專利名稱：基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于人機(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交
互系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)和應(yīng)用服務(wù)的不斷發(fā)展，人們對三維空間的無線感應(yīng)交互技術(shù)的需求已經(jīng)越來越迫切。特別是在數(shù)字家庭和交互游戲方面，傳統(tǒng)的遙控器已經(jīng)不能滿足用戶的需求，人們迫切需要可以提供手寫輸入和類鼠標(biāo)的強(qiáng)交互方式來取代傳統(tǒng)遙控器簡單的基于按鍵的輸入和控制方式。 目前研究的熱點(diǎn)主要有基于視頻識別的交互控制方式和基于重力感應(yīng)的控制方式?；谝曨l識別的交互控制方式通過對攝像頭獲得的圖像進(jìn)行分析和識別，根據(jù)圖像中物體的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡來對屏幕菜單和交互游戲進(jìn)行控制。該方式需要解決如何從具有相似顏色和形狀的背景環(huán)境中識別出控制物體以提高控制的準(zhǔn)確性?；谥亓Ω袘?yīng)的控制方式主要以任天堂的Wii游戲控制手柄為代表，主要采用重力感應(yīng)器獲取運(yùn)動(dòng)的方向和速度以實(shí)現(xiàn)交互游戲的控制。該方式成本較高并且主要用于需要大幅度動(dòng)作揮舞的交互游戲，不適用于屏幕菜單的控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)，用紅外攝像機(jī)捕獲紅外點(diǎn)光源的運(yùn)動(dòng)軌跡和位置，并采用三維空間點(diǎn)到屏幕的坐標(biāo)映射算法將控制點(diǎn)映射到屏幕相應(yīng)位置以實(shí)現(xiàn)對屏幕菜單的控制。
本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)是基于紅外感應(yīng)的三維空間無線交互技術(shù)，分為硬件和軟件2部分包括一個(gè)1024*728分辨率的紅外探測器和信號處理模塊構(gòu)成紅外攝像機(jī)，支持100HZ頻率上同時(shí)4點(diǎn)紅外追蹤；一個(gè)紅外LED發(fā)射裝置；以及一套自主研發(fā)的紅外追蹤軟件系統(tǒng)。硬件模塊與終端處理機(jī)相連，終端處理機(jī)上的紅外追蹤軟件系統(tǒng)處理紅外信號并對外提供統(tǒng)一接口供外部服務(wù)程序使用，可以實(shí)現(xiàn)手指追蹤、頭部追蹤、手勢控制、姿態(tài)控制等多種3D虛擬交互方式。 所述系統(tǒng)還包括基于紅外光點(diǎn)捕捉的三維空間點(diǎn)到屏幕的坐標(biāo)映射方法實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)映射，該方法的步驟如下 al.在紅外攝像機(jī)前端的紅外點(diǎn)光源發(fā)射出紅外光；
a2.紅外攝像機(jī)以100HZ的頻率接收紅外光并成像； a3.根據(jù)紅外成像圖像上的光強(qiáng)度計(jì)算出強(qiáng)度最大的點(diǎn)作為中心控制點(diǎn)在圖像上的坐標(biāo)； a4.根據(jù)紅外攝像機(jī)的分辨率和屏幕的分辨率進(jìn)行等比例的映射計(jì)算出中心控制點(diǎn)在屏幕上所對應(yīng)的位置；
a5.對坐標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行平滑處理； a6.調(diào)用操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口發(fā)送鼠標(biāo)事件將鼠標(biāo)定位到對應(yīng)的位置； 其中，步驟a3中所述的中心控制點(diǎn)坐標(biāo)采用折半查找算法根據(jù)紅外光強(qiáng)計(jì)算得出。 系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要以100HZ或小于100HZ的頻率不斷地檢測控制點(diǎn)紅外點(diǎn)光源的位置改變，并不斷的使用該算法對鼠標(biāo)進(jìn)行重新繪制，便可以實(shí)現(xiàn)紅外控制點(diǎn)與屏幕鼠標(biāo)的聯(lián)動(dòng)。 其中該紅外攝像機(jī)同時(shí)支持四個(gè)紅外光點(diǎn)的捕獲，可以通過計(jì)算四個(gè)控制點(diǎn)的相對運(yùn)動(dòng)軌跡，來實(shí)現(xiàn)拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作。 系統(tǒng)利用遙控器上面的按鍵發(fā)送相應(yīng)的單擊或雙擊事件便可以完成對屏幕上的菜單控件的控制。 本發(fā)明具有以下有益效果
(1)系統(tǒng)硬件成本較低。 (2)在室內(nèi)環(huán)境中基本不存在其它紅外光源對控制紅外點(diǎn)的干擾，可以很容易的檢測出紅外控制點(diǎn)的位置，所以該系統(tǒng)識別和控制的精確度較高。 (3)系統(tǒng)非常適合于在數(shù)字家庭中的應(yīng)用，可以擴(kuò)展傳統(tǒng)遙控器的功能，實(shí)現(xiàn)三維空間中的電視菜單控制和家居控制，提供媒體墻、交互游戲和電子白板等應(yīng)用。


下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述 圖1是本發(fā)明實(shí)施例基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理 圖2是本發(fā)明實(shí)施例基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)的軟件架構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
圖1和圖2所示為本發(fā)明的實(shí)施例。如圖1所示，本實(shí)施例基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)包括一個(gè)1024*728分辨率的紅外探測器和信號處理模塊構(gòu)成紅外攝像機(jī)，紅外攝像機(jī)以100HZ的頻率接收紅外光并成像，支持100HZ頻率上同時(shí)4點(diǎn)紅外追蹤。
系統(tǒng)還包括一個(gè)紅外LED發(fā)射裝置，用于發(fā)射出紅外光。 系統(tǒng)還包括一套自主研發(fā)的紅外追蹤軟件系統(tǒng)，用于處理紅外信號并對外提供統(tǒng)一接口供外部服務(wù)程序使用，可以實(shí)現(xiàn)手指追蹤、頭部追蹤、手勢控制、姿態(tài)控制等多種3D虛擬交互方式。軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于紅外光點(diǎn)捕捉的三維空間點(diǎn)到屏幕的坐標(biāo)映射方法。
如圖1所示，本實(shí)施例基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法如下
1)在紅外攝像機(jī)前端的紅外點(diǎn)光源發(fā)射出紅外光；
2)紅外攝像機(jī)以100HZ的頻率接收紅外光并成像； 3)根據(jù)紅外成像圖像上的光強(qiáng)度計(jì)算出強(qiáng)度最大的點(diǎn)作為中心控制點(diǎn)在圖像上的坐標(biāo)； 4)根據(jù)紅外攝像機(jī)的分辨率和屏幕的分辨率進(jìn)行等比例的映射計(jì)算出中心控制點(diǎn)在屏幕上所對應(yīng)的位置； 5)對坐標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行平滑處理；
4
6)調(diào)用操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口發(fā)送鼠標(biāo)事件將鼠標(biāo)定位到對應(yīng)的位置。
該系統(tǒng)的軟件架構(gòu)如圖2所示，各層的詳細(xì)功能如下 用戶界面層主要為用戶提供該應(yīng)用系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置界面以及進(jìn)行鼠標(biāo)定位； 控制層主要將界面收集到的相關(guān)參數(shù)傳遞到業(yè)務(wù)層，獲取業(yè)務(wù)層的處理結(jié)果，將結(jié)果反映到用戶界面層以進(jìn)行用戶視圖的控制。 業(yè)務(wù)層主要進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯的處理，位置計(jì)算以及坐標(biāo)映射的相關(guān)算法主要在該層實(shí)現(xiàn)。 系統(tǒng)底層接口 主要是操作系統(tǒng)接口以控制鼠標(biāo)定位，以及紅外攝像機(jī)的驅(qū)動(dòng)程序和開發(fā)工具包，為業(yè)務(wù)層獲取系統(tǒng)的相關(guān)信息和進(jìn)行操作控制提供接口 。
權(quán)利要求
一種基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)，包括一個(gè)1024*728分辨率的紅外探測器和信號處理模塊構(gòu)成紅外攝像機(jī)，支持100HZ頻率上同時(shí)4點(diǎn)紅外追蹤、一個(gè)紅外LED發(fā)射裝置和一套自主研發(fā)的紅外追蹤軟件系統(tǒng)。硬件模塊與終端處理機(jī)相連，終端處理機(jī)上的紅外追蹤軟件系統(tǒng)處理紅外信號并對外提供統(tǒng)一接口供外部服務(wù)程序使用，可以實(shí)現(xiàn)手指追蹤、頭部追蹤、手勢控制、姿態(tài)控制等多種3D虛擬交互方式。該系統(tǒng)基于紅外光點(diǎn)捕捉的三維空間點(diǎn)到屏幕的坐標(biāo)映射方法實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)映射，該方法的步驟如下a1.在紅外攝像機(jī)前端的紅外點(diǎn)光源發(fā)射出紅外光；a2.紅外攝像機(jī)以100HZ的頻率接收紅外光并成像；a3.根據(jù)紅外成像圖像上的光強(qiáng)度計(jì)算出強(qiáng)度最大的點(diǎn)作為中心控制點(diǎn)在圖像上的坐標(biāo)；a4.根據(jù)紅外攝像機(jī)的分辨率和屏幕的分辨率進(jìn)行等比例的映射計(jì)算出中心控制點(diǎn)在屏幕上所對應(yīng)的位置；a5.對坐標(biāo)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行平滑處理；a6.調(diào)用操作系統(tǒng)應(yīng)用程序接口發(fā)送鼠標(biāo)事件將鼠標(biāo)定位到對應(yīng)的位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)，其特征在于步驟a3中所述的中心控制點(diǎn)坐標(biāo)采用折半查找算法根據(jù)紅外光強(qiáng)計(jì)算得出。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需要以100HZ或小于100HZ的頻率不斷地檢測控制點(diǎn)紅外點(diǎn)光源的位置改變，并不斷的使用該算法對鼠標(biāo)進(jìn)行重新繪制，便可以實(shí)現(xiàn)紅外控制點(diǎn)與屏幕鼠標(biāo)的聯(lián)動(dòng)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)，其特征在于系統(tǒng)利用遙控器上面的按鍵發(fā)送相應(yīng)的單擊或雙擊事件便可以完成對屏幕上的菜單控件的控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)，其特征在于該紅外攝像機(jī)同時(shí)支持四個(gè)紅外光點(diǎn)的捕獲，可以通過計(jì)算四個(gè)控制點(diǎn)的相對運(yùn)動(dòng)軌跡，來實(shí)現(xiàn)拉伸、旋轉(zhuǎn)等操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于紅外光運(yùn)動(dòng)捕捉的無線感應(yīng)交互系統(tǒng)，包括基于紅外光點(diǎn)捕捉的三維空間點(diǎn)到屏幕的坐標(biāo)映射方法，該系統(tǒng)采用紅外攝像頭捕獲紅外光點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)軌跡，然后通過映射算法定位到屏幕上的對應(yīng)的位置，對屏幕上的控件進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了一種新型的三維空間無線感應(yīng)交互系統(tǒng)。該發(fā)明擴(kuò)展了傳統(tǒng)的基于遙控器的簡單控制方式，實(shí)現(xiàn)了三維空間中對屏幕圖像的類似鼠標(biāo)的交互控制?；谠摻换ハ到y(tǒng)，可以對屏幕菜單進(jìn)行手勢控制和姿態(tài)控制，加入手寫識別模塊之后可以實(shí)現(xiàn)手寫輸入。該系統(tǒng)非常適合于在數(shù)字家庭中的應(yīng)用，可以擴(kuò)展傳統(tǒng)遙控器的功能，實(shí)現(xiàn)三維空間中的電視菜單控制和家居控制，提供媒體墻、交互游戲和電子白板等應(yīng)用。
文檔編號H04N5/33GK101794171SQ20101010405
公開日2010年8月4日 申請日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者王星杰, 耿濤, 陳任, 陳君暉, 陳欽, 馬晨 申請人:廣州酷智電子科技有限公司