基于視覺控制的懸停和近距離跟蹤裝置及方法、電動玩具與流程

本發明涉及機器視覺控制技術領域，具體涉及基于視覺控制的懸停和近距離跟蹤裝置及方法、電動玩具。

背景技術：

操作不熟練的用戶，在第一次操作玩具直升機時，經常發生飛機一旦起飛即發生意外碰撞的事情，或者在著陸回收階段發生撞地情形，或者很難做到懸停在空中做空中偵查。懸停動作主要依賴操控人員的熟練操作，操作難度高。目前懸停多為被動控制，有些采用GPS定位方式，價格昂貴，抗干擾能力差；有些產品采用測距的方法，只能控制玩具直升機穩定在一定高度范圍內，但仍然會存在水平漂移。

此外，跟蹤技術目前主要有基于面部和眼睛的視覺控制技術，需要用戶在面對面的特定方位才能實現，無法實現身后跟蹤；有些采用GPS定位方式，無法在室內等GPS信號屏蔽環境進行；還有一種常見的基于無線電技術的跟蹤技術，系統復雜、成本較高，適宜于在較大范圍內粗略控制。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種用于電動玩具的懸停和近距離跟蹤裝置和方法，能夠自動實現玩具直升機等電動玩具穩定在一定的水平范圍內，解決了現有用戶操作不當造成玩具直升機碰撞損壞的問題；以及能夠實現在一定較小范圍內跟蹤移動目標的問題。

為實現上述目的，本發明提供了基于視覺控制的懸停和近距離跟蹤裝置，所述裝置包括圖像傳感器、視覺微處理器和運動微處理器，所述圖像傳感器連接至所述視覺微處理器，所述視覺微處理器和所述運動微處理器分別具有第一至第六輸出引腳和第一至第六輸入引腳，所述視覺微處理器的第一至第六輸出引腳分別連接至所述運動微處理器的第一至第六輸入引腳，所述運動微處理器連接至電動玩具控制單元的主控制器。

進一步地，所述運動微處理器有線連接至所述電動玩具控制單元的主控制器，所述圖像傳感器、所述視覺微處理器和所述運動微處理器集成安裝至電動玩具上。

進一步地，所述運動微處理器無線連接至所述電動玩具控制單元的主控制器，所述圖像傳感器、所述視覺微處理器和所述運動微處理器集成安裝至電動玩具上。

進一步地，所述視覺微處理器包括像素點矢量賦予單元、矢量信息分析單元、矢量疊加分析單元和運動軌跡形成單元，所述像素點矢量賦予單元、所述矢量信息分析單元、所述矢量疊加分析單元和所述運動軌跡形成單元依次連接，所述圖像傳感器與所述像素點矢量賦予單元連接，所述運動軌跡形成單元連接至所述視覺微處理器的第一至第六輸出引腳。

進一步地，所述裝置還包括姿態測量單元和姿態調整單元，所述姿態測量單元連接至所述姿態調整單元，所述姿態測量單元安裝至電動玩具上，所述姿態調整單元安裝至電動玩具控制單元內并與主控制器連接。

進一步地，所述姿態測量單元包括陀螺儀、加速度傳感器和磁力計，所述陀螺儀、所述加速度傳感器和所述磁力計分別連接至所述姿態調整單元。

本發明還提供了基于視覺控制的懸停和近距離跟蹤方法，所述方法包括：圖像傳感器獲取電動玩具或電動玩具周圍的圖像幀序列，并將獲取的圖像幀序列傳送給視覺微處理器；視覺微處理器對圖像幀序列進行處理獲得圖像中一個或多個物體運動軌跡或整幅畫面所有像素點的運動軌跡，并將獲取的運動軌跡轉化為電平信號后傳遞給運動控制微處理器；運動微處理器根據獲取的運動軌跡信號向電動玩具的主控制器發出控制指令，通過主控制器控制電動玩具的運動姿態和運動軌跡；其中，視覺微處理器對圖像幀序列進行處理獲得圖像中一個或多個物體運動軌跡或整幅畫面所有像素點的運動軌跡包括：像素點矢量賦予單元給圖像幀序列中的每幀圖像的每個像素點賦予一個位移速度矢量；矢量信息分析單元不間斷的分析圖像幀序列中前后兩幀圖像之間的每個像素點的位移速度矢量信息，并生成一個疊加的位移速度矢量信息包；矢量疊加分析單元持續地對疊加的位移速度矢量信息包做分析比對；和運動軌跡形成單元根據矢量疊加分析單元的分析比對結果獲得圖像中一個或多個物體運動軌跡或整幅畫面所有像素點的運動軌跡。

進一步地，所述視覺微處理器將一個或多個物體運動軌跡或整幅畫面所有像素點的運動軌跡轉換成電平信號后通過第一至第六輸出引腳輸出視覺微處理器，并通過第一至第六輸入引腳將電平信號輸入到運動控制微處理器。

進一步地，所述方法還包括：姿態測量單元對電動玩具懸停或運動的位置和姿態進行測算并將測量結果發送至姿態調整單元；姿態調整單元根據測算結果向電動玩具的主控制器發送姿態調整指令；和電動玩具的主控制器根據姿態調整指令對懸停或運動的位置和姿態進行保持或調整。

本發明還提供了一種電動玩具，所述電動玩具包括上述基于視覺控制的懸停和近距離跟蹤，進一步地，所述電動玩具優選玩具直升機或玩具電動車。

本發明具有如下優點：

本發明結構簡單，特別適合電動玩具直升機，在較低的成本下，實現比較復雜的功能，大大增加了電動玩具直升機的實用性和趣味性。

附圖說明

圖1是一種包括本發明公開的基于視覺控制的懸停和近距離跟蹤裝置的玩具直升機的結構框圖。

圖2是本發明公開的視覺微處理器的結構框圖。

圖3是本發明公開的基于視覺控制的懸停和近距離跟蹤方法的流程圖。

圖4是本發明公開的視覺微處理器對圖像幀序列進行處理獲得圖像中一個或多個物體運動軌跡或整幅畫面所有像素點的運動軌跡的流程圖。

圖5是本發明公開的電動玩具的主控制器基于姿態測量單元和姿態調整單元對懸停或運動的位置和姿態進行保持或調整的方法的流程圖。

具體實施方式

以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

實施例1

參考圖1，本實施例公開的一種包括本發明提供的基于視覺控制的懸停和近距離跟蹤裝置的玩具直升機包括：主機體01、控制單元02、姿態測量單元03、姿態調整單元22、圖像傳感器04、視覺微處理器05和運動微處理器06，主機體01包括連接有旋翼的第一至第四電機11、12、13和14，連接有旋翼的第一至第四電機11、12、13和14形成十字架構，控制單元02內安裝有主控制器21和姿態調整單元22，控制單元02的主控制器21與第一至第四電機11、12、13和14連接，第一至第四電機11、12、13和14與主控制器21之間分別設置有第一至第四電磁開關15、16、17和18，姿態測量單元03連接至姿態調整單元22，姿態調整單元22連接至主控制器21，圖像傳感器04、視覺微處理器05、運動微處理器06和主控制器21依次連接，視覺微處理器05和運動微處理器06分別具有第一至第六輸出引腳和第一至第六輸入引腳(圖中未示出)，視覺微處理器05的第一至第六輸出引腳分別連接至運動微處理器06的第一至第六輸入引腳。

本實施例中的圖像傳感器04、視覺微處理器05和運動微處理器06集成安裝至玩具直升機上，運動微處理器06有線或無線連接至玩具直升機控制單元02的主控制器21。

參考圖2，本實施例中的視覺微處理器05進一步包括像素點矢量賦予單元51、矢量信息分析單元52、矢量疊加分析單元53和運動軌跡形成單元54，像素點矢量賦予單元51、矢量信息分析單元52、矢量疊加分析單元53和運動軌跡形成單元54依次連接，圖像傳感器04與像素點矢量賦予單元51連接，運動軌跡形成單元54連接至視覺微處理器05的第一至第六輸出引腳(圖中未示出)。

參考圖3，本實施例中空開的基于視覺控制的懸停和近距離跟蹤方法包括：

S301：圖像傳感器獲取電動玩具周圍的圖像幀序列；

S302：將獲取的圖像幀序列傳送給視覺微處理器；

S303：視覺微處理器對圖像幀序列進行處理獲得圖像中一個或多個物體運動軌跡或整幅畫面所有像素點的運動軌跡；

S304：將獲取的運動軌跡轉化為電平信號后傳遞給運動控制微處理器；

S305：運動微處理器根據獲取的運動軌跡信號向電動玩具的主控制器發出控制指令；

S306：通過主控制器控制電動玩具的運動姿態和運動軌跡。

其中，參考圖4，視覺微處理器對圖像幀序列進行處理獲得圖像中一個或多個物體運動軌跡或整幅畫面所有像素點的運動軌跡包括：

S401：像素點矢量賦予單元給圖像幀序列中的每幀圖像的每個像素點賦予一個位移速度矢量；

S402：矢量信息分析單元不間斷的分析圖像幀序列中前后兩幀圖像之間的每個像素點的位移速度矢量信息；

S403：生成一個疊加的位移速度矢量信息包；

S404：矢量疊加分析單元持續地對疊加的位移速度矢量信息包做分析比對；

S405：運動軌跡形成單元根據矢量疊加分析單元的分析比對結果獲得圖像中一個或多個物體運動軌跡或整幅畫面所有像素點的運動軌跡。

進一步地，視覺微處理器將一個或多個物體運動軌跡或整幅畫面所有像素點的運動軌跡轉換成電平信號后通過第一至第六輸出引腳輸出視覺微處理器，并通過第一至第六輸入引腳將電平信號輸入到運動控制微處理器，其中，電平信號通過第一至第六輸出引腳和第一至第六輸入引腳可以以矩形波的形式發送至運動控制微處理器，第一輸出/輸入引腳、第二輸出/輸入引腳、第三輸出/輸入引腳、第四輸出/輸入引腳、第五輸出/輸入引腳和第六輸出/輸入引腳分別代表像素點位移速度矢量的一個正方向，例如，分別代表像素點位移速度矢量的正前方、正后方、正左方、正右方、正上方和正下方。

參考圖5，本實施例中的基于視覺控制的懸停和近距離跟蹤方法，還包括：

S501：姿態測量單元對電動玩具懸停或運動的位置和姿態進行測算；

S502：將測量結果發送至姿態調整單元；

S503：姿態調整單元根據測算結果向電動玩具的主控制器發送姿態調整指令；和

S504：電動玩具的主控制器根據姿態調整指令對懸停或運動的位置和姿態進行保持或調整。

綜上所述，本實施例中的基于視覺控制的懸停和近距離跟蹤方法，給圖像幀序列中的每幀圖像的每個像素點賦予一個位移速度矢量，沒有運動物體或整幅畫面靜止時，位移速度矢量是連續變化的，當有運動物體或整幅畫面移動時，位移速度矢量必然發生相對變化；不間斷的分析圖像幀序列中前后兩幀圖像之間的每個像素點的位移速度矢量信息，并生成一個疊加的位移速度矢量信息包，持續地對疊加的位移速度矢量信息包做分析比對，從而獲得獲得圖像中一個或多個物體運動軌跡或整幅畫面所有像素點的運動軌跡，隨即將運動軌跡轉換成電平信號輸出到輸入/輸出(I/O)引腳，把電平信號傳遞給運動微處理器，運動微處理器根據獲取的運動軌跡信號向電動玩具的主控制器發出控制指令，通過主控制器控制電動玩具的運動姿態和運動軌跡，從而完成轉向、加速、倒退、側移等動作。整個控制過程，并不影響普通圖像的采集、處理、存儲過程，也就是可以在開啟錄像功能的情況下，同時完成運動控制。

進一步地，如圖1所示，姿態測量單元03包括陀螺儀31、加速度傳感器32和磁力計33，陀螺儀31、加速度傳感器32和磁力計33分別連接至姿態調整單元22。姿態測量單元03對懸停及運動位置和姿態進行測算，姿態調整單元22根據根據測算結果對懸停及運動位置和姿態進行保持和調整，旋翼組成的十字架構配合加速度傳感器32和第一至第四電機11、12、13和14，可以控制旋翼偏轉，產生側向控制力，利用陀螺儀31對側向阻力和自身升力的合力進行軸向矯正，同時調整側向阻力的方向，以適合設備運行過程中，外界因素，比如：氣流、自重等對重力軸向的影響，就像蜂鳥在空中懸停時，要不斷調整翅膀揮動的方向和頭部前后的擺動來控制自身懸停一樣，甚至是倒退飛行。

雖然，上文中已經用一般性說明及具體實施例對本發明作了詳盡的描述，但在本發明基礎上，可以對之作一些修改或改進，這對本領域技術人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發明精神的基礎上所做的這些修改或改進，均屬于本發明要求保護的范圍。