì)應(yīng)的輸入光域；特征提取單元132提取所述輸入光域的光域特征信息；位置確定單元133根據(jù)實(shí)測所得的光域特征與三維位置信息的映射關(guān)系，基于所述光域特征信息，確定所述三維位置信息。
具體地，輸入確定單元131通過諸如二值化、霍夫變換或?qū)恻c(diǎn)門限過濾等圖像識(shí)別算法，對(duì)檢測裝置12所提供的成像信息進(jìn)行處理，以獲得與該成像信息相對(duì)應(yīng)的輸入光域，在此，輸入光域是指該成像信息中的區(qū)別于其周圍區(qū)域的光學(xué)區(qū)域；一般，該輸入光域包括由發(fā)射光源所發(fā)送的控制信號(hào)直接在攝像頭中形成的光學(xué)區(qū)域、該控制信號(hào)經(jīng)光學(xué)單元反射和/或透射后在攝像頭中形成的光學(xué)區(qū)域、或這兩者的任意組合。例如，輸入確定單元131通過預(yù)設(shè)的門限值，對(duì)該成像信息中每個(gè)像素進(jìn)行二值化處理，得到對(duì)應(yīng)的二值化圖像；在對(duì)該二值化圖像形成的邊界進(jìn)行霍夫變換，來獲得該二值化圖像中所存在的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)區(qū)域，以作為輸入光域。優(yōu)選地，輸入確定單元131還可以對(duì)前例中得到的一個(gè)或多個(gè)光學(xué)區(qū)域，再進(jìn)一步篩選處理，如通過預(yù)設(shè)的特征參數(shù)的范圍，如像素?cái)?shù)量范圍、半徑大小范圍、長短軸比值范圍等，排除不符合的光學(xué)區(qū)域，以獲得與該成像信息相對(duì)應(yīng)的輸入光域。例如，假設(shè)輸入光域近似圓形，則只有半徑落于預(yù)定有效半徑范圍內(nèi)的輸入光域才為有效的輸入光域，若有多個(gè)符合條件的輸入光域，可選最亮的一個(gè)或多個(gè)輸入光域作為輸入光域。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，在此獲得的輸入光域可以是一個(gè)或多個(gè)靠近或相重疊近似圓形、橢圓形或其他規(guī)則或近似規(guī)則的圖形，而且上述圖像處理算法僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的其他圖像處理算法如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。
特征提取單元132對(duì)輸入確定單元131所獲得的輸入光域，通過霍夫變換、主成分分析(PCA)或獨(dú)立成分分析(ICA)等方法進(jìn)行圖像處理，提取所述輸入光域的光域特征信息。例如，當(dāng)發(fā)射光源以一定的亮度發(fā)光，在此，亮度表明發(fā)射光源在特定方向單位立體角單位面積內(nèi)的光通量，特征提取單元132例如通過計(jì)算輸入光域的灰度值的平均值或總和，來確定該(等)輸入?yún)^(qū)域所對(duì)應(yīng)的亮度信息。又如，對(duì)于輸入確定單元131所獲得的一個(gè)輸入光域，特征提取單元132通過PCA方法進(jìn)行主軸變換，計(jì)算得區(qū)域分布最離散的軸的位置、大小與方向，以作為該長軸的位置、長度與方向。再如，對(duì)于輸入確定單元131所獲得的一個(gè)輸入光域，特征提取單元132通過計(jì)算該輸入光域中兩個(gè)像素間的距離，確定距離最遠(yuǎn)的兩個(gè)像素間的連線為該輸入光域的長軸，對(duì)應(yīng)距離為該長軸的長度。接前例，特征提取單元132還可將該長軸與該輸入光域所屬的成像信息的水平軸或垂直軸間的夾角，作為該長軸的方向信息。類似地，特征提取單元132可確定一個(gè)輸入光域的短軸信息。在此，兩個(gè)像素點(diǎn)間的距離計(jì)算可采用歐氏距離或馬氏距離。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述用于獲取光域特征信息的方法僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的其他獲取光域特征信息的方法如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。
在此，該(等)光域特征信息包括以下至少任一項(xiàng):
-所述輸入光域的長軸信息，如該長軸的位置、長度、方向信息；
-所述輸入光域的短軸信息，如該短軸的位置、長度、方向信息；
-所述輸入光域的長軸與短軸的比值信息。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述光域特征信息僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的其他光域特征信息如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。
優(yōu)選地，所述特征提取單元提取所述輸入光域的光域特征信息，其中，所述光域特征信息包括所述輸入光域間的光域相關(guān)信息。具體地，所述特征提取單元132通過諸如對(duì)所述輸入光域進(jìn)行聚類或分割處理，來提取所述輸入光域的光域特征信息，其中，所述光域特征信息包括所述輸入光域間的光域相關(guān)信息，如所述輸入光域間的中心連線方向信息、所述輸入光域間的距離信息或其結(jié)合。
例如，所述特征提取單元132通過根據(jù)所述輸入光域間的兩兩距離，對(duì)所述輸入光域進(jìn)行聚類處理，來獲得一個(gè)或多個(gè)輸入光域集合，其中，每個(gè)輸入光域集合包括一個(gè)或多個(gè)輸入光域；再根據(jù)諸如隨機(jī)選擇或優(yōu)選的輸入光域集合中的輸入光域，譬如這些輸入光域在所述成像信息中的位置信息，確定所述輸入光域間的光域相關(guān)信息，如所述輸入光域間的中心連線方向信息、所述輸入光域間的距離信息或其結(jié)合。優(yōu)選地，所述特征提取單元132還可以確定兩個(gè)輸入光域集合間的距離或其中心連線方向，以作為所述輸入光域間的距離信息或中心連線方向信息。
又如，所述特征提取單元132通過諸如輸入光域的形狀或其長短軸的比值，檢測輸入光域是否滿足分割的條件，如根據(jù)該輸入光域的形狀判斷其是否包括重疊的輸入光域，或者檢測輸入光域的長短軸的比值是否超過預(yù)定的閾值；當(dāng)滿足該(等)條件，對(duì)所述輸入光域進(jìn)行分割處理，例如在所述輸入光域的重疊位置或其短軸所在位置進(jìn)行分割，以獲得兩個(gè)或多個(gè)輸入光域，并確定分割所得的輸入光域間的距離或其中心連線方向，以作為所述輸入光域間的距離信息或中心連線方向信息。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述光域相關(guān)信息及其提取方式僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的光域相關(guān)信息或其提取方式如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。
位置確定單元133根據(jù)實(shí)測所得的光域特征與三維位置信息的映射關(guān)系，基于所述光域特征信息，確定所述三維位置信息。例如，位置確定單元133根據(jù)實(shí)測所得的輸入光域的如亮度等光域特征信息與所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的距離的映射關(guān)系，如映射曲線或數(shù)據(jù)表格，直接來確定與所述光域特征信息相對(duì)應(yīng)的三維位置信息，或者，得到與與所述光域特征信息較相關(guān)的多個(gè)候選三維位置信息，再對(duì)這多個(gè)候選三維位置信息進(jìn)行插值處理，來確定與所述光域特征信息相對(duì)應(yīng)的三維位置信息。在此，該映射關(guān)系存儲(chǔ)于該檢測系統(tǒng)，也可存儲(chǔ)于與該檢測系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)相連接的位置服務(wù)器等第三方設(shè)備；該映射關(guān)系可通過在不同三維位置下光域特征信息的測量值來建立，當(dāng)實(shí)測中的三維位置的步長越小，由該映射關(guān)系所得到的三維位置信息就越精確。該映射關(guān)系可按光域特征信息排序，或經(jīng)哈希處理后存儲(chǔ)，以提高搜索或查詢效率。
在此，將輸入光域的中心，如其長短軸的交點(diǎn)，在成像信息中基于圖像中心的二維坐標(biāo)標(biāo)記為(x，y)。其中X是輸入光域的中心在圖像中的橫坐標(biāo)，y是輸入光域的中心在圖像中的縱坐標(biāo)。
將某空間原點(diǎn)的三維坐標(biāo)標(biāo)記為(X0，Y0, Z0)，則發(fā)射裝置11的三維平動(dòng)位置信息為其三維坐標(biāo)(X，Y，Z)，其中，X是發(fā)射裝置11質(zhì)心的水平坐標(biāo)，Y是發(fā)射裝置11質(zhì)心的豎直坐標(biāo)，Z是發(fā)射裝置11質(zhì)心的縱深坐標(biāo)。通過公式X = xO -Z) / X ,Y = y O -Z) /入，即可由發(fā)射裝置11的二維圓心坐標(biāo)(x，y)，計(jì)算獲得該發(fā)射裝置11的三維位置信息(X，Y，Z)，其中，A為攝像頭的焦距，發(fā)射裝置11相對(duì)檢測裝置12的距離信息Z的具體計(jì)算方式將在后續(xù)內(nèi)各中予以詳細(xì)說明。
發(fā)射裝置11的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息可標(biāo)記為e，其中，0為發(fā)射裝置11的軸線與該發(fā)射裝置11到檢測裝置12連線之間的夾角。進(jìn)一步地，發(fā)射裝置11的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息還可標(biāo)記為(e，Y)，其中，Y為發(fā)射裝置11圍繞其質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)角，即發(fā)射裝置11的自轉(zhuǎn)角度。此外，根據(jù)前述夾角0，結(jié)合發(fā)射裝置11的三維平動(dòng)位置信息(X，Y，Z)，還可進(jìn)一步將發(fā)射裝置11的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息標(biāo)記為(a，P，Y )，即該發(fā)射裝置11通過其質(zhì)心軸的空間方位，其中，a是發(fā)射裝置11通過其質(zhì)心軸的水平方向角，^是發(fā)射裝置11通過其質(zhì)心軸的豎直方向角。
當(dāng)所述輸入光域包括多個(gè)輸入光域時(shí)，對(duì)于所述三維位置信息，至少可從以下兩個(gè)維度來確定:
I)先確定所述輸入光域中用于計(jì)算的輸入光域，再根據(jù)該等輸入光點(diǎn)，確定發(fā)射裝置11的三維位置信息。其中，所述用于計(jì)算的輸入光點(diǎn)可以是所述輸入光域中的全部或部分輸入光域；計(jì)算裝置13可以選擇所述輸入光域組的任一輸入光域作為所述用于計(jì)算的輸入光域，并確定發(fā)射裝置11的三維位置信息；也可以根據(jù)所選擇的用于計(jì)算的輸入光域之間的幾何結(jié)構(gòu)，確定相應(yīng)的點(diǎn)的三維位置信息，以用于表征發(fā)射裝置11的三維位置信息，如根據(jù)所選擇輸入光域所 組成的幾何體的重心，將該重心的三維位置信息作為發(fā)射裝置11的三維位置信息。
2)先獲取所述輸入光域中每個(gè)輸入光域的三維位置信息，再通過對(duì)該等三維位置信息的各種計(jì)算處理，確定發(fā)射裝置11的三維位置信息。在此，所述計(jì)算處理包括但不限于任何可適用于本發(fā)明的，對(duì)所述輸入光域中每個(gè)輸入光域的三維位置信息進(jìn)行的各種計(jì)算，諸如對(duì)所有輸入光域的三維位置信息求均值、按照多個(gè)輸入光域之間的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行的各種重心或頂點(diǎn)的三維位置信息的計(jì)算等。
優(yōu)選地，所述三維位置信息包括所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維平動(dòng)位置信息；其中，所述位置確定單元133根據(jù)實(shí)測所得的光域特征與所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的距離的映射關(guān)系，基于所述光域特征信息，確定所述三維平動(dòng)位置信息。
例如，以輸入光域?yàn)閳A形為例，在確定發(fā)射光源的輸入光域后，位置確定單元133根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)半徑r和亮度I，基于預(yù)定的距離擬合曲線Z = f (l/r，I)，確定發(fā)射裝置11相對(duì)檢測裝置12的距離Z，并結(jié)合所述輸入光域的圓心在所拍攝圖像中的二維坐標(biāo)(x，y)，通過公式X = X U -Z) / X，Y = y U -Z) /入，計(jì)算獲得發(fā)射光源的三維平動(dòng)位置信息(X，Y，Z)。
在此，關(guān)于距離擬合曲線的確定，可對(duì)距離Z測出相應(yīng)的r和I，需對(duì)不同距離Z按一定步長測定足夠多的樣本，即r和I的值(或其他所用特征)，以一次或二次(或多)曲線以最小誤差準(zhǔn)則擬合r和I與Z的映射關(guān)系。采樣時(shí)，應(yīng)選在有效工作范圍內(nèi)光學(xué)特性可通過r和I的組合唯一確定距離Z的LED。
為簡便操作，在采樣時(shí)，可對(duì)不同距離Z按一定步長在不同夾角θ的測定足夠多的樣本，即r和I的值，并相應(yīng)分別確定距離Z和夾角0的擬合曲線。
此外，所述距離Z的擬合曲線還可以結(jié)合輸入光點(diǎn)的光分布特性和/或發(fā)射光源111的發(fā)光模式等確定。其中，所述輸入光點(diǎn)的光分布特性包括如光點(diǎn)內(nèi)光分布的特征變換(PCA變換)的主軸方向和大小。通過特殊工藝對(duì)LED加入的發(fā)光模式，諸如LED光源中心不發(fā)光(相應(yīng)的輸入光點(diǎn)為中心黑點(diǎn))、LED光源中心發(fā)白光(相應(yīng)的輸入光點(diǎn)為中心亮點(diǎn))、或LED光源發(fā)不同顏色(頻率)的光，或使LED光源被攝像頭捕獲的輸入光點(diǎn)呈橢圓形而非通常的圓形等，該等發(fā)光模式可以幫助檢測發(fā)射裝置11的三維位置信息。。
例如，Z = g(r，I，tl，t2)。其中tl，t2為描述輸入光域內(nèi)光分布特性的變量。由于有更多的反映三維位置的變量，這一方法對(duì)LED的適用更廣，對(duì)LED三維位置的檢測更精確。
或者，在此，按照一定距離間隔采集并存儲(chǔ)足夠多的r和I與Z的樣本值，以建立光域特征信息-距離樣本表。對(duì)于一組待查詢的r和I，當(dāng)樣本表中尚未包含相應(yīng)記錄時(shí)，可以計(jì)算在該樣本表中與待查詢的r和I距離最近的一組或多組r和I樣本，并通過對(duì)其對(duì)應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)Z樣本進(jìn)行內(nèi)插計(jì)算，獲得發(fā)射裝置11相對(duì)檢測裝置12的距離Z。其中，所述內(nèi)插算法包括但不限于最近鄰域內(nèi)插法，線性加杈內(nèi)插法、雙三次內(nèi)插法(bicubicinterpolation)等任何可適用于本發(fā)明的，現(xiàn)有的或?qū)砜赡軐?shí)現(xiàn)的內(nèi)插算法。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述利用圓形輸入光域獲取發(fā)射裝置11的三維平動(dòng)位置信息的方式僅為舉例，對(duì)于橢圓或其他形狀的輸入光域，利用其長短軸信息、輸入光域間的距離等信息，采用類似的方式，亦可確定發(fā)射裝置11的三維平動(dòng)位置信息，故在此不再贅述，僅以引用的方式包含于此。
優(yōu)選地，所述三維位置信息包括所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息；其中，所述位置確定單元133根據(jù)實(shí)測所得的光域特征與所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的夾角的映射關(guān)系，基于所述光域特征信息，確定所述三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息。
在此，為確定關(guān)于光域特征與夾角的映射關(guān)系，如該兩者的擬合曲線或查詢表，可對(duì)夾角e測出相應(yīng)的r和I，需按一定步長在不同夾角0下測定足夠多的樣本，即r和I的值(或其他所用特征)；以一次或二次(或多)曲線以最小誤差準(zhǔn)則擬合r、I與0的映射關(guān)系。采樣時(shí)，應(yīng)選在有效工作范圍內(nèi)光學(xué)特性可通過r和I的組合唯一確定夾角0的發(fā)射光源，如LED。
此外，所述夾角0的擬合曲線還可以結(jié)合輸入光域的光分布特性和/或發(fā)射光源的發(fā)光模式等確定。其中，所述輸入光域的光分布特性包括如光域內(nèi)光分布的特征變換(PCA變換)的主軸方向和大小。所述發(fā)光模式諸如LED中心不發(fā)光(黑點(diǎn))、發(fā)白光(亮點(diǎn))、或發(fā)不同顏色(頻率)的光，或LED呈現(xiàn)橢圓形狀的光點(diǎn)而不是通常圓形光點(diǎn)等，通過特殊工藝對(duì)LED加入的特殊發(fā)光模式，所述發(fā)光模式可以幫助檢測發(fā)射光源111的三維位置信息。
例如,通過檢測橢圓的方向可以獲得LED的自夾角度Y，橢圓的方向?yàn)閷?duì)橢圓分布的特征變換的主軸方向。通過檢測輸入光域的中心黑點(diǎn)或亮點(diǎn)的位置，可以檢測夾角e的偏轉(zhuǎn)方向和大小，黑點(diǎn)或亮點(diǎn)為光點(diǎn)中最暗或最亮的中心位置。夾角e的偏轉(zhuǎn)方向?yàn)檩斎牍恻c(diǎn)的中心至黑點(diǎn)或亮點(diǎn)中心的方向。檢測在不同夾角e的偏轉(zhuǎn)方向和大小位置，相應(yīng)的光點(diǎn)中心至黑點(diǎn)或亮點(diǎn)中心的距離d，以及輸入光域在偏轉(zhuǎn)方向的亮度變化的梯度大小k； 9 =h(d，k)。由于k也可能與距離Z有關(guān)，從而0 =h(d，k，Z);或更復(fù)雜的情況下，0 =11((1，1^，乂，￥，2)，相應(yīng)地，此時(shí)需對(duì)不同乂、￥、2按一定步長在不同0下測定足夠多的樣本，即d和k的值。
特別地，利用反射面為凹形的光學(xué)單元，檢測裝置12在有效工作范圍當(dāng)LED偏對(duì)攝像頭可產(chǎn)生不同的輸入光域，如反射圓點(diǎn)或使LED原點(diǎn)成為橢圓形；特征提取單元132根據(jù)這些輸入光域來確定所述三維位置信息，例如根據(jù)反射園點(diǎn)的位置和它與LED光點(diǎn)之間的距離可以映射或樣本內(nèi)插出0的偏轉(zhuǎn)方向和大小。具體地，LED光點(diǎn)為亮度最高原點(diǎn)，其鄰域的圓點(diǎn)則為反射點(diǎn)。由LED點(diǎn)至反射點(diǎn)的中心連線方向?yàn)?的偏轉(zhuǎn)方向。利用連線的長度，則可通過前述曲線映射或樣本內(nèi)插方式計(jì)算9的大小。當(dāng)9較小或較大或?qū)δ承┓瓷涿鏁r(shí)，發(fā)光點(diǎn)鄰域圓點(diǎn)與發(fā)光點(diǎn)可能連在一起而產(chǎn)生橢圓或長形的光點(diǎn)。與以上通過檢測特殊模式獲得三維位置相似的方法，通過檢測橢圓或長形的主軸方向和長度(大小)，可以曲線映射或樣本內(nèi)插方式計(jì)算9的的偏轉(zhuǎn)方向和大小。一旦獲得9的偏轉(zhuǎn)方向和大小，根據(jù)發(fā)射裝置11的三維平動(dòng)位置便唯一確定a，3，從而得到發(fā)射裝置11的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置。
優(yōu)選地，所述計(jì)算裝置還包括去噪單元(未示出)，該去噪單元根據(jù)所述輸入光域的發(fā)光模式和/或所述輸入光域間的兩兩距離，對(duì)所述輸入光域進(jìn)行分組處理，以獲得一個(gè)或多個(gè)光域集合，其中，每個(gè)光域集合包括一個(gè)或多個(gè)輸入光域；根據(jù)所述光域集合的集合特征信息，從所述一個(gè)或多個(gè)光域集合中選擇優(yōu)選光域集合，以作為所述特征提取單元的處理對(duì)象。
例如，該去噪單元根據(jù)發(fā)光模式將多個(gè)輸入光域進(jìn)行分類，得到分別對(duì)應(yīng)的不同形狀的光域集合；再根據(jù)根據(jù)這些光域集合的發(fā)光模式，從中選擇優(yōu)選光域集合，例如對(duì)應(yīng)特定形狀的光域集合，以作為所述特征提取單元的處理對(duì)象。又如，該去噪單元根據(jù)所述輸入光域間的兩兩距離，對(duì)所述輸入光域進(jìn)行聚類處理，以獲得一個(gè)或多個(gè)光域聚類集合，其中，每個(gè)光域聚類集合包括一個(gè)或多個(gè)輸入光域；根據(jù)所述光域聚類集合的集合特征信息，從所述一個(gè)或多個(gè)光域聚類集合中選擇優(yōu)選光域聚類集合，以作為所述特征提取單元的處理對(duì)象。
例如，該去噪單元先把位置相近的輸入光域聚成集合，然后提取每個(gè)集合的特征信息，如顏色(波長)組成、亮度組成、閃爍頻率、發(fā)光模式、幾何信息等，并根據(jù)這些特征信息，濾除不符合預(yù)定的發(fā)射光源所對(duì)應(yīng)的的集合特征(如顏色(波長)組成、亮度組成、閃爍頻率、發(fā)光模式、幾何結(jié)構(gòu)信息等)，這樣可以有效去除噪聲，讓符合輸入該預(yù)定的集合特征的集合作為輸入的光點(diǎn)。為了有效地濾除噪聲，可通過實(shí)際測量獲得該發(fā)射光源所對(duì)應(yīng)的集合特征，如不同顏色、不同亮度、不同發(fā)光模式、閃爍頻率或其任意組合。
在此，發(fā)光模式包括以下至少任一項(xiàng):
-預(yù)定形狀；
-預(yù)定波長；
-預(yù)定閃爍頻率；
-預(yù)定亮度；
-預(yù)定亮度分布。
例如，該(等)LED以預(yù)定形狀發(fā)光，如發(fā)出三角形、圓形或方形等形狀的光，如該(等)LED被制成特殊形狀，則發(fā)出的光即具有該特殊形狀，作為控制信號(hào)；或者，多個(gè)LED形成三角形、圓形或方形等形狀，同時(shí)發(fā)光以作為控制信號(hào)；又或者，LED點(diǎn)陣中的各個(gè)LED，通過點(diǎn)亮或熄滅，形成具有特殊形狀的發(fā)光圖案，作為控制信號(hào)。又如，該(等)LED以預(yù)定波長發(fā)光，以形成與該預(yù)定波長對(duì)應(yīng)的顏色。又如，該(等)LED以預(yù)定閃爍頻率發(fā)光，如每秒閃爍十次?；蛘撸?等)LED以預(yù)定亮度發(fā)光，在此，亮度表明該(等)LED在特定方向單位立體角單位面積內(nèi)的光通量，該亮度可通過計(jì)算該(等)LED在LED幀中所對(duì)應(yīng)的成像信息的灰度值的平均值或總和來表示。又或者，該(等)LED以預(yù)定亮度分布發(fā)光，如以四周明亮、中間黑暗的預(yù)定亮度分布進(jìn)行發(fā)光。更優(yōu)選地，不管形狀、波長(顏色)、亮度或亮度分布如何，該(等)LED總以預(yù)定閃爍頻率發(fā)送所述控制信號(hào)，如每秒閃爍十次。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解上述發(fā)光模式僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的發(fā)光模式如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)的示意圖，其中，該系統(tǒng)還包括位置調(diào)整裝置15’。具體地，發(fā)射裝置11’包括用于發(fā)送控制信號(hào)的發(fā)射光源，以及用于輔助所述控制信號(hào)傳輸?shù)墓鈱W(xué)單元；檢測裝置12’包括攝像頭，用于獲取所述控制信號(hào)經(jīng)所述光學(xué)單元在所述攝像頭中的成像信息；計(jì)算裝置13’根據(jù)所述成像信息，確定所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維位置信息；位置調(diào)整裝置15’根據(jù)所述三維位置信息的位置參考信息，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息。其中，發(fā)射裝置11’、檢測裝置12’和計(jì)算裝置13’與前述實(shí)施例中對(duì)應(yīng)裝置相同或基本相同，故不再贅述，并通過引用的方式包含于此。
具體地，位置調(diào)整裝置15’根據(jù)所述三維位置信息的位置參考信息，例如所述三維位置信息所對(duì)應(yīng)的歷史位置信息、所述成像信息所在幀的相關(guān)幀中與所述三維位置信息相對(duì)應(yīng)的三維位置信息、或其任意組合，通過諸如加杈平均，或者先根據(jù)這些位置信息的集中度優(yōu)選若干個(gè)位置信息、再對(duì)它們進(jìn)行加杈平均，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息。
例如，位置調(diào)整裝置15’可將該三維位置信息的歷史位置信息，如前NI個(gè)時(shí)刻的三維位置信息，通過加杈平均的方式，來對(duì)該三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息。
又如，位置調(diào)整裝置15’可將所述成像信息所在幀的相關(guān)幀中與所述三維位置信息相對(duì)應(yīng)的三維位置信息，如前N2個(gè)幀中對(duì)應(yīng)的三維位置信息、相近時(shí)刻其他攝像頭所獲得的N3個(gè)幀中對(duì)應(yīng)的三維位置信息，通過加杈平均的方式，來對(duì)該三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解上述調(diào)整所述三維位置信息的方式僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的調(diào)整所述三維位置信息的方式如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。
優(yōu)選地，該系統(tǒng)還包括位置預(yù)測裝置16’。具體地，發(fā)射裝置11’包括用于發(fā)送控制信號(hào)的發(fā)射光源，以及用于輔助所述控制信號(hào)傳輸?shù)墓鈱W(xué)單元；檢測裝置12’包括攝像頭，用于獲取所述控制信號(hào)經(jīng)所述光學(xué)單元在所述攝像頭中的成像信息；計(jì)算裝置13’根據(jù)所述成像信息，確定所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維位置信息；位置預(yù)測裝置16’根據(jù)所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的歷史三維位置信息，結(jié)合預(yù)定的運(yùn)動(dòng)模型，預(yù)測所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的預(yù)測三維位置信息；位置調(diào)整裝置15’根據(jù)包括所述預(yù)測三維位置信息的所述位置參考信息，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息。其中，發(fā)射裝置11’、檢測裝置12’、計(jì)算裝置13’和位置調(diào)整裝置15’與前述實(shí)施例中對(duì)應(yīng)裝置相同或基本相同，故不再贅述，并通過引用的方式包含于此。
具體地，位置預(yù)測裝置16’根據(jù)所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的歷史三維位置信息，結(jié)合預(yù)定的運(yùn)動(dòng)模型，預(yù)測所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的預(yù)測三維位置信息。在此，預(yù)定的運(yùn)動(dòng)模型包括但不限于勻速模型、加速度模型等。在此，本實(shí)施例還可采用更復(fù)雜的光點(diǎn)運(yùn)動(dòng)跟蹤算法，如采用粒子濾波(particle filter)方法,檢測所述連續(xù)多個(gè)成像信息中的運(yùn)動(dòng)光點(diǎn)。
接著，位置調(diào)整裝置15’根據(jù)包括所述預(yù)測三維位置信息的所述位置參考信息，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，如取兩者的加杈平均值，以作為調(diào)整后的所述三維位置信息。優(yōu)選地，本發(fā)明還可以根據(jù)調(diào)整后的三維位置信息，對(duì)所述預(yù)定的運(yùn)動(dòng)模型進(jìn)行調(diào)整，以獲得更新后的運(yùn)動(dòng)模型，供后續(xù)預(yù)測所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維位置信息使用。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的用于對(duì)受控設(shè)備進(jìn)行遙控的系統(tǒng)的示意圖；其中，該控制系統(tǒng)2包括發(fā)射裝置21、檢測裝置22、計(jì)算裝置23和控制裝置24。具體地，發(fā)射裝置21包括用于發(fā)送控制信號(hào)的發(fā)射光源，以及用于輔助所述控制信號(hào)傳輸?shù)墓鈱W(xué)單元；檢測裝置24包括攝像頭，用于獲取所述控制信號(hào)經(jīng)所述光學(xué)單元在所述攝像頭中的成像信息；計(jì)算裝置23根據(jù)所述成像信息，確定所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維位置信息；控制裝置24確定與所述三維位置信息相對(duì)應(yīng)的控制指令，以用于對(duì)與所述系統(tǒng)相連接的受控設(shè)備進(jìn)行控制。其中，發(fā)射裝置21、檢測裝置22和計(jì)算裝置23，分別與圖1前述實(shí)施例中對(duì)應(yīng)的發(fā)射裝置21、檢測裝置22和計(jì)算裝置23相同或基本相同，故不再贅述，并通過引用的方式包含于此。在此，受控設(shè)備包括但不限于電視機(jī)、機(jī)頂盒、移動(dòng)設(shè)備、游戲機(jī)或PC中的一個(gè)或多個(gè)。該控制系統(tǒng)與受控設(shè)備的連接可以是有線連接，或者wif1、紅外、藍(lán)牙、zigbee等無線通信連接。
具體地，控制裝置24根據(jù)計(jì)算裝置23所獲得的發(fā)射裝置21相對(duì)檢測裝置22的三維位置信息，確定與之相對(duì)應(yīng)的控制指令，以對(duì)與該控制系統(tǒng)相連接的受控設(shè)備進(jìn)行控制。優(yōu)選地，控制裝置24還可以根據(jù)該三維位置信息，并結(jié)合由發(fā)射裝置21發(fā)送、為檢測裝置22所檢測的控制輔助信息，確定與之相對(duì)應(yīng)的控制指令，以對(duì)與該控制系統(tǒng)相連接的受控設(shè)備進(jìn)行控制。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。此夕卜，顯然“包括” 一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。系統(tǒng)權(quán)利要求中陳述的多個(gè)單元或裝置也可以由一個(gè)單元或裝置通過軟件或者硬件來實(shí)現(xiàn)。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。
權(quán)利要求
1.一種用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括: 發(fā)射裝置，包括用于發(fā)送控制信號(hào)的發(fā)射光源，以及用于輔助所述控制信號(hào)傳輸?shù)墓鈱W(xué)單元； 檢測裝置，包括攝像頭，用于獲取所述控制信號(hào)經(jīng)所述光學(xué)單元在所述攝像頭中的成像息; 計(jì)算裝置，用于根據(jù)所述成像信息，確定所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算裝置包括: 輸入確定單元，用于對(duì)所述成像信息進(jìn)行圖像識(shí)別處理，以獲得與所述成像信息相對(duì)應(yīng)的輸入光域； 特征提取單元，用于提取所述輸入光域的光域特征信息； 位置確定單元，用于根據(jù)實(shí)測所得的光域特征與三維位置信息的映射關(guān)系，基于所述光域特征信息，確定所述三維位置信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述光域特征信息包括以下至少任一項(xiàng): -所述輸入光域的長軸信息； -所述輸入光域的短軸信息； -所述輸入光域的長軸與短軸的比值信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述特征提取單元用于提取所述輸入光域的光域特征信息，其中，所述光域特征信息包括所述輸入光域間的光域相關(guān)信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述光域相關(guān)信息包括以下至少任一項(xiàng): -所述輸入光域間的中心連線方向信息； -所述輸入光域間的距離信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述三維位置信息包括所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維平動(dòng)位置信息； 其中，所述位置確定單元 用于: -根據(jù)實(shí)測所得的光域特征與所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的距離的映射關(guān)系，基于所述光域特征信息，確定所述三維平動(dòng)位置信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述三維位置信息包括所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息； 其中，所述位置確定單元用于: -根據(jù)實(shí)測所得的光域特征與所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的夾角的映射關(guān)系，基于所述光域特征信息，確定所述三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述計(jì)算裝置還包括去噪單元，該去噪單元用于: -根據(jù)所述輸入光域的發(fā)光模式和/或所述輸入光域間的兩兩距離，對(duì)所述輸入光域進(jìn)行分組處理，以獲得一個(gè)或多個(gè)光域集合，其中，每個(gè)光域集合包括一個(gè)或多個(gè)輸入光域； -根據(jù)所述光域集合的集合特征信息，從所述一個(gè)或多個(gè)光域集合中選擇優(yōu)選光域集合，以作為所述特征提取單元的處理對(duì)象。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)還包括: 位置調(diào)整裝置，用于根據(jù)所述三維位置信息的位置參考信息，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述位置調(diào)整裝置用于根據(jù)所述三維位置信息的位置參考信息，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息，其中，所述位置參考信息包括所述三維位置信息所對(duì)應(yīng)的歷史位置信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述位置調(diào)整裝置用于根據(jù)所述三維位置信息的位置參考信息，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息，其中，所述位置參考信息包括所述成像信息所在幀的相關(guān)幀中與所述三維位置信息相對(duì)應(yīng)的三維位置信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，該系統(tǒng)還包括: 位置預(yù)測裝置，用于根據(jù)所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的歷史三維位置信息，結(jié)合預(yù)定的運(yùn)動(dòng)模型，預(yù)測所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的預(yù)測三維位置信息； 其中，所述位置調(diào)整裝置，用于根據(jù)包括所述預(yù)測三維位置信息的所述位置參考信息，對(duì)所述三維位置信息進(jìn)行調(diào)整，以獲得調(diào)整后的所述三維位置信息。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述光學(xué)單元包括以下至少任一項(xiàng): -置于所述發(fā)射光源側(cè)面或后端的反射體； -置于所述發(fā)射光源前端的透光體。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述反射體具有凸形反射面。
15.根 據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述透光體朝向所述發(fā)射光源內(nèi)凹以形成凹槽。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中，所述發(fā)射裝置包括多個(gè)發(fā)射光源，所述多個(gè)發(fā)射光源中至少一個(gè)配置有至少一個(gè)所述光學(xué)單元。
17.一種用于對(duì)受控設(shè)備進(jìn)行遙控的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括: 發(fā)射裝置，包括用于發(fā)送控制信號(hào)的發(fā)射光源，以及用于輔助所述控制信號(hào)傳輸?shù)墓鈱W(xué)單元； 檢測裝置，包括攝像頭，用于獲取所述控制信號(hào)經(jīng)所述光學(xué)單元在所述攝像頭中的成像息; 計(jì)算裝置，用于根據(jù)所述成像信息，確定所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維位置信息； 控制裝置，用于確定與所述三維位置信息相對(duì)應(yīng)的控制指令，以用于對(duì)與所述系統(tǒng)相連接的受控設(shè)備進(jìn)行控制。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述受控設(shè)備包括電視機(jī)、機(jī)頂盒、移動(dòng)設(shè)備、游戲機(jī)或PC中的一個(gè)或多個(gè)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種用于確定發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括發(fā)射裝置，包括用于發(fā)送控制信號(hào)的發(fā)射光源，以及用于輔助所述控制信號(hào)傳輸?shù)墓鈱W(xué)單元；檢測裝置，包括攝像頭，用于獲取所述控制信號(hào)經(jīng)所述光學(xué)單元在所述攝像頭中的成像信息；計(jì)算裝置，用于根據(jù)所述成像信息，確定所述發(fā)射裝置相對(duì)所述檢測裝置的三維位置信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過在發(fā)射裝置中包括用于輔助所述控制信號(hào)傳輸?shù)墓鈱W(xué)單元，實(shí)現(xiàn)了發(fā)射裝置相對(duì)檢測裝置的三維位置的確定，不僅降低了配置成本與能耗水平，也使得基于三維位置信息的控制成為可行，進(jìn)而提高了控制效率并提升了用戶的控制體驗(yàn)。
文檔編號(hào)G01B11/00GK103196362SQ201210004619
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者李東舸, 王瑋, 魏院輝 申請(qǐng)人:西安智意能電子科技有限公司