專利名稱：一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的技術(shù)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的三維位置檢測方法，主要通過兩個(gè)攝像頭拍攝發(fā)射光源的成像信息，并根據(jù)雙目立體視覺算法，計(jì)算該發(fā)射光源的三維位置信息。并且，雙目立體視覺算法僅能計(jì)算發(fā)射光源的三維平動(dòng)位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的方法與系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的方法，其中，所述輸入設(shè)備包括至少一個(gè)發(fā)射光源；其中，該方法包括以下步驟:a由一個(gè)攝像頭拍攝所述發(fā)射光源的成像信息；b根據(jù)所述成像信息，檢測所述發(fā)射光源的輸入光點(diǎn)；c根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取所述輸入設(shè)備的
三維位置信息。優(yōu)選地，所述輸入設(shè)備的三維位置信息包括所述輸入設(shè)備的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息。優(yōu)選地，所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息包括以下至少任一項(xiàng):-所述輸入光點(diǎn)的形狀；-所述輸入光點(diǎn)的大?。?所述輸入光點(diǎn)的亮度；-所述輸入光點(diǎn)的光分布特性；-與所述發(fā)射光源的發(fā)光模式相對應(yīng)的屬性。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例之一，所述步驟c包括根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的擬合曲線，獲取所述輸入設(shè)備的三維位置信息。優(yōu)選地，所述輸入設(shè)備的三維位置信息包括所述輸入設(shè)備的三維平動(dòng)位置信息，所述預(yù)定的擬合曲線包括預(yù)定的距離擬合曲線；所述步驟c包括:根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于所述預(yù)定的距離擬合曲線，確定所述輸入設(shè)備相對所述攝像頭的距離信息；根據(jù)所述距離信息，以及所述輸入光點(diǎn)在所述成像信息的二維坐標(biāo)，獲取所述輸入設(shè)備的三維平動(dòng)位置信息。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例之一，所述步驟c包括根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，通過查詢預(yù)定的光點(diǎn)屬性樣本表，獲取所述輸入設(shè)備的三維位置信息。優(yōu)選地，所述輸入設(shè)備的三維位置信息包括所述輸入設(shè)備的三維平動(dòng)位置信息，所述預(yù)定的光點(diǎn)屬性樣本表包括預(yù)定的光點(diǎn)屬性-距離樣本表；所述步驟c包括:根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于所述預(yù)定的光點(diǎn)屬性-距離樣本表，確定所述輸入設(shè)備相對所述攝像頭的距離信息；根據(jù)所述距離信息，以及所述輸入光點(diǎn)在所述成像信息的二維坐標(biāo)，獲取所述輸入設(shè)備的三維平動(dòng)位置信息。更優(yōu)選地，所述步驟c進(jìn)一步包括:根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于所述預(yù)定的光點(diǎn)屬性-距離樣本表，通過樣本內(nèi)插算法，確定所述距離信息。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例之一，所述成像信息包括所述發(fā)射光源的多幀圖像；所述步驟c包括:通過多幀平均算法，根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取所述輸入設(shè)備的三維位置信息。優(yōu)選地，所述步驟c包括:根據(jù)所述多幀圖像的每一個(gè)中所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，通過多幀平均算法，獲得平均光點(diǎn)屬性信息；根據(jù)所述平均光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取所述輸入設(shè)備的三維位置信息。優(yōu)選地，所述步驟c包括:根據(jù)所述多幀圖像的每一個(gè)中所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取所述多幀圖像中每一個(gè)所對應(yīng)的所述輸入設(shè)備的參考三維位置信息；根據(jù)所述參考三維位置信息，通過多幀平均算法，獲得所述輸入設(shè)備的三維位置信息。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例之一，所述成像信息包括所述發(fā)射光源在同一時(shí)刻的至少兩個(gè)圖像，其中，所述至少兩個(gè)圖像分別屬于不同的分辨率等級；所述步驟b包括:根據(jù)所述至少兩個(gè)圖像中屬于相對低分辨率等級的圖像，獲取所述輸入光點(diǎn)所對應(yīng)的候選區(qū)域；根據(jù)所述至少兩個(gè)圖像中屬于相對高分辨率等級的圖像中的所述候選區(qū)域，獲取所述輸入光點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例之一，所述步驟b包括:根據(jù)所述成像信息，獲取多個(gè)候選光點(diǎn)；按照預(yù)定篩選條件，從所述多個(gè)候選光點(diǎn)中確定所述輸入光點(diǎn)。優(yōu)選地，所述預(yù)定篩選條件包括以下至少任一項(xiàng):-所述輸入光點(diǎn)為指定形狀；-所述輸入光點(diǎn)為指定顏色；-所述輸入光點(diǎn)的大小屬于預(yù)定范圍；-所述輸入光點(diǎn)的亮度值最大；-所述輸入光點(diǎn)的相應(yīng)屬性與所述發(fā)射光源的發(fā)光模式相符。根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)選實(shí)施例之一，所述輸入設(shè)備包括多個(gè)發(fā)射光源；所述步驟b包括:根據(jù)所述成像信息，獲取所述多個(gè)發(fā)射光源所對應(yīng)的輸入光點(diǎn)組，其中，所述輸入光點(diǎn)組中的每一個(gè)輸入光點(diǎn)對應(yīng)所述多個(gè)發(fā)射光源之一；檢測所述輸入光點(diǎn)組中的一個(gè)或多個(gè)輸入光點(diǎn)，以用于獲取所述多個(gè)發(fā)射光源中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息；在所述步驟c之后，該方法還包括根據(jù)所述多個(gè)發(fā)射光源中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息，確定所述輸入設(shè)備的三維位置信息。優(yōu)選地，所述多個(gè)發(fā)射光源按照預(yù)定規(guī)則進(jìn)行配置，所述預(yù)定規(guī)則包括以下至少任一項(xiàng):-所述多個(gè)發(fā)射光源按照不同的光學(xué)特性進(jìn)行配置；-所述多個(gè)發(fā)射光源按照不同的發(fā)光模式進(jìn)行配置；-所述多個(gè)發(fā)射光源按照預(yù)定的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括輸入設(shè)備和檢測設(shè)備，所述輸入設(shè)備包括至少一個(gè)發(fā)射光源，所述檢測設(shè)備包括一個(gè)攝像頭和至少一個(gè)處理裝置；所述攝像頭用于拍攝所述發(fā)射光源的成像信息；其中，所述處理裝置用于:-根據(jù)所述成像信息，檢測所述發(fā)射光源的輸入光點(diǎn)；-根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取所述輸入設(shè)備的
三維位置信息。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例，所述輸入設(shè)備包括多個(gè)發(fā)射光源；所述檢測所述發(fā)射光源的輸入光點(diǎn)的操作包括:-根據(jù)所述成像信息，獲取所述多個(gè)發(fā)射光源所對應(yīng)的輸入光點(diǎn)組，其中，所述輸入光點(diǎn)組中的每一個(gè)輸入光點(diǎn)對應(yīng)所述多個(gè)發(fā)射光源之一；-檢測所述輸入光點(diǎn)組中的一個(gè)或多個(gè)輸入光點(diǎn)，以用于獲取所述多個(gè)發(fā)射光源中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息；其中，所述處理裝置還用于:-根據(jù)所述多個(gè)發(fā)射光源中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息，確定所述輸入設(shè)備的三維位置信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明僅通過一個(gè)攝像頭拍攝發(fā)射光源的成像信息，進(jìn)而獲取該發(fā)射光源所屬輸入設(shè)備的三維位置信息，降低了系統(tǒng)的硬件成本和計(jì)算復(fù)雜度。進(jìn)一步地，本發(fā)明不僅可以獲得輸入設(shè)備的三維平動(dòng)位置信息，還可以獲得輸入設(shè)備的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息，提高了輸入設(shè)備的三維位置檢測的準(zhǔn)確度和靈敏度。


通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實(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)方面的用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的系統(tǒng)示意圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的方法流程圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的方法流程圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的方法流程圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的方法流程圖；圖6示出根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的方法流程圖；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)LED光源的成像圖示例；圖8示出根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的方法流程圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備包括4個(gè)LED光源的排列方式示意圖；圖10示出根據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備包括3個(gè)LED光源的排列方式示意圖；圖11示出根據(jù)本發(fā)明的輸入設(shè)備包括3個(gè)LED光源的排列方式示意圖。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)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。圖1為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的系統(tǒng)示意圖，示出一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的輸入檢測系統(tǒng)。如圖1所示，輸入檢測系統(tǒng)100包括輸入設(shè)備110和檢測設(shè)備120，其中，輸入設(shè)備110和檢測設(shè)備120分別置于兩端。輸入設(shè)備110包括至少一個(gè)發(fā)射光源111。檢測設(shè)備120包括至少一個(gè)處理裝置122，該檢測設(shè)備120還內(nèi)置或外接一個(gè)攝像頭121。攝像頭121拍攝發(fā)射光源111的成像信息；處理裝置122根據(jù)所述成像信息，檢測發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)，并根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取發(fā)射光源111的三維位置信息。本發(fā)明中，由于發(fā)射光源111裝置于輸入設(shè)備110，故輸入設(shè)備110的三維位置信息由發(fā)射光源111的三維位置信息來表征，兩者等同使用。進(jìn)一步地，當(dāng)輸入設(shè)備110包括一個(gè)發(fā)射光源111時(shí)，輸入設(shè)備110的三維位置信息可直接由發(fā)射光源111的三維位置信息來表征；當(dāng)輸入設(shè)備Iio包括多個(gè)發(fā)射光源111時(shí),輸入設(shè)備110的三維位置信息可直接由其中一個(gè)發(fā)射光源111的三維位置信息來表征，或通過對其中一個(gè)或多個(gè)發(fā)射光源111的三維位置信息的相關(guān)計(jì)算，確定輸入設(shè)備110的三維位置信息。例如，攝像頭121拍攝發(fā)射光源111的圖像；處理裝置122從該圖像中選擇圓形的光點(diǎn)作為發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)，如按照預(yù)設(shè)的門限對該圖像進(jìn)行二值化處理，以便于圓形光點(diǎn)的檢測，并通過霍夫變換來進(jìn)行圓形光點(diǎn)的檢測，計(jì)算圓半徑和圓心坐標(biāo)，只有半徑落于預(yù)定有效半徑范圍內(nèi)的圓形光點(diǎn)才為有效的圓形光點(diǎn)，若有多個(gè)符合條件的圓形光點(diǎn)，可選最亮的圓形光點(diǎn)作為輸入光點(diǎn)，根據(jù)該輸入光點(diǎn)的圓半徑、亮度，查詢預(yù)設(shè)的光點(diǎn)屬性-距離樣本表，以獲得發(fā)射光源111相對攝像頭121的距離信息，結(jié)合輸入光點(diǎn)的圓心在圖像中的二維坐標(biāo)，計(jì)算獲得該發(fā)射光源111的三維平動(dòng)位置信息。在此，所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息包括但不限于任何可適用于本發(fā)明的，可直接或間接用于確定發(fā)射光源111的三維位置信息的相關(guān)光學(xué)屬性，諸如所述輸入光點(diǎn)的形狀、大小、亮度或光分布特性等。優(yōu)選地，所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息包括但不限于，以下至少任一項(xiàng):I)所述輸入光點(diǎn)的形狀，諸如圓形、橢圓形；2)所述輸入光點(diǎn)的大小,如圓半徑、面積等；3)所述輸入光點(diǎn)的亮度；4)所述輸入光點(diǎn)的光分布特性,如所述輸入光點(diǎn)的光分布會(huì)隨著發(fā)射光源111的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息的變化而單調(diào)變化；5)與所述發(fā)射光源的發(fā)光模式相對應(yīng)的屬性,如LED光源的中心不發(fā)光,則相應(yīng)的輸入光點(diǎn)為中心黑點(diǎn)的圓形光點(diǎn)。發(fā)射光源111的三維位置信息包括但不限于，發(fā)射光源111的三維平動(dòng)位置信息和/或發(fā)射光源111的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息。同樣地，輸入設(shè)備110的三維位置信息包括但不限于，輸入設(shè)備110的三維平動(dòng)位置信息和/或輸入設(shè)備110的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息。在此，將輸入光點(diǎn)的圓心在圖像中基于圖像中心的二維坐標(biāo)標(biāo)記為(x，y)。其中X是輸入光點(diǎn)的圓心在圖像中的橫坐標(biāo)，I是輸入光點(diǎn)的圓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(Xtl, Y0, Z0)，則發(fā)射光源111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)射光源111質(zhì)心的水平坐標(biāo)，Y是發(fā)射光源111質(zhì)心的豎直坐標(biāo)，Z是發(fā)射光源111質(zhì)心的縱深坐標(biāo)。通過公式X = χ( λ -Z) / λ，Y = y ( λ -Z)/λ，即可由發(fā)射光源111的二維圓心坐標(biāo)(X，y)，計(jì)算獲得該發(fā)射光源111的三維位置信息(X，Y，Z)，其中，λ為攝像頭的焦距，發(fā)射光源111相對攝像頭121的距離信息Z的具體計(jì)算方式將在后續(xù)內(nèi)容中予以詳細(xì)說明。如圖2所示，發(fā)射光源111的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息可標(biāo)記為Θ，其中，Θ為發(fā)射光源111的軸線與該發(fā)射光源111到攝像頭122連線之間的夾角。進(jìn)一步地，發(fā)射光源111的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息還可標(biāo)記為(Θ，Y)，其中，Y為發(fā)射光源111圍繞其質(zhì)心軸的轉(zhuǎn)角，即發(fā)射光源111的自轉(zhuǎn)角度。此外，根據(jù)前述夾角Θ，結(jié)合發(fā)射光源111的三維平動(dòng)位置信息(X，Y，Ζ)，還可進(jìn)一步將發(fā)射光源111的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息標(biāo)記為(α，β，Y)，即該發(fā)射光源111通過其質(zhì)心軸的空間方位，其中，α是發(fā)射光源111通過其質(zhì)心軸的水平方向角，β是發(fā)射光源111通過其質(zhì)心軸的豎直方向角。當(dāng)輸入設(shè)備110包括多個(gè)發(fā)射光源111時(shí)，Y可用于更精確地表征用戶對輸入設(shè)備110的各項(xiàng)操作，如用戶轉(zhuǎn)動(dòng)輸入設(shè)備110，根據(jù)多個(gè)發(fā)射光源111所組成幾何形狀的偏轉(zhuǎn)，即可確定輸入設(shè)備110的自轉(zhuǎn)角度Y ;并且，對于該輸入設(shè)備110的夾角θ，可為該輸入設(shè)備110的軸線與該輸入設(shè)備110到攝像頭122連線之間的夾角。預(yù)定的映射關(guān)系包括但不限于任何可適用于本發(fā)明的，通過對所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息進(jìn)行相應(yīng)處理，獲得發(fā)射光源111的三維位置信息的映射方式，諸如基于所述光點(diǎn)屬性信息獲得的所述三維位置信息的擬合曲線、所述光點(diǎn)屬性信息與所述三維位置信息的樣本表等。仍參閱圖1，發(fā)射光源111包括但不限于任何可適用于本發(fā)明的，各種點(diǎn)光源、面光源等發(fā)光物，諸如LED光源、紅外光源、OLED光源等。為簡化說明起見，本發(fā)明多以LED光源為例對發(fā)射光源111進(jìn)行闡述，然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，該種舉例僅為簡便地闡述本發(fā)明之用，而不應(yīng)理解為對本發(fā)明的任何限制。攝像頭121包括但不限于任何可適用于本發(fā)明的，能夠感應(yīng)和采集諸如LED可見光、紅外線等圖像的圖像采集設(shè)備；例如，攝像頭121具備I)足夠高的采集幀率，如15fps或以上，2)合適的分辨率，如640x480或以上，3)足夠短的曝光時(shí)間，如1/500或更短。處理裝置122包括但不限于任何可適用于本發(fā)明的，能夠按照事先存儲的程序，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和/或各種信息處理的電子設(shè)備，其硬件包括但不限于微處理器、FPGA、DSP、嵌入式設(shè)備等。進(jìn)一步地，本發(fā)明中，檢測設(shè)備120可以包括一個(gè)或多個(gè)處理裝置122，當(dāng)處理裝置122有多個(gè)時(shí)，每個(gè)處理裝置122可以被分配執(zhí)行一個(gè)特定的信息處理操作，以實(shí)現(xiàn)并行計(jì)算，從而提高檢測效率。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解上述發(fā)射光源111、攝像頭121以及處理裝置122僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的發(fā)射光源、攝像頭或者處理裝置如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并以引用方式包含于此。進(jìn)一步地，在該系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，輸入設(shè)備110中裝置有多個(gè)發(fā)射光源
111。其中，多個(gè)LED光源的排列方式分別如圖9、圖10和圖11所示:圖9示出一種4個(gè)LED光源的排列方式；圖10不出一種3個(gè)LED光源的排列方式；圖11不出一種2個(gè)LED光源的排列方式。本發(fā)明中，對于多個(gè)發(fā)射光源111的情形，可以將多個(gè)發(fā)射光源111按照預(yù)定規(guī)則進(jìn)行配置，所述預(yù)定規(guī)則包括但不限于，以下至少任一項(xiàng):I)多個(gè)發(fā)射光源111按照不同的光學(xué)特性進(jìn)行配置；2)多個(gè)發(fā)射光源111按照不同的發(fā)光模式進(jìn)行配置；3)多個(gè)發(fā)射光源111按照預(yù)定的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置。具體地，I)所述光學(xué)特性包括但不限于任何可適用于本發(fā)明的，用于表征每個(gè)發(fā)射光源111的光學(xué)相關(guān)屬性的信息，諸如發(fā)射光源111的波長、亮度、形狀等。2)所述發(fā)光模式包括但不限于任何可適用于本發(fā)明的，發(fā)射光源111的特殊發(fā)光性能，諸如多個(gè)發(fā)射光源111所分別發(fā)出光的顏色、閃爍頻率、亮度等屬性之一或任意組合的分布、在發(fā)射光源111外部加反光材料或透光材料以改變相應(yīng)輸入光點(diǎn)的形狀等。3)所述幾何結(jié)構(gòu)包括但不限于任何可適用于本發(fā)明的，由兩個(gè)以上的發(fā)射光源111按照一定的距離和/或夾角所組成的任意幾何結(jié)構(gòu)，諸如三角形、正方形、正方體等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解上述對多個(gè)發(fā)射光源進(jìn)行配置的預(yù)定規(guī)則僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的對多個(gè)發(fā)射光源進(jìn)行配置的預(yù)定規(guī)則如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)范圍以內(nèi)，并以引用方式包含于此。在此，通過各種規(guī)則對多個(gè)發(fā)射光源111進(jìn)行配置，如每個(gè)發(fā)射光源111發(fā)不同顏色或亮度的光、采用不同的閃爍頻率，按照一定的距離和夾角進(jìn)行放置等，使得檢測設(shè)備120可以根據(jù)每個(gè)發(fā)射光源111的相對位置變化，計(jì)算獲得輸入設(shè)備110的自轉(zhuǎn)角度Y,從而更精確地獲得輸入設(shè)備110的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息，這對于如3D游戲等需要精確三維位置信息的應(yīng)用意義重大。攝像頭121拍攝發(fā)射光源111的成像信息；處理裝置122根據(jù)所述成像信息，獲取多個(gè)發(fā)射光源111所對應(yīng)的輸入光點(diǎn)組，其中，所述輸入光點(diǎn)組中的每一個(gè)輸入光點(diǎn)對應(yīng)多個(gè)發(fā)射光源111之一，并檢測所述輸入光點(diǎn)組中的一個(gè)或多個(gè)輸入光點(diǎn)，以用于獲取多個(gè)發(fā)射光源111中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息；處理裝置122根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取多個(gè)發(fā)射光源111中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息；處理裝置122根據(jù)多個(gè)發(fā)射光源111中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息，確定輸入設(shè)備110的三維位置信息。在此，對于輸入設(shè)備110的三維位置信息，至少可從以下兩個(gè)維度來確定:I)先確定所述輸入光點(diǎn)組中用于計(jì)算的輸入光點(diǎn)，再根據(jù)該等輸入光點(diǎn)所對應(yīng)發(fā)射光源111的三維位置信息，確定輸入設(shè)備110的三維位置信息。其中，所述用于計(jì)算的輸入光點(diǎn)可以是所述輸入光點(diǎn)組中的全部或部分輸入光點(diǎn)；處理裝置122可以選擇所述輸入光點(diǎn)組中的任一輸入光點(diǎn)作為所述用于計(jì)算的輸入光點(diǎn)，并將所選輸入光點(diǎn)所對應(yīng)發(fā)射光源111的三維位置信息，作為輸入設(shè)備110的三維位置信息；也可以根據(jù)所選擇的用于計(jì)算的輸入光點(diǎn)之間的幾何結(jié)構(gòu)，確定相應(yīng)的點(diǎn)的三維位置信息，以用于表征輸入設(shè)備110的三維位置信息，如根據(jù)所選擇輸入光點(diǎn)所組成的幾何體的重心，將該重心的三維位置信息作為輸入設(shè)備110的三維位置信息。例如，參閱圖10，在確定三個(gè)LED光源所分別對應(yīng)的輸入光點(diǎn)后，將該三個(gè)LED光源所組成三角形的重心的三維位置信息，作為該三個(gè)LED光源的三維位置信息。2)先獲取所述輸入光點(diǎn)組中每個(gè)輸入光點(diǎn)的三維位置信息，再通過對該等三維位置信息的各種計(jì)算處理，確定輸入設(shè)備110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，對所述輸入光點(diǎn)組中每個(gè)輸入光點(diǎn)的三維位置信息進(jìn)行的各種計(jì)算，諸如對所有輸入光點(diǎn)的三維位置信息求均值、按照多個(gè)LED光源之間的幾何結(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。圖3為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)方面的方法流程圖，示出一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的過程。其中，輸入設(shè)備110包括一個(gè)發(fā)射光源111，檢測設(shè)備120外接一個(gè)攝像頭 122。配合參閱圖1和圖3，在步驟S301中，攝像頭122拍攝發(fā)射光源111的成像信息；在步驟S302中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述成像信息，檢測發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)；在步驟S303中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取發(fā)射光源111的三維位置信息。例如，在步驟S301中，攝像頭122拍攝發(fā)射光源111的成像信息，如該發(fā)射光源111在同一時(shí)刻的一個(gè)高分辨率圖像和一個(gè)低分辨率圖像，該高分辨率圖像和低分辨率圖像可同時(shí)拍攝獲得，也可僅拍攝高分辨率圖像，對其采樣以獲得相應(yīng)的低分辨率圖像；在步驟S302中，對于發(fā)射光源111的低分辨率圖像，檢測設(shè)備120檢測其中輸入光點(diǎn)所對應(yīng)的候選區(qū)域，如初步檢測該低分辨率圖像中小塊孤立的光點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)區(qū)域，并僅對高分辨率圖像中該候選區(qū)域的相應(yīng)部分進(jìn)行進(jìn)一步分析，如按照光點(diǎn)的形狀、大小等檢測該高分辨率圖像，確定形狀為圓形且半徑屬于預(yù)定的半徑有效范圍內(nèi)的光點(diǎn)為該發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)，其中，所述運(yùn)動(dòng)區(qū)域可結(jié)合該發(fā)射光源111在其他時(shí)刻的圖像，對該低分辨率圖像按照差分法處理，對差分處理后的該低分辨率圖像取門限二值化確定；在步驟S303中，檢測設(shè)備120根據(jù)發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)的圓半徑r，通過計(jì)算公式Z = c/r，其中，c為與攝像頭焦距和發(fā)射光源111的大小等參數(shù)相關(guān)的常量，獲取該發(fā)射光源111相對于攝像頭121的距離信息Z，再結(jié)合該輸入光點(diǎn)的圓心在圖像中的二維坐標(biāo)(X，y)，通過公式X =X ( λ -Z) / λ，Y = y ( λ -Z) / λ，計(jì)算獲得該發(fā)射光源111的三維平動(dòng)位置信息(X，Y，Ζ)。其中，λ為攝像頭121的焦距。在此，發(fā)射光源111可選擇在各方向發(fā)光特性一致的LED光源，對于發(fā)光特性不一致的LED光源，可以在其外部套一個(gè)透光球，以使得該LED光源經(jīng)由該透光球在各方向的發(fā)光特性一致，以及相應(yīng)輸入光點(diǎn)的半徑一致。圖4為根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的方法流程圖，示出一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的過程。其中，輸入設(shè)備110包括一個(gè)發(fā)射光源111，檢測設(shè)備120外接一個(gè)攝像頭 122。
配合參閱圖1和圖4，在步驟S401中，攝像頭122拍攝發(fā)射光源111的成像信息；在步驟S402中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述成像信息，檢測發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)；在步驟S403中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的擬合曲線，獲取發(fā)射光源111的三維位置信息。例如，在步驟S401中，攝像頭122拍攝發(fā)射光源111的成像信息；在步驟S402中，檢測設(shè)備120按照光點(diǎn)的形狀、半徑等檢測該成像信息，如確定光點(diǎn)形狀為圓形且半徑屬于預(yù)定的半徑有效范圍內(nèi)的光點(diǎn)為該發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)；在步驟S403中，檢測設(shè)備120根據(jù)發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)半徑r和亮度I，基于預(yù)定的夾角擬合曲線Θ =h(r，I)，獲得發(fā)射光源111的軸線與該發(fā)射光源111到攝像頭122連線之間的夾角Θ，也即該發(fā)射光源111的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息。在此，關(guān)于夾角擬合曲線的確定，可對夾角Θ測出相應(yīng)的r和I，如按一定步長在不同夾角Θ下測定足夠多的樣本，即r和I的值(或其他可用的光點(diǎn)屬性)；以一次、二次或多次曲線按照最小誤差準(zhǔn)則擬合r、I與Θ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Θ的LED光源。此外，所述夾角Θ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輸入光點(diǎn)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通過特殊工藝對LED光源加入的特殊發(fā)光模式，該等發(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光源的自轉(zhuǎn)角度Y，橢圓的方向?yàn)閷E圓分布的特征變換的主軸方向。通過檢測輸入光點(diǎn)的中心黑點(diǎn)或亮點(diǎn)的位置，可以檢測夾角Θ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Θ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Θ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)中心的距離山以及輸入光點(diǎn)在偏轉(zhuǎn)方向的亮度變化的梯度大小k ; Θ = h (d，k)。由于k也可遺與距尚 η息Z有關(guān)，從而Θ = h (d，k，Z);或更見雜的情況下，Θ = h(d，k，X，Y，Ζ)，相應(yīng)地，此時(shí)需對不同Χ、Υ、Ζ按一定步長在不同Θ下測定足夠多的樣本，即d和k的值。優(yōu)選地，輸入設(shè)備110的三維位置信息包括輸入設(shè)備110的三維平動(dòng)位置信息，所述預(yù)定的擬合曲線包括預(yù)定的距離擬合曲線；在步驟S403中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于所述預(yù)定的距離擬合曲線，確定輸入設(shè)備110相對攝像頭121的距離信息；根據(jù)所述距離信息，以及所述輸入光點(diǎn)在所述成像信息的二維坐標(biāo)，獲取輸入設(shè)備110的三維平動(dòng)位置信息。例如，在確定發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)后，在步驟S403中，檢測設(shè)備120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)射光源111相對攝像頭121的距離Z，并結(jié)合所述輸入光點(diǎn)的圓心在所拍攝圖像中的二維坐標(biāo)(X，y)，通過公式X = X ( λ -Z) / λ，Y = y ( λ -Z) / λ，計(jì)算獲得發(fā)射光源111的三維平動(dòng)位置信息(X，Y，Ζ)，該三維平動(dòng)位置信息同時(shí)也為輸入設(shè)備110的三維平動(dòng)位置信息。
在此，關(guān)于距離擬合曲線的確定，可對距離Z測出相應(yīng)的r和I，如對不同距離Z按一定步長測定足夠多的樣本，即r和I的值(或其他可用的光點(diǎn)屬性)，一次、二次或多次曲線按照最小誤差準(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光源。為簡便操作，在采樣時(shí)，可對不同距離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Θ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LED光源加入的發(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)射光源111的三維位置信息。例如，Z = g(r，I，tl，t2)。其中tl，t2為描述輸入光點(diǎn)內(nèi)光分布特性的變量。由于有更多的反映三維位置信息的變量，這一方法對LED光源的適用更廣，對LED光源三維位置信息的檢測更精確。圖5為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的方法流程圖，示出一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的過程。其中，輸入設(shè)備110包括一個(gè)發(fā)射光源111，檢測設(shè)備120外接一個(gè)攝像頭122。配合參閱圖1和圖5，在步驟S501中，攝像頭122拍攝發(fā)射光源111的成像信息；在步驟S502中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述成像信息，檢測發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)；在步驟S503中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，通過查詢預(yù)定的光點(diǎn)屬性樣本表，獲取發(fā)射光源111的三維位置信息。例如，在步驟S501中，攝像頭122拍攝發(fā)射光源111的圖像；在步驟S502中，檢測設(shè)備120檢測該圖像中各圓形光點(diǎn)的亮度，將亮度值最大的圓形光點(diǎn)作為該發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)；在步驟S503中，檢測設(shè)備120根據(jù)該輸入光點(diǎn)的半徑r和亮度I，通過查詢預(yù)定的光點(diǎn)屬性樣本表，獲取發(fā)射光源111的夾角Θ。在此，按照一定角度間隔采集并存儲足夠多的r和I與Θ的樣本值，以建立光點(diǎn)屬性-夾角樣本表。對于一組待查詢的 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，并通過將其對應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)Θ樣本按照樣本內(nèi)插算法進(jìn)行計(jì)算，獲得發(fā)射光源111的夾角Θ。其中，所述樣本內(nèi)插算法包括但不限于最近鄰域內(nèi)插法，線性加權(quán)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。對于輸入光點(diǎn)的其他光點(diǎn)屬性信息，諸如輸入光點(diǎn)的光分布特性或其他與發(fā)射光源111的發(fā)光模式相對應(yīng)的屬性等，同樣可以采用上述方法采樣建立相應(yīng)的光點(diǎn)屬性-夾角樣本表，以用于后續(xù)直接查詢該樣本表獲得夾角Θ，或基于該樣本表通過樣本內(nèi)插算法計(jì)算獲得夾角Θ。優(yōu)選地，輸入設(shè)備110的三維位置信息包括輸入設(shè)備110的三維平動(dòng)位置信息，所述預(yù)定的光點(diǎn)屬性樣本表包括預(yù)定的光點(diǎn)屬性-距離樣本表；在步驟S503中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息,基于所述預(yù)定的光點(diǎn)屬性-距離樣本表，確定輸入設(shè)備110相對攝像頭121的距離信息，根據(jù)所述距離信息，以及所述輸入光點(diǎn)在所述成像信息的二維坐標(biāo)，獲取輸入設(shè)備110的三維平動(dòng)位置信息。例如，檢測設(shè)備120檢測獲得該發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)后；在步驟S503中，檢測設(shè)備120根據(jù)該輸入光點(diǎn)的半徑r和亮度I，通過查詢預(yù)定的光點(diǎn)屬性樣本表，獲取發(fā)射光源111相對攝像頭121的距離Z，并結(jié)合該輸入光點(diǎn)的圓心在其成像信息的二維坐標(biāo)，計(jì)算獲得發(fā)射光源111的三維平動(dòng)位置信息。在此，按照一定距離間隔采集并存儲足夠多的r和I與Z的樣本值，以建立光點(diǎn)屬性-距離樣本表。對于一組待查詢的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，并通過將其對應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)Z樣本按照樣本內(nèi)插算法進(jìn)行計(jì)算，獲得發(fā)射光源111相對攝像頭121的距離Z。其中,所述樣本內(nèi)插算法包括但不限于最近鄰域內(nèi)插法,線性加權(quán)內(nèi)插法、雙三次內(nèi)插法(bicubic interpolation)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。對于輸入光點(diǎn)的其他光點(diǎn)屬性信息，諸如輸入光點(diǎn)的光分布特性或其他與發(fā)射光源111的發(fā)光模式相對應(yīng)的屬性等，同樣可以采用上述方法采樣建立相應(yīng)的光點(diǎn)屬性-距離樣本表，以用于后續(xù)直接查詢該樣本表獲得距離Z，或基于該樣本表通過樣本內(nèi)插算法計(jì)算獲得距離Z。優(yōu)選地，配合參閱圖1-5，在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，攝像頭122拍攝發(fā)射光源111的多幀圖像；檢測設(shè)備120根據(jù)所述多幀圖像，檢測每一幀圖像中發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)；隨后，檢測設(shè)備120通過多幀平均算法，根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取輸入設(shè)備110的三維位置信息。在此，檢測設(shè)備120獲取輸入設(shè)備110的三維位置信息包括但不限于以下方式:I)根據(jù)每一幀圖像中輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，通過多幀平均算法，獲得平均光點(diǎn)屬性信息，并根據(jù)所述平均光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取輸入設(shè)備110的三維位置信息。例如，以當(dāng)前幀為基準(zhǔn)，向前查詢前5幀圖像中每一幀的輸入光點(diǎn)的亮度和圓半徑，結(jié)合當(dāng)前幀的輸入光點(diǎn)的亮度和圓半徑，通過算術(shù)平均算法，對這6幀圖像中輸入光點(diǎn)的亮度和圓半徑取均值，并根據(jù)該平均亮度和平均圓半徑，基于前述擬合曲線或光點(diǎn)屬性樣本表，獲得當(dāng)前幀所對應(yīng)的輸入設(shè)備110的三維位置信息。2)根據(jù)每一巾貞圖像中輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息,基于預(yù)定的映射關(guān)系,獲取每一幀所對應(yīng)的輸入設(shè)備110的參考三維位置信息；根據(jù)所述參考三維位置信息，通過多幀平均算法，獲得輸入設(shè)備110的三維位置信息。例如，以當(dāng)前幀為基準(zhǔn)，向前查詢5幀圖像中每一幀所對應(yīng)的輸入設(shè)備110的參考三維位置信息，通過加權(quán)平均算法，如距離當(dāng)前幀越近的幀，其權(quán)重越高，對這6幀圖像所對應(yīng)的發(fā)射光源111的參考三維位置信息計(jì)算均值，并將該均值作為當(dāng)前幀所對應(yīng)的輸入設(shè)備110的三維位置信息。其中，所述多幀平均算法包括但不限于任何可適用于本發(fā)明的平均算法，諸如基于高斯分布的平均算法、算術(shù)平均算法、加權(quán)平均算法等與低通濾波算法類似的算法。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解上述獲取發(fā)射光源的三維位置信息的方式以及多幀平均算法僅為舉例，其他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)的獲取發(fā)射光源的三維位置信息的方式或者多幀平均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)，并以引用方式包含于此。圖6為根據(jù)本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例的方法流程圖，示出一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的過程。其中，輸入設(shè)備110包括一個(gè)發(fā)射光源111，檢測設(shè)備120外接一個(gè)攝像頭122。配合參閱圖1和圖6，在步驟S601中，攝像頭122拍攝發(fā)射光源111的成像信息；在步驟S6021中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述成像信息，獲取多個(gè)候選光點(diǎn)；在步驟S6022中，檢測設(shè)備120按照預(yù)定篩選條件，從所述多個(gè)候選光點(diǎn)中確定發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)；在步驟S603中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取輸入設(shè)備110的三維位置信息。例如，在步驟S601中，攝像頭122拍攝發(fā)射光源111的圖像；在步驟S6021中，檢測設(shè)備120在該圖像中檢測到多個(gè)候選光點(diǎn)，如圖7所示；在步驟S6022中，檢測設(shè)備120按照預(yù)定篩選條件，從該等候選光點(diǎn)中確定發(fā)射光源111的輸入光點(diǎn)，如從候選光點(diǎn)中選擇圓形的光點(diǎn)作為該輸入光點(diǎn)，當(dāng)圓形的候選光點(diǎn)仍有多個(gè)時(shí)，還可以進(jìn)一步結(jié)合光點(diǎn)半徑和/或亮度選擇輸入光點(diǎn)，如僅將半徑屬于預(yù)定的有效半徑范圍的候選光點(diǎn)作為該輸入光點(diǎn)，或僅將亮度值最大的候選光點(diǎn)作為該輸入光點(diǎn)；在步驟S603中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取發(fā)射光源111的三維位置信息。優(yōu)選地，所述預(yù)定篩選條件包括但不限于，以下任一項(xiàng):I)所述輸入光點(diǎn)為指定形狀,如圓形、橢圓形；2)所述輸入光點(diǎn)為指定顏色，如通過諸RGB、HSV等各種顏色空間對所述成像信息進(jìn)行處理獲得輸入光點(diǎn)的顏色；3)所述輸入光點(diǎn)的大小屬于預(yù)定范圍，如圓半徑屬于預(yù)定的有效半徑范圍；4)所述輸入光點(diǎn)的亮度值最大，如亮度值比其他光點(diǎn)的亮度值大；5)所述輸入光點(diǎn)的相應(yīng)屬性與發(fā)射光源111的發(fā)光模式相符，如當(dāng)發(fā)射光源111的發(fā)光模式為中心發(fā)白光，則相應(yīng)輸入光點(diǎn)的中心為亮點(diǎn)。在此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述篩選條件僅為示例，以為簡便地闡述本發(fā)明之用，而不應(yīng)理解為對本發(fā)明的任何限制，其他現(xiàn)有的或?qū)沓霈F(xiàn)的篩選條件如可適用于本發(fā)明，也應(yīng)當(dāng)納入本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖8為根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的方法流程圖，示出一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的過程。其中，輸入設(shè)備110包括多個(gè)發(fā)射光源111，檢測設(shè)備120外接一個(gè)攝像頭122。在此,多個(gè)LED光源可以有多種排列方式:圖9不出一種4個(gè)LED光源的排列方式；圖10不出一種3個(gè)LED光源的排列方式；圖11不出一種2個(gè)LED光源的排列方式。本發(fā)明中，對于多個(gè)發(fā)射光源111的情形，可以對每個(gè)發(fā)射光源111按照不同的方式進(jìn)行配置，從而檢測設(shè)備120根據(jù)每個(gè)發(fā)射光源111的配置方式，如光學(xué)特性、發(fā)光模式等，有效識別出每個(gè)發(fā)射光源111所對應(yīng)的輸入光點(diǎn)，進(jìn)而可計(jì)算每個(gè)發(fā)射光源111的三維位置信息。例如，將多個(gè)發(fā)射光源111按照一定的距離和夾角進(jìn)行放置，并可對每個(gè)發(fā)射光源111設(shè)定不同的光學(xué)特性或發(fā)光模式，如發(fā)不同顏色、頻率或亮度的光、加反光材料或透光材料以改變輸入光點(diǎn)的形狀等，從而利用多個(gè)發(fā)射光源111之間的幾何結(jié)構(gòu)計(jì)算獲得輸入設(shè)備110的三維位置信息。并且，由于每個(gè)發(fā)射光源111的配置方式不同，檢測設(shè)備120可以采集更多的輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，以豐富光點(diǎn)屬性樣本表，以及獲得更精確的擬合曲線。例如，每個(gè)發(fā)射光源111采用不同的亮度，如Ip I2和I3，則輸入設(shè)備110的夾角擬合曲線為Θ = h Ctvryr3,11,12,13),或者輸入設(shè)備110的距離擬合曲線為Z = f (Vr1,
I/r2, I/3,1，I2，I3)。如圖8所示，在步驟S801中，攝像頭122拍攝多個(gè)發(fā)射光源111的成像信息；在步驟S8021中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述成像信息，獲取多個(gè)發(fā)射光源111所對應(yīng)的輸入光點(diǎn)組，其中，所述輸入光點(diǎn)組中的每一個(gè)輸入光點(diǎn)對應(yīng)多個(gè)發(fā)射光源111之一；在步驟S8022中，檢測設(shè)備120檢測所述輸入光點(diǎn)組中的一個(gè)或多個(gè)輸入光點(diǎn)，以用于獲取多個(gè)發(fā)射光源111中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息；在步驟S803中，檢測設(shè)備120根據(jù)所述一個(gè)或多個(gè)輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取多個(gè)發(fā)射光源111中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息；在步驟S804中，檢測設(shè)備120根據(jù)多個(gè)發(fā)射光源111中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息，確定輸入設(shè)備110的三維位置信息。在此，對于輸入設(shè)備110的三維位置信息，至少可從以下兩個(gè)維度來確定:I)先確定所述輸入光點(diǎn)組中用于計(jì)算的輸入光點(diǎn)，再根據(jù)該等輸入光點(diǎn)所對應(yīng)發(fā)射光源111的三維位置信息，確定輸入設(shè)備110的三維位置信息。例如，在步驟S801中，攝像頭122拍攝全部發(fā)射光源111的成像信息；在步驟S8021中，檢測設(shè)備120根據(jù)該成像信息，獲取全部發(fā)射光源111所對應(yīng)的輸入光點(diǎn)組，其中，該輸入光點(diǎn)組中的每一個(gè)輸入光點(diǎn)與一個(gè)發(fā)射光源111相對應(yīng)；在步驟S8022中，檢測設(shè)備120根據(jù)諸如輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息、發(fā)射光源111之間的幾何結(jié)構(gòu)等,從該輸入光點(diǎn)組中選擇部分輸入光點(diǎn)，以用于獲取該部分輸入光點(diǎn)所對應(yīng)的發(fā)射光源111的三維位置信息；在步驟S803中，檢測設(shè)備120根據(jù)該等部分輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取該部分輸入光點(diǎn)所對應(yīng)的部分發(fā)射光源111的三維位置信息；在步驟S804中，檢測設(shè)備120對該部分發(fā)射光源111的三維位置信息求均值，以獲得輸入設(shè)備110的三維位置信息。2)先獲取所述輸入光點(diǎn)組中每個(gè)輸入光點(diǎn)的三維位置信息，再通過對該等三維位置信息的各種計(jì)算處理，確定輸入設(shè)備110的三維位置信息。例如，在步驟S801中，攝像頭122拍攝全部發(fā)射光源111的成像信息；在步驟S8021中，檢測設(shè)備120根據(jù)該成像信息，獲取全部發(fā)射光源111所對應(yīng)的輸入光點(diǎn)組，其中，該輸入光點(diǎn)組中的每一個(gè)輸入光點(diǎn)與一個(gè)發(fā)射光源111相對應(yīng)；在步驟S8022中，檢測設(shè)備120獲取該輸入光點(diǎn)組中的每一個(gè)輸入光點(diǎn)，以用于獲取每一個(gè)輸入光點(diǎn)所對應(yīng)的發(fā)射光源111的三維位置信息；在步驟S803中，檢測設(shè)備120根據(jù)每一個(gè)輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取每一個(gè)發(fā)射光源111的三維位置信息；在步驟S804中，檢測設(shè)備120基于發(fā)射光源111之間的幾何結(jié)構(gòu)，根據(jù)每個(gè)發(fā)射光源111的三維位置信息，計(jì)算全部發(fā)射光源111所構(gòu)成的幾何體的重心的三維位置信息，并將該重心的三維位置信息作為輸入設(shè)備110的三維位置信息。以圖10為例，3個(gè)LED光源LED1、LED2和LED3按照等邊三角形進(jìn)行放置，該等邊三角形的邊長為L,重心坐標(biāo)標(biāo)記為(Xg, Yg, Zg),三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息標(biāo)記為(α，β , γ ) DLED1、LED2和LED3的輸入光點(diǎn)在其成像中的圓心坐標(biāo)分別為(x1; Y1)、(x2, y2)和(x3，y3)，根據(jù)公式 Z = f (1/r, I)，以及 X = X ( λ -Ζ) / λ，Y = y ( λ -Ζ) / λ，分別計(jì)算獲得 LEDl、LED2和 LED3 的三維平動(dòng)位置信息(X1, Y1, Z1)、(X2, Y2, Z2)和(X3, Y3, Z3)。根據(jù) LEDU LED2 和LED3的成像中該等邊三角形的重心點(diǎn)與LEDl的連線的角度變化計(jì)算該等邊三角形的自
轉(zhuǎn)角度 Y，通過公式
權(quán)利要求
1.一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的方法，其中，所述輸入設(shè)備包括至少一個(gè)發(fā)射光源； 其中，該方法包括以下步驟: a由一個(gè)攝像頭拍攝所述發(fā)射光源的成像信息； b根據(jù)所述成像信息，檢測所述發(fā)射光源的輸入光點(diǎn)； c根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取所述輸入設(shè)備的三維位置信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述三維位置信息包括所述輸入設(shè)備的三維轉(zhuǎn)動(dòng)位置信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述步驟c包括: -根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的擬合曲線，獲取所述輸入設(shè)備的三維位置信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述 的方法，其中，所述輸入設(shè)備的三維位置信息包括所述輸入設(shè)備的三維平動(dòng)位置信息，所述預(yù)定的擬合曲線包括預(yù)定的距離擬合曲線； 其中，所述步驟c包括: -根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于所述預(yù)定的距離擬合曲線，確定所述輸入設(shè)備相對所述攝像頭的距離信息； -根據(jù)所述距離信息，以及所述輸入光點(diǎn)在所述成像信息的二維坐標(biāo)，獲取所述輸入設(shè)備的三維平動(dòng)位置信息。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，所述步驟c包括: -根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，通過查詢預(yù)定的光點(diǎn)屬性樣本表，獲取所述輸入設(shè)備的三維位置信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述步驟c包括: -根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，查詢預(yù)定的光點(diǎn)屬性樣本表，并通過樣本內(nèi)插算法，獲得所述輸入設(shè)備的三維位置信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述輸入設(shè)備的三維位置信息包括所述輸入設(shè)備的三維平動(dòng)位置信息，所述預(yù)定的光點(diǎn)屬性樣本表包括預(yù)定的光點(diǎn)屬性-距離樣本表； 其中，所述步驟c包括: cl根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于所述預(yù)定的光點(diǎn)屬性-距離樣本表，確定所述輸入設(shè)備相對所述攝像頭的距離信息； -根據(jù)所述距離信息，以及所述輸入光點(diǎn)在所述成像信息的二維坐標(biāo)，獲取所述輸入設(shè)備的三維平動(dòng)位置信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述步驟Cl包括: -根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于所述預(yù)定的光點(diǎn)屬性-距離樣本表，通過樣本內(nèi)插算法，確定所述距離信息。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述成像信息包括所述發(fā)射光源的多幀圖像； 其中，所述步驟c包括: -通過多幀平均算法，根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取所述輸入設(shè)備的三維位置信息。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述步驟C包括: -根據(jù)所述多幀圖像的每一個(gè)中所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，通過多幀平均算法，獲得平均光點(diǎn)屬性信息； -根據(jù)所述平均光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取所述輸入設(shè)備的三維位置信肩
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述步驟C包括: -根據(jù)所述多幀圖像的每一個(gè)中所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取所述多幀圖像中每一個(gè)所對應(yīng)的所述輸入設(shè)備的參考三維位置信息； -根據(jù)所述參考三維位置信息，通過多幀平均算法，獲得所述輸入設(shè)備的三維位置信 肩、O
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述成像信息包括所述發(fā)射光源在同一時(shí)刻的至少兩個(gè)圖像，其中，所述至少兩個(gè)圖像中的每一個(gè)分別屬于不同的分辨率等級； 其中，所述步驟b包括: -根據(jù)所述至少兩個(gè)圖像中屬于相對低分辨率等級的圖像，獲取所述輸入光點(diǎn)所對應(yīng)的候選區(qū)域； -根據(jù)所述至少兩個(gè)圖像中屬于相對高分辨率等級的圖像中的所述候選區(qū)域，獲取所述輸入光點(diǎn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述步驟b包括: -根據(jù)所述成像信息，獲取多個(gè)候選光點(diǎn)； -按照預(yù)定篩選條件，從所述多個(gè)候選光點(diǎn)中確定所述輸入光點(diǎn)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述預(yù)定篩選條件包括以下至少任一項(xiàng): -所述輸入光點(diǎn)為指定形狀； -所述輸入光點(diǎn)為指定顏色； -所述輸入光點(diǎn)的大小屬于預(yù)定范圍； -所述輸入光點(diǎn)的亮度值最大； -所述輸入光點(diǎn)的相應(yīng)屬性與所述發(fā)射光源的發(fā)光模式相符。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法,其中,所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息包括以下至少任一項(xiàng): -所述輸入光點(diǎn)的形狀； -所述輸入光點(diǎn)的大小； -所述輸入光點(diǎn)的亮度； -所述輸入光點(diǎn)的光分布特性； -與所述發(fā)射光源的發(fā)光模式相對應(yīng)的屬性。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項(xiàng)所述的方法,其中，所述輸入設(shè)備包括多個(gè)發(fā)射光源； 其中，所述步驟b包括: -根據(jù)所述成像信息，獲取所述多個(gè)發(fā)射光源所對應(yīng)的輸入光點(diǎn)組，其中，所述輸入光點(diǎn)組中的每一個(gè)輸入光點(diǎn)對應(yīng)所述多個(gè)發(fā)射光源之一； -檢測所述輸入光點(diǎn)組中的一個(gè)或多個(gè)輸入光點(diǎn)，以用于獲取所述多個(gè)發(fā)射光源中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息； 其中，在所述步驟C之后，該方法還包括: -根據(jù)所述多個(gè)發(fā)射光源中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息，確定所述輸入設(shè)備的三維位置信息。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述多個(gè)發(fā)射光源按照預(yù)定規(guī)則進(jìn)行配置，所述預(yù)定規(guī)則包括以下至少任一項(xiàng): -所述多個(gè)發(fā)射光源按照不同的光學(xué)特性進(jìn)行配置； -所述多個(gè)發(fā)射光源按照不同的發(fā)光模式進(jìn)行配置； -所述多個(gè)發(fā)射光源按照預(yù)定的幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行配置。
18.一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的系統(tǒng)，其中，該系統(tǒng)包括輸入設(shè)備和檢測設(shè)備，所述輸入設(shè)備包括至少一個(gè)發(fā)射光源，所述檢測設(shè)備包括一個(gè)攝像頭和至少一個(gè)處理裝置； 所述攝像頭用于拍攝所述發(fā) 射光源的成像信息； 其中，所述處理裝置用于: -根據(jù)所述成像信息，檢測所述發(fā)射光源的輸入光點(diǎn)； -根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取所述輸入設(shè)備的三維位置信息。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中，所述輸入設(shè)備包括多個(gè)發(fā)射光源； 其中，所述檢測所述發(fā)射光源的輸入光點(diǎn)的操作包括: -根據(jù)所述成像信息，獲取所述多個(gè)發(fā)射光源所對應(yīng)的輸入光點(diǎn)組，其中，所述輸入光點(diǎn)組中的每一個(gè)輸入光點(diǎn)對應(yīng)所述多個(gè)發(fā)射光源之一； -檢測所述輸入光點(diǎn)組中的一個(gè)或多個(gè)輸入光點(diǎn)，以用于獲取所述多個(gè)發(fā)射光源中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息； 其中，所述處理裝置還用于: -根據(jù)所述多個(gè)發(fā)射光源中一個(gè)或多個(gè)的三維位置信息，確定所述輸入設(shè)備的三維位置信息。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種用于檢測輸入設(shè)備的三維位置信息的方法與系統(tǒng)。其中，所述輸入設(shè)備包括至少一個(gè)發(fā)射光源；由一個(gè)攝像頭拍攝所述發(fā)射光源的成像信息；根據(jù)所述成像信息，檢測所述發(fā)射光源的輸入光點(diǎn)；根據(jù)所述輸入光點(diǎn)的光點(diǎn)屬性信息，基于預(yù)定的映射關(guān)系，獲取所述輸入設(shè)備的三維位置信息。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明僅通過一個(gè)攝像頭拍攝發(fā)射光源的成像信息，進(jìn)而獲取該發(fā)射光源所屬輸入設(shè)備的三維位置信息，降低了系統(tǒng)的硬件成本和計(jì)算復(fù)雜度。
文檔編號G06F3/0346GK103197773SQ201210004658
公開日2013年7月10日 申請日期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 申請人:西安智意能電子科技有限公司