專利名稱：光標(biāo)定位系統(tǒng)及其定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電子信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種定位系統(tǒng)及其定位方法，尤其涉及 一種光標(biāo)定位系統(tǒng)及其定4立方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)，按照結(jié)構(gòu)來分通常分為機(jī)械鼠標(biāo)、光電鼠標(biāo)。 機(jī)械鼠標(biāo)在出現(xiàn)之初，是通過滑動(dòng)電位器來判斷它的移動(dòng)方向，所以它的靈 敏度低、磨損大。但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械鼠標(biāo)吸收了光電鼠標(biāo)的一些設(shè)計(jì)， 由純機(jī)械式結(jié)構(gòu)發(fā)展成為了光學(xué)機(jī)械式鼠標(biāo)，光學(xué)機(jī)械式鼠標(biāo)采用了與純機(jī)械式 鼠標(biāo)不同的編碼器，并使用了一個(gè)滾球靠在兩個(gè)轉(zhuǎn)軸上的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過多年的發(fā)展， 光學(xué)機(jī)械式鼠標(biāo)成為了目前技術(shù)最為成熟的一種鼠標(biāo)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉，到 現(xiàn)在仍然是市場(chǎng)上享有一定份額。
光電鼠標(biāo)是1981年由Dick Lyon和S t eve K i r sch發(fā)明的，這種沒有滾球的 鼠標(biāo)采用光學(xué)定位，最初的光電必須和特殊額墊板配合才能使用，造成諸多不便。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，光電鼠標(biāo)最終拋棄了墊板，工作的時(shí)候通過發(fā)送一束紅色的光 線照射到桌面上，然后通過桌面不同顏色或凹凸點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)和反射來判斷鼠標(biāo)的運(yùn) 動(dòng)。光電鼠標(biāo)的精度相對(duì)來說要高一些，再加上重量輕，不用定期清潔鼠標(biāo)，因 此以前常用于需要精確定位的設(shè)計(jì)領(lǐng)域。目前隨著成本的降低，也逐漸推廣開來。
上述兩種鼠標(biāo)的缺陷在于，均需要放在一個(gè)平整的接觸面上，通過該接觸面 來完成移動(dòng)光標(biāo)的操作，因此用戶不得不在一個(gè)狹小的空間內(nèi)操作；常此以往， 容易生成職業(yè)病，對(duì)用戶的健康有不利影響。
此外，有一種空中鼠標(biāo)，是基于陀螺和加速度計(jì)來實(shí)現(xiàn)，這種鼠標(biāo)價(jià)格過于 昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種光標(biāo)定位系統(tǒng)，可以隨心所欲的在空間范圍內(nèi)使用。
另外，本發(fā)明還提供上述光標(biāo)定位系統(tǒng)的光標(biāo)定位方法。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案
一種光標(biāo)定位方法，該方法通過一圖像攝取單元與拍才聶物體間的相對(duì)三維運(yùn)
動(dòng)來驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)；所述圖像攝取單元的三維運(yùn)動(dòng)引起其視野中隨機(jī)拍攝的物 體的像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)；根據(jù)所述隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn) 動(dòng)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述隨機(jī)拍攝的物體作為所述圖像攝取單元三 維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)；獲取隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)的方法為記錄 第i幀圖像中瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)的位置；通過模板匹配的方法尋找所述瞬時(shí)測(cè) 量基準(zhǔn)在第i+l幀圖像中的像點(diǎn)；根據(jù)上述兩像點(diǎn)的位置計(jì)算隨機(jī)拍攝的物體的 像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圖像攝取單元為攝像機(jī)；選取位于攝像機(jī) 光軸Z軸上的空間點(diǎn)P (0, 0, z)作為攝像機(jī)三維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)；所述 瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)位于像平面的中心。
作為本發(fā)明的 一種優(yōu)選方案，所述隨機(jī)拍攝的物體作為所述圖像攝取單元三 維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)；該方法包括如下步驟；
(1) 用戶控制一圖像攝取單元運(yùn)動(dòng)，所述圖像攝取單元拍攝圖像，并把拍 攝的第i幀圖像發(fā)送至一圖^(象處理及解算單元；每經(jīng)過一次拍攝，i的值加l;
(2) 所述圖像處理及解算單元取得瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)，并把其位置賦予 位置C;
(3) 所述圖像處理及解算單元從所述圖像攝取單元獲取第i+l幀圖像；
(4) 所述圖像處理及解算單元在第i+l幀圖像中匹配尋找所述瞬時(shí)測(cè)量基 準(zhǔn)的像點(diǎn)；
(5 )若匹配尋找瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)成功，轉(zhuǎn)步驟(6 )，否則轉(zhuǎn)步驟(1); (6 )把匹配尋找成功的最佳匹配位置賦予位置D;
(7) 計(jì)算位置偏移向量V， -D-C;
(8) 計(jì)算光標(biāo)位置Q-Q， +V;其中，Q為本次移動(dòng)后的光標(biāo)位置，Q，為本次移動(dòng)前的光標(biāo)位置；V為光標(biāo)位置補(bǔ)償量，V=k*V，， k為比例系數(shù)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圖像攝取單元攝取i幀圖像時(shí)，取圖像攝
取單元的坐標(biāo)系為相對(duì)坐標(biāo)系0。；耳又該坐標(biāo)系中取4立于z 軸上的點(diǎn)P(
)作 為瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)，瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)P的像位于像平面的中心P。^
圖像攝取單元發(fā)生運(yùn)動(dòng)^ 0后，形成新的坐標(biāo)系 此時(shí)攝取第i+l幀 圖像，瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)P的像的位置移動(dòng)到A(" v);線性攝^^幾成像模型
0 1i
700——1-夂Y、
0/0一y1a0+
國(guó)o01V_ 1/3-
即:
7
v
7 i
_-,、-、
,2
1」
/ z + ^
/ 2 + f3 其中，^
/ 0 0 0/0 0 0 1
，為攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣；
轉(zhuǎn)矩陣；
i / -A
一y 1 or P —a 1
,為攝像機(jī)旋
,為攝像機(jī)平動(dòng)矩陣；X為瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)在坐標(biāo)系^中的坐標(biāo);
為瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)在像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；s為比例常數(shù)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟(4)中，圖像匹配尋找的方法為模板匹配方法；步驟(5)中，如果存在模板匹配的相關(guān)函數(shù)值大于設(shè)置的閾值，認(rèn)為 該點(diǎn)匹配成功；步驟(6)中，取所述相關(guān)函數(shù)值最大的位置為最佳匹配位置。
一種光標(biāo)定位方法，該方法通過一圖像攝取單元與拍攝物體間的相對(duì)三維運(yùn) 動(dòng)來驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)；所述圖像攝取單元靜止，所述圖4象攝取單元視野中的隨機(jī) 拍攝的所有物體作為一個(gè)整體做剛體運(yùn)動(dòng)；所述圖像攝取單元隨機(jī)拍攝的所有物 體作為 一個(gè)整體的剛體運(yùn)動(dòng)引起圖像攝取單元視野中隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的 整體運(yùn)動(dòng)；所述圖像攝取單元作為該剛體運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)；根據(jù)所述隨機(jī)拍 攝的物體的像的二維運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
一種光標(biāo)定位系統(tǒng)，其包括圖像攝取單元、圖像處理及解算單元、數(shù)據(jù)發(fā)送 單元、數(shù)據(jù)接收單元、處理單元；圖像攝取單元用以拍攝圖像，并把拍攝的各幀 圖像發(fā)送至一圖像處理及解算單元；圖像處理及解算單元用以把所述圖像攝取單 元與拍攝物體間的相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)處理成光標(biāo)位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)，而后傳輸至一數(shù)據(jù)發(fā) 送單元；所述圖像攝取單元的三維運(yùn)動(dòng)引起其視野中隨機(jī)拍攝的物體的像的運(yùn) 動(dòng)，根據(jù)所述隨機(jī)拍攝的物體的像的二維運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)；數(shù)據(jù)發(fā)送單元用 以把所述計(jì)算得到的光標(biāo)位置補(bǔ)償發(fā)送至一數(shù)據(jù)接收單元；數(shù)據(jù)接收單元用以接 收數(shù)據(jù)發(fā)送單元發(fā)送的光標(biāo)位置補(bǔ)償，并把該光標(biāo)位置補(bǔ)償發(fā)送至一處理單元 中；處理單元用以驅(qū)動(dòng)光標(biāo)在相應(yīng)位置顯示。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述隨機(jī)拍攝的物體作為所述圖像攝取單元三 維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圖像攝取單元把拍攝的第i幀圖像發(fā)送至 圖像處理及解算單元；每經(jīng)過一次拍攝，i的值加1;所述圖4象處理及解算單元 取得瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)，并把其位置賦予位置C;所述圖像處理及解算單元在 第i+l幀圖像中匹配尋找在拍攝第i幀時(shí)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)；若匹配尋找瞬 時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)成功，把匹配尋找成功的最佳匹配位置賦予位置D;位置偏移 向量V， =D-C;光標(biāo)位置Q-Q， +V;其中，Q為本次移動(dòng)后的光標(biāo)位置，Q，為本 次移動(dòng)前的光標(biāo)位置；V為光標(biāo)位置補(bǔ)償量，V=k*V，， k為比例系數(shù)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圖像攝取單元包括攝像裝置及至少 一控制 按鍵；在所述控制按鍵上設(shè)置操作功能。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圖像攝取單元包括一呈筆狀的殼體；在該 殼體頭部設(shè)置攝像裝置；在該殼體的側(cè)邊設(shè)置至少三個(gè)按鍵，其功能分別設(shè)置為 普通鼠標(biāo)的左鍵、右鍵、及電源開關(guān)。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述圖像攝取單元包括一便于戴在手指上的指 環(huán)、設(shè)置在該指環(huán)上的纟聶像裝置、與所述指環(huán)分開設(shè)置的按^;單元；所述按一建單 元至少包括三個(gè)按鍵，其功能分別設(shè)置為普通鼠標(biāo)的左鍵、右鍵、及電源開關(guān)。 所述按鍵單元設(shè)置于鍵盤上、或者為與其他機(jī)構(gòu)分離的單獨(dú)的一部分。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明揭示的光標(biāo)定位系統(tǒng)及其定位方法，用戶無 需以平整的桌面為依托，可以在空間范圍內(nèi)隨心所欲地使用。同時(shí)，本發(fā)明可以 隨機(jī)拍攝物體，無需僅拍攝設(shè)定的參照物。


圖1為實(shí)施例一中光標(biāo)定位系統(tǒng)的組成示意圖。
圖2為實(shí)施例一中光標(biāo)定位系統(tǒng)定位方法的流程圖。
圖3為本發(fā)明的工作原理示意圖。
圖4-1、圖4-2為實(shí)施例四中圖像攝取單元的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖5-1、圖5-2為實(shí)施例五中圖像攝取單元的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖6為實(shí)施例六中光標(biāo)定位系統(tǒng)的組成示意圖。 附圖標(biāo)記:^兌明
10:光標(biāo)定位系統(tǒng) 11:圖像攝取單元
111:殼體 112:攝像裝置
113:按鍵 114:按鍵
115:按鍵 116:攝像裝置
117:指環(huán) 12:圖像處理及解算單元13:數(shù)據(jù)發(fā)送單元
15:處理單元
14:數(shù)據(jù)接收單元 20:電子產(chǎn)品
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。 實(shí)施例一工作原理
本發(fā)明通過攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)運(yùn)動(dòng)。在詳細(xì)闡述本發(fā)明前，首先說明本 發(fā)明的工作原理，即為何光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)是攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的反映。
依據(jù)攝影成像理論，攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)和目標(biāo)物體的像的運(yùn)動(dòng)之間有某種關(guān)系。 如果只考慮位于攝像機(jī)光軸上的目標(biāo)物體，則可以發(fā)現(xiàn)其像的運(yùn)動(dòng)和攝像機(jī)的運(yùn) 動(dòng)之間的關(guān)系大大簡(jiǎn)化了 。這里以攝影成像原理為理論基礎(chǔ)，研究攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)、 位于攝像機(jī)光軸上的目標(biāo)物體的像的運(yùn)動(dòng)、光標(biāo)運(yùn)動(dòng)三者之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)光 標(biāo)運(yùn)動(dòng)的控制。
1、位于攝像機(jī)光軸上的目標(biāo)物體的像的運(yùn)動(dòng)和攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。
.7. o o-
o] :、 7 ，其中"
線性攝像機(jī)成像模型^
0 11
0 / 0 0 0 1
,為攝像機(jī)
內(nèi)參數(shù)矩陣；w =
i^ --
—;r 1 or "—a 1
,為攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)矩陣；
,為攝像機(jī)平動(dòng)矩陣;
X為瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)在坐標(biāo)系°。中的坐標(biāo)； 中的坐標(biāo)；s為比例常數(shù)。
為瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)在像坐標(biāo)系
如圖3所示，假定相機(jī)攝取i幀圖像時(shí)的相機(jī)坐標(biāo)系為世界坐標(biāo)系0。 (i為
整數(shù),每經(jīng)過一次拍攝，i的值加l),取該坐標(biāo)系中取位于z軸上的點(diǎn)P([6 0 Z" 作為考察的目標(biāo)點(diǎn)，此時(shí)目標(biāo)點(diǎn)p的像位于像平面的中心A^ 0)。相機(jī)發(fā)生運(yùn)動(dòng)^ 0后，形成新的攝像機(jī)坐標(biāo)系、此時(shí)攝取第i + l幀圖像，p的像的位置
移動(dòng)到a(" v):
<formula>formula see original document page 12</formula>上式表明，攝像機(jī)從拍i幀到i+l幀時(shí)，產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)W 0，并由此引起了
"0 0勾點(diǎn)的像的運(yùn)動(dòng)["v]。 pP 0 ^點(diǎn)的像的運(yùn)動(dòng)["^和攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng) O以及p(o 0 z)的z坐標(biāo)值有關(guān)系。
2、光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)控制。
在空中鼠標(biāo)的圖像處理中，用匹配的方法尋找相鄰兩幀圖像中的^0 0力 點(diǎn)。因此"o 0 ^點(diǎn)是一個(gè)統(tǒng)計(jì)量，和物理意義上真實(shí)的物體上的某一點(diǎn)沒有 直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于是在一個(gè)圖像窗口中統(tǒng)計(jì)求出0 ^點(diǎn)，因此 0 ^點(diǎn)的位置和由整個(gè)統(tǒng)計(jì)窗口中所有的物體來決定。這和物理意義上的 點(diǎn)的坐標(biāo)的一個(gè)區(qū)別是^(0 G 2)點(diǎn)的z坐標(biāo)值是一個(gè)緩慢變化的非跳變的量。結(jié)合上式，可以看出，0 z)點(diǎn)的像的運(yùn)動(dòng)["vj主要決定因素是攝像機(jī)自身 的運(yùn)動(dòng)W 0。而攝像機(jī)自身的運(yùn)動(dòng)^ f)是用戶完全可以控制的因素。另外， 由于用戶不可控因素Z的存在，WQ 0力點(diǎn)的像的運(yùn)動(dòng)["v]是攝像機(jī)本身運(yùn)動(dòng)
的一個(gè)不精確的反映，如果用P^ 0 ^點(diǎn)的像的運(yùn)動(dòng)["v]來驅(qū)動(dòng)光標(biāo)，光標(biāo)的 運(yùn)動(dòng)也是攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的不精確的反映。雖然不是絕對(duì)精確，毫無疑問，其可以反 映攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。這種用攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的方法，和用毛筆來寫字有 類似之處，手的運(yùn)動(dòng)軌跡顯然和要寫的字的形狀有差異的，雖然這個(gè)差異存在， 還是可以隨心所欲地描繪出一幅漂亮的書法。系統(tǒng)組成
如圖l所示，本發(fā)明揭示了一種光標(biāo)定位系統(tǒng)10，包括圖像攝取單元ll、 圖像處理及解算單元12、數(shù)據(jù)發(fā)送單元13、數(shù)據(jù)接收單元14、處理單元15。
圖像攝取單元11用以拍攝圖像，并把拍攝的各幀圖像發(fā)送至一圖像處理及
解算單元12。本實(shí)施例中，用戶通過移動(dòng)圖像攝取單元11，使得圖像攝取單元 11與拍攝物體間產(chǎn)生相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)；當(dāng)然也可以通過移動(dòng)拍攝物體，使圖像攝 取單元11與拍攝物體間產(chǎn)生相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)。
圖像處理及解算單元12用以把所述圖像攝取單元11與拍攝物體間的相對(duì)三 維運(yùn)動(dòng)處理成光標(biāo)位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)，而后傳輸至數(shù)據(jù)發(fā)送單元13;所述圖像攝取 單元ll的相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)引起其視野中隨機(jī)拍攝的物體的像的運(yùn)動(dòng)，所述隨機(jī)拍 攝的物體作為所迷圖像攝取單元11三維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)，根據(jù)所述隨機(jī)拍 攝的物體的像的二維運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
數(shù)據(jù)發(fā)送單元13用以把所述計(jì)算得到的光標(biāo)位置補(bǔ)償發(fā)送至數(shù)據(jù)接收單元14。
數(shù)據(jù)接收單元14用以接收數(shù)據(jù)發(fā)送單元13發(fā)送的光標(biāo)位置補(bǔ)償，并把該光 標(biāo)位置補(bǔ)償發(fā)送至處理單元15中。
處理單元用15以驅(qū)動(dòng)光標(biāo)在相應(yīng)位置顯示。本實(shí)施例中，該處理單元15 作為包含所述光標(biāo)定位系統(tǒng)10的電子產(chǎn)品20的一部分。定位方法
本發(fā)明揭示一種光標(biāo)定位方法，該方法通過一圖像4聶取單元11與拍攝物體 間的相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)；即，可以是圖像攝取單元11運(yùn)動(dòng)，也可 以是圖像攝取單元11所拍攝物體運(yùn)動(dòng)。
本實(shí)施例中，把所述隨機(jī)拍攝的物體作為所述圖像攝取單元11三維運(yùn)動(dòng)的 瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)。所述圖像攝取單元ll的三維運(yùn)動(dòng)引起其視野中隨機(jī)拍攝的物體
的像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)；本發(fā)明根據(jù)所述隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo) 的運(yùn)動(dòng)。
所述圖像攝取單元11可為攝像機(jī)。由上述工作原理可知，選取位于攝像機(jī)
光軸z軸上的點(diǎn)作為攝像機(jī)三維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)可更加精確地反映攝像機(jī) 的運(yùn)動(dòng)。因此，本實(shí)施例中，選取位于攝像機(jī)光軸Z軸上的空間點(diǎn)P (0， 0, z) 作為攝像機(jī)三維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)，所述瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)位于像平面的中 心。
此外，獲取隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)的方法為記錄笫i幀圖像中 瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)的位置；通過模板匹配的方法尋找所述瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)在第 i+l幀圖像中的像點(diǎn)；根據(jù)上述兩像點(diǎn)的位置計(jì)算隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的二維 運(yùn)動(dòng)。本實(shí)施例采取才莫板匹配的方法匹配尋找，如果不采取該匹配方法，由上述 工作原理可知，z值會(huì)發(fā)生跳變(如從1變?yōu)?0),由此會(huì)引起像點(diǎn)的跳變，從 而引起光標(biāo)跳變。而采取模板匹配方法，z值緩慢變化，可以把z看作常數(shù)，因 而不會(huì)引起光標(biāo)跳變。
請(qǐng)參閱圖2,本實(shí)施例的光標(biāo)定位方法包括如下步驟；
(1) 用戶控制一圖像攝取單元運(yùn)動(dòng)，所述圖像攝取單元拍攝圖像，并把拍 攝的第i幀圖像發(fā)送至一圖像處理及解算單元；每經(jīng)過一次拍攝，i的值加l。
所述圖像攝取單元攝取i幀圖像時(shí)，取圖像攝取單元的坐標(biāo)系為相對(duì)坐標(biāo)系
0。；取該坐標(biāo)系中取位于z軸上的點(diǎn)P([Q 0 )作為瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)，瞬時(shí)測(cè)量 基準(zhǔn)P的像位于像平面的中心P。(G 0)。
(2) 所述圖像處理及解算單元取得瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)，并把其位置賦予位置C。
(3)圖像攝取單元發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)后，所述圖像處理及解算單元從所述圖像 攝取單元獲取第i+l幀圖像；
圖像攝取單元發(fā)生運(yùn)動(dòng)^ 0后，形成新的坐標(biāo)系A(chǔ),此時(shí)攝取第i + l幀圖 像，瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)P的像的位置移動(dòng)到^(" v);線性攝像機(jī)成傳j莫型
屮o]
-及
0 11
0-1 y-f飛—、
0義0-;k 10+
001/ _a1
即:
7
v
7 i
、
、1_ 3_
w 一 一〃z + '、 / z + f3
V 一 0T2 + ~ / 叫
其中」=
/ 0 0 0/0 0 0 1
矩陣；/ =
為攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣；/ =
i r -A
一y 1 or "一a 1
，為攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)
,為掘^fl^幾平動(dòng)矩陣；X為瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)在坐標(biāo)系^。中的坐標(biāo)；
為瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)在像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；s為比例常數(shù)。
(4)所述圖像處理及解算單元在第i+l幀圖像中匹配尋找所述瞬時(shí)測(cè)量基 準(zhǔn)的像點(diǎn)；本實(shí)施例中，圖像匹配尋找的方法為模板匹配方法；
(5 )如果存在模板匹配的相關(guān)函數(shù)值大于設(shè)置的閾值，認(rèn)為該點(diǎn)匹配成功，轉(zhuǎn)步驟(6),否則轉(zhuǎn)步驟(1);
(6) 取所述相關(guān)函數(shù)值最大的位置為最佳匹配位置，把匹配尋找成功的最 佳匹配位置賦予位置D;
(7) 計(jì)算位置偏移向量V， =D-C;
(8 )計(jì)算光標(biāo)位置Q=Q， +V;其中，Q為本次移動(dòng)后的光標(biāo)位置，Q，為本 次移動(dòng)前的光標(biāo)位置；V為光標(biāo)位置補(bǔ)償量，V=k*V， ， k為比例系數(shù)。
通過本發(fā)明的光標(biāo)定位系統(tǒng)及其定位方法，通過攝像裝置的相對(duì)與其拍攝物 體的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)移動(dòng)，用戶無需以平整的桌面為依托，可以在空間范圍內(nèi)隨心 所欲地使用。
實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，選取位于攝像機(jī)光軸Z軸附 近上的點(diǎn)作為攝像機(jī)三維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)，使用該技術(shù)方案，依然可以較精 確地反映 攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)。
此夕卜，還可以選取攝像機(jī)視野中的任意點(diǎn)作為攝像機(jī)三維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)。
實(shí)施例三
本實(shí)施例與實(shí)施例一、實(shí)施例二的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，通過移動(dòng)拍攝物 體，使圖像攝取單元與拍攝物體間產(chǎn)生相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)。
此時(shí)，圖像攝取單元靜止，所述圖像攝取單元視野中的隨機(jī)拍攝的所有物體
作為 一個(gè)整體做剛體運(yùn)動(dòng)；所述圖像攝取單元隨機(jī)拍攝的所有物體作為 一個(gè)整體
的剛體運(yùn)動(dòng)引起圖像攝取單元視野中隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的整體運(yùn)動(dòng)；所述圖 像攝取單元作為該剛體運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)；根據(jù)所述隨機(jī)拍攝的物體的像的二 維運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
實(shí)施例四
請(qǐng)參閱圖4-1、圖4-2，本實(shí)施例中，圖像攝取單元及若干按鍵形成輸入控制單元(當(dāng)然，也可以不設(shè)置按鍵)。所述輸入控制單元包括一呈筆狀的殼體111、 在該殼體111頭部設(shè)置的攝像裝置112、在該殼體11側(cè)邊設(shè)置的三個(gè)按鍵113、
114、 115,按鍵113、 114、 115的功能分別設(shè)置為普通鼠標(biāo)的左鍵、右鍵、及電 源開關(guān)。
此外，還可以在增加或減少按4建(如增加普通鼠標(biāo)的中鍵功能)，同時(shí)可以 更改上述按鍵的功能(如把電源開關(guān)設(shè)置為普通鼠標(biāo)的中鍵)。
實(shí)施例五
請(qǐng)參閱圖5-l、圖5-2,本實(shí)施例中，圖像攝取單元及若千按鍵形成輸入控 制單元(當(dāng)然，也可以不設(shè)置按鍵)。所述輸入控制單元包括一便于戴在手指上 的指環(huán)117、設(shè)置在該指環(huán)117上的攝像裝置116、與所述指環(huán)117分開設(shè)置的 按鍵單元(圖未示)。指環(huán)117可以像戒指一樣帶在用戶手指上，其可以為封閉 的、也可以為有開口的。所述按鍵單元至少包括三個(gè)按鍵，其功能分別設(shè)置為普 通鼠標(biāo)的左鍵、右鍵、及電源開關(guān)。所述按鍵單元設(shè)置于鍵盤上(如左右中鍵通 過鍵盤的組合鍵來模擬實(shí)現(xiàn))、或者"t務(wù)鍵單元為與其他機(jī)構(gòu)分離的單獨(dú)的一部分。
此外，還可以在增加或減少按鍵(如增加普通鼠標(biāo)的中鍵功能)，同時(shí)可以 更改上述按鍵的功能(如把電源開關(guān)設(shè)置為普通鼠標(biāo)的中鍵)。
實(shí)施例六
請(qǐng)參閱圖6，本實(shí)施例中，輸入控制單元不包含按《定，僅為圖像攝取單元。 圖像攝取單元11、圖像處理及解算單元12、數(shù)據(jù)發(fā)送單元13、數(shù)據(jù)接收單元14、 處理單元15間僅傳輸圖像信息，由此控制光標(biāo)運(yùn)動(dòng)(控制原理請(qǐng)參閱實(shí)施例一)。 鼠標(biāo)的左右鍵通過電子產(chǎn)品20鍵盤的組合鍵來模擬實(shí)現(xiàn)。
這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí) 施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚 的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和 精神的情況下，可以對(duì)這里所^C露的實(shí)施例進(jìn)行其他變形和改變。
18
權(quán)利要求
1、一種光標(biāo)定位方法，其特征在于該方法通過一圖像攝取單元與拍攝物體間的相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)；所述圖像攝取單元的三維運(yùn)動(dòng)引起其視野中隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)；根據(jù)所述隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光標(biāo)定位方法，其特征在于所述隨機(jī)拍攝的物體作為所述圖像攝取單元三維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)； 獲取隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)的方法為 記錄第i幀圖像中瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)的位置； 通過模板匹配的方法尋找所述瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)在第i+l幀圖像中的像點(diǎn)； 根據(jù)上述兩像點(diǎn)的位置計(jì)算隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光標(biāo)定位方法，其特征在于所迷圖像攝取單元為攝像機(jī)；選取位于攝像機(jī)光軸Z軸上的空間點(diǎn)P ( 0, 0， z)作為攝像機(jī)三維運(yùn)動(dòng) 的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)；所述瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)位于像平面的中心。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光標(biāo)定位方法，其特征在于所述隨機(jī)拍攝的物體作為所述圖像攝取單元三維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)； 該方法包括如下步驟；(1)用戶控制一圖像攝取單元運(yùn)動(dòng)，所述圖像攝取單元拍攝圖像，并把 拍才聶的第i幀圖^象發(fā)送至一圖像處理及解算單元；每經(jīng)過一次拍攝，i的值 力口 1;(2 )所述圖像處理及解算單元取得瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)，并把其位置賦 予位置C;(3)所述圖像處理及解算單元從所述圖像攝取單元獲取第i+l幀圖像；(4)所述圖像處理及解算單元在第i+l幀圖像中匹配尋找所述瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)；(5 )若匹配尋找瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)成功，轉(zhuǎn)步驟(6 )，否則轉(zhuǎn)步驟(1 ); (6 )把匹配尋找成功的最佳匹配位置賦予位置D; (7)計(jì)算位置偏移向量V' -D-C;(8 )計(jì)算光標(biāo)位置Q=Q， +V;其中，Q為本次移動(dòng)后的光標(biāo)位置，Q，為 本次移動(dòng)前的光標(biāo)位置；V為光標(biāo)位置補(bǔ)償量，V=k*V，， k為比例系數(shù)。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的光標(biāo)定位方法，其特征在于所述圖像攝取單元攝取i幀圖像時(shí)，取圖像攝取單元的坐標(biāo)系為相對(duì)坐標(biāo)系0。；取該坐標(biāo)系中取位于z軸上的點(diǎn)P([Q ° Z])作為瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)，瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)P的像位于像平面的中心A(G 0);圖像攝取單元發(fā)生運(yùn)動(dòng)(W 0后，形成新的坐標(biāo)系A(chǔ),此時(shí)攝取第i+l幀 圖像，瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)P的像的位置移動(dòng)到^(" v);線性攝像機(jī)成像模型即: <formula>formula see original document page 3</formula><formula>formula see original document page 4</formula>其中，j=機(jī)旋轉(zhuǎn)矩陣；./ 0 0. 0/0 0 0 1，為攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)矩陣；i i ^ -A一;r 1 a - 一a 1,為攝像為攝像機(jī)平動(dòng)矩陣；X為瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)在坐標(biāo)系°。中的坐標(biāo)；為瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)在像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)；s為比例常數(shù)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光標(biāo)定位方法，其特征在于步驟(4)中，圖像匹配尋找的方法為模板匹配方法； 步驟(5)中，如果存在模板匹配的相關(guān)函數(shù)值大于設(shè)置的閾值，認(rèn)為該 點(diǎn)匹配成功；步驟(6)中，取所述相關(guān)函數(shù)值最大的位置為最佳匹配位置。
7、 一種光標(biāo)定位方法，其特征在于該方法通過一圖像攝取單元與拍攝物體間 的相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)；所述圖像攝取單元靜止，所述圖像攝取單元^f見野中的隨機(jī)拍攝的所有物 體作為一個(gè)整體做剛體運(yùn)動(dòng)；所述圖像攝取單元隨機(jī)拍攝的所有物體作為 一個(gè)整體的剛體運(yùn)動(dòng)引起圖 像攝取單元視野中隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的整體運(yùn)動(dòng)；所述圖像攝取單元作為該剛體運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)；根據(jù)所述隨機(jī)拍攝的物體的像的二維運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。
8、 一種光標(biāo)定位系統(tǒng)，其特征在于，其包括圖像攝取單元，用以拍攝圖像，并把拍攝的各幀圖像發(fā)送至一圖像處理及解算單元；圖像處理及解算單元，用以把所述圖像攝取單元與拍攝物體間的相對(duì)三 維運(yùn)動(dòng)處理成光標(biāo)位置補(bǔ)償數(shù)據(jù)，而后傳輸至一數(shù)據(jù)發(fā)送單元；所述圖像才聶 取單元的三維運(yùn)動(dòng)引起其視野中隨機(jī)拍攝的物體的像的運(yùn)動(dòng)，根據(jù)所述隨機(jī) 拍攝的物體的像的二維運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)；數(shù)據(jù)發(fā)送單元，用以把所述計(jì)算得到的光標(biāo)位置補(bǔ)償發(fā)送至一數(shù)據(jù)接收 單元；數(shù)據(jù)接收單元，用以接收數(shù)據(jù)發(fā)送單元發(fā)送的光標(biāo)位置補(bǔ)償，并把該光 標(biāo)位置補(bǔ)償發(fā)送至一處理單元中；處理單元，用以驅(qū)動(dòng)光標(biāo)在相應(yīng)位置顯示。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的光標(biāo)定位系統(tǒng)，其特征在于所迷隨機(jī)拍攝的物體作為所述圖像攝取單元三維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的光標(biāo)定位系統(tǒng)，其特征在于所述圖像攝取單元把拍攝的第i幀圖像發(fā)送至圖像處理及解算單元；每 經(jīng)過一次拍:f聶，i的值加1;所述圖像處理及解算單元取得瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)，并把其位置賦予位置C;所述圖像處理及解算單元在第i+l幀圖像中匹配尋找在拍攝第i幀時(shí)的 瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)；若匹配尋找瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)的像點(diǎn)成功，把匹配尋找成功的最佳匹配位置 賦予位置D;位置偏移向量V' -D-C;光標(biāo)位置Q-Q， +V;其中，Q為本次移動(dòng)后的光標(biāo)位置，Q，為本次移動(dòng) 前的光標(biāo)位置；V為光標(biāo)位置補(bǔ)償量，V=k*V，， k為比例系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種光標(biāo)定位系統(tǒng)及其定位方法，定位方法通過一圖像攝取單元與拍攝物體間的相對(duì)三維運(yùn)動(dòng)來驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)；隨機(jī)拍攝的物體作為所述圖像攝取單元三維運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)測(cè)量基準(zhǔn)；所述圖像攝取單元的三維運(yùn)動(dòng)引起其視野中隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)；根據(jù)隨機(jī)拍攝的物體的像點(diǎn)的二維運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)的運(yùn)動(dòng)。所述光標(biāo)定位系統(tǒng)包括圖像攝取單元、圖像處理及解算單元、數(shù)據(jù)發(fā)送單元、數(shù)據(jù)接收單元、處理單元。本發(fā)明通過攝像裝置的相對(duì)與其拍攝物體的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)光標(biāo)移動(dòng)，用戶無需以平整的桌面為依托，可以在空間范圍內(nèi)隨心所欲地使用。
文檔編號(hào)G06F3/033GK101482782SQ20091004602
公開日2009年7月15日 申請(qǐng)日期2009年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者袁鴻軍 申請(qǐng)人:袁鴻軍