一種基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)及其方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)及其方法，包括普通攝像頭和閾值比較模塊，亮點發(fā)生器，控制模塊。所述攝像頭連接控制模塊；其中亮點發(fā)生器可以是激光點或者其他亮點，控制模塊有單片機和運動控制部分。攝像頭至少為一個，可隨閾值比較模塊和控制模塊在一起也可不在一起；所述亮點可以一個或多個，均可以被攝像頭捕捉到。本發(fā)明公開的亮點追蹤系統(tǒng)簡單高效可靠地實現(xiàn)了攝像頭對亮點的識別，運動系統(tǒng)追蹤亮點的功能，避免了利用復(fù)雜的圖像處理算法，同時降低了系統(tǒng)開發(fā)成本，還容易實現(xiàn)動態(tài)亮點識別和亮點繪圖等多種高級功能，作為人機交互的一種新狀態(tài)。
【專利說明】一種基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到基于攝像頭軟件驅(qū)動，單片機應(yīng)用集成電路，電機硬件驅(qū)動，屬于攝像頭識別，運動控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代生活中，一方面人們所用的各種遙控玩具車，都是基于RF射頻或有線手拿遙控手柄來實現(xiàn)控制的，從而在用戶不運動下即可實現(xiàn)對玩具或設(shè)備的使用；另一方面一般目標追蹤依賴圖像識別算法；其他，在人機交互方面上一般都要使用鍵盤，鼠標，觸摸屏等隨著手接觸使之運動而與機器交換信息。
[0003]上述情況導(dǎo)致了以下幾個方面的問題:(I)用戶往往由于不小心或粗心或隨意放置遙控器，使得真正使用時控制器難以找到，給使用增添了麻煩；而且有些小孩子不會使用遙控器，或者不情愿用，同時還想和玩具進行交互，這時就會產(chǎn)生麻煩；(2)已有的目標追蹤基于攝像頭的部要有很復(fù)雜的算法，軟件成本往往加大；(3)再做一些人機交互時，比如說講臺講課或者離著設(shè)備較遠等情況時，無法接觸一些傳統(tǒng)輸入設(shè)備時，同樣會產(chǎn)生麻煩。在這些情況下，產(chǎn)生了一些新的想法和一些制作，這個發(fā)明就可以應(yīng)用在激光點運動產(chǎn)生一些新的輸入狀態(tài)，然后讓這些輸入狀態(tài)與原有傳統(tǒng)輸入設(shè)備相聯(lián)系。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明公開了一種基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括普通攝像頭和閾值比較模塊，亮點發(fā)生器，控制模塊。所述攝像頭連接控制模塊；其中普通攝像頭是模擬或數(shù)字攝像頭，亮點發(fā)生器可以是激光點或者其他亮點，控制模塊有單片機和運動控制部分。攝像頭為至少一個，可隨閥值比較模塊和控制模塊在一起也可不在一起；所述亮點可以一個或多個，均可以被攝像頭捕捉到。
[0005]基于攝像頭設(shè)備實現(xiàn)對亮點的識別功能，并有隨動系統(tǒng)，由于發(fā)出亮點的設(shè)備，包括手電筒，手機，激光筆是日常生活中人們常用的電子裝置，可以免除了尋找遙控的尷尬，并且還會有一些紐扣似的亮點發(fā)生器，可穿戴，便于兒童穿戴玩耍。本發(fā)明的系統(tǒng)容易攝像頭識別功能，大大降低開發(fā)成本。同時本發(fā)明的系統(tǒng)可以實現(xiàn)一種新的交互方式，并可以依據(jù)売點的運動狀態(tài)實現(xiàn)一些鼠標和鍵盤輸入功能。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)，包括普通攝像頭和閥值比較模塊，亮點發(fā)生器，控制模塊。攝像頭至少為一個，可隨閾值比較模塊和控制模塊在一起也可不在一起；所述亮點至少Iv，均可以被攝像頭捕捉到。之后有運動系統(tǒng)跟隨運動。
[0008]上述系統(tǒng)的工作原理是:亮點在攝像頭識別范圍時，攝像頭受到MCU指令控制，發(fā)出每個像素點的顏色信息，隨后和比較模塊的閾值進行比較，MCU系統(tǒng)記錄比較模塊輸出的O或1，然后在通過算法控制運動系統(tǒng)運動，原理圖見附圖1。
[0009]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以認為，為了使運動系統(tǒng)運動或者軟件描繪圖像運動狀態(tài)，需要在MCU或者其他PC嵌入式系統(tǒng)中安裝對應(yīng)的軟件的操作代碼模塊。
[0010]進一步的，為了實現(xiàn)類似于鍵盤的輸入功能，鼠標等傳統(tǒng)設(shè)備的輸入方式，改進后的系統(tǒng)上還需裝有亮點運動描繪軟件或算法，不同的運動狀態(tài)對應(yīng)著不同的傳統(tǒng)輸入方式的編碼。通過按照預(yù)先定義好的規(guī)則將運動狀態(tài)進行編碼，例如使用光點向右移動一段距離代表鼠標輸入左鍵所對應(yīng)的編碼等，此種對應(yīng)關(guān)系預(yù)先設(shè)置在系統(tǒng)中。
[0011]上述改進結(jié)構(gòu)的工作原理是:從攝像頭識別到亮點運動信號，MCU開始記錄運行軌跡，軟件算法中根據(jù)運行軌跡匹配輸入指令。這樣來實現(xiàn)亮點遙控輸入功能。
[0012]基于上述系統(tǒng)，本發(fā)明還公開了基于攝像頭的光點跟隨電機控制的方法，包括下述步驟:
[0013](I)MCU獲取攝像頭中光點在所有像素點中的位置,例如320*240像素,亮點位置在(130，120)的像素點上；
[0014](2)計算亮點所在像素點與原點的相對位胃信息，例如定義原點在(160，0)的像素點上，于是偏差為(-30，120)，X所對應(yīng)的負的代表在左半平面，車應(yīng)向左運動，正的反之，所對應(yīng)的是距離，越大運動速度應(yīng)越快，詳情見附圖2。另外一種方法是計算偏差角度和距原點的距離，也就是會有一個極坐標概念，例如偏差所得到后計算X/Y = -0.25，半徑124，詳情見附圖3。
[0015](3)運動可以是舵機控制方向，或者是雙電機差速運動方向控制，根據(jù)(2)所述得到的信息給舵機不同頻率控制或者兩電機不同PWM控制，隨后實時控制，運動系統(tǒng)跟蹤光點。
[0016]通過上述過程，即可將亮點作為一種輸入位置的運動系統(tǒng)進行跟蹤操作，實現(xiàn)實時運動跟蹤控制操作。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]通過參照附圖更詳細地描述本發(fā)明的示例性實施例，本發(fā)明的以上和其它方面及優(yōu)點將變得更加易于清楚，在附圖中:
[0018]圖1為本發(fā)明的基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)原理示意圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的亮點與原點的相對位置笛卡爾坐標示意圖。
[0020]圖3為本發(fā)明的亮點與原點的相對位置極坐標示意圖。
【具體實施方式】
[0021]在下文中，現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了各種實施例。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實施，且不應(yīng)該解釋為局限于在此闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底和完全的，并將本發(fā)明的范圍充分地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0022]在下述實施例及附圖中， 申請人:提供了具有一個攝像頭，一個亮點，一套控制系統(tǒng)的示例，采用其他數(shù)目或在其他位置上任意安裝攝像頭和亮點發(fā)生器都是可行的，依據(jù)
【發(fā)明內(nèi)容】
。
[0023]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，對于整個系統(tǒng)而言，其亮點發(fā)生器部件可為手機手電筒，激光筆，可穿戴式鈕扣光點發(fā)生器(可夾在鞋上等)；攝像頭就為普通的攝像頭；MCU，比較器，電機驅(qū)動等都用市場上比較成熟的電子元件搭建而成。
[0024]根據(jù)目前的技術(shù)現(xiàn)狀，通常可以應(yīng)用本發(fā)明的主機是高級兒童玩具，智能家居系統(tǒng)，智能識別系統(tǒng)，但是隨著人們生活的發(fā)展，在其它需要有人機交互輸入的產(chǎn)品上，應(yīng)用本發(fā)明的系統(tǒng)也是可行的。
[0025]參考圖1，本發(fā)明的基于攝像頭的亮點追蹤的硬件原理系統(tǒng)，在主板上安裝有圖像處理比較模塊，一個微控制器和一個電機驅(qū)動模塊，另外還有一個傳感部分的攝像頭，固定或者不固定均可。
[0026]參考圖2，本發(fā)明的系統(tǒng)的運動追蹤控制方法，如圖根據(jù)亮點位置的笛卡爾坐標系來計算輸出兩電機驅(qū)動PWM值，使之進行實時跟蹤運動。絕對原點如圖，相對原點在(I60，O)的像素點上，定位相對位置(0，O)，于是偏差為(-30，120)，也就是相對位置。X所對應(yīng)的負的代表在左半平面，車應(yīng)向左運動，正的反之；1-所對應(yīng)的是距離，越大運動速度應(yīng)越快。
[0027]參考圖3，本發(fā)明的系統(tǒng)的運動追蹤控制方法，另外一種方法是計算極坐標，引入極坐標概念，如圖示意偏差所得到后計算Χ/Υ = -0.25，半徑124。之后原理和上述參考圖2類似。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的實施例而已，并不用于限制本發(fā)明。本發(fā)明可以有各種合適的更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍 之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括普通攝像頭和閾值比較模塊，亮點發(fā)生器，控制模塊；所述攝像頭連接控制模塊；其中普通攝像頭是模擬或數(shù)字攝像頭，亮點發(fā)生器可以是激光點或者其他亮點，控制模塊有單片機和運動控制部分；攝像頭為至少一個，可隨閾值比較模塊和控制模塊在一起也可不在一起；所述亮點可以一個或多個，均可以被攝像頭捕捉到。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)，其特征在于:其中普通攝像頭是模擬或數(shù)字攝像頭；攝像頭、閾值比較模塊、控制模塊安裝在一起，同時進行運動，或者攝像頭固定在一位置上，其他的在一起運動；亮點發(fā)生器可以單獨安裝在便攜手持或穿戴設(shè)備上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述閾值比較模塊既可以是數(shù)字比較電路也可以是模擬比較電路，用于比較數(shù)字攝像頭或者模擬攝像頭發(fā)出的像素點的顏色數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述亮點可以一個或多個，均可以被攝像頭捕捉到，且可根據(jù)控制模塊相應(yīng)軟件參數(shù)調(diào)整追蹤哪一個或那一部分亮點。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)，其特征在于所述根據(jù)捕捉后的亮點，可以調(diào)節(jié)運動速度。
6.一種基于攝像頭的亮點追蹤系統(tǒng)的方法，其特征在于包括下述步驟:(I)亮點持續(xù)的發(fā)出光亮且在攝像頭照射范圍內(nèi)，安裝在主控制板上的攝像頭接收亮點信號；(2)攝像頭模塊根據(jù)控制模塊初始化信息，輸出各像素點顏色數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)隨后進入比較模塊和閾值比較，輸出I或O ; (3)MCU記錄這些O、I值，經(jīng)過簡潔算法確定亮點位置坐標；(4)根據(jù)其位置坐標，設(shè)定運動狀態(tài)。
【文檔編號】G06K9/00GK103472825SQ201310388492
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月23日
【發(fā)明者】黃涌, 高懷志, 薛源 申請人:黃涌