專利名稱：基于紅外光點定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定位技術(shù)，特別涉及一種基于紅外光點定位方法。
背景技術(shù)：
隨著數(shù)字電視技術(shù)的發(fā)展，電腦與電視的結(jié)合越來越緊密，一臺數(shù)字電視機同時 包含有電腦的內(nèi)容，比如，可以上網(wǎng)瀏覽新聞、玩游戲等等。傳統(tǒng)的電視遙控器已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不 能滿足功能控制的需要。隨著新的傳感器和定位方式的發(fā)展，誕生了基于不同原理的空中定位方式。比如， 基于陀螺儀和加速度傳感器的空間定位、基于搖桿運動的光標(biāo)定位等等。通過紅外燈在光學(xué)感應(yīng)組件的成像位置實現(xiàn)定位是目前出現(xiàn)的較新定位方式，廣 泛應(yīng)用于電腦鼠標(biāo)光標(biāo)的定位以及3D游戲中角色的定位。目前主要的實現(xiàn)方式如下將光學(xué)傳感器安裝在遙控器、游戲手柄等移動控制設(shè)備上，紅外燈放在被控制設(shè) 備(如電腦、數(shù)字電視、機頂盒等)屏幕的周圍，通過移動控制設(shè)備(如遙控器、游戲手柄 等)的運動，光學(xué)傳感器拍攝到紅外光點的位置在不斷的變化，通過采集的紅外光點位置 或紅外光點位置及紅外光點間距離的變化，作為移動控制設(shè)備平面或空間定位的依據(jù)。通 過對這些紅外光點的位置變化的處理，得到光標(biāo)的定位。這種方法的缺點是由于光學(xué)傳感 器置于移動控制設(shè)備(如遙控器、游戲手柄等)上，需要在移動控制設(shè)備上進行定位算法和 信號處理等復(fù)雜信號處理過程，移動控制設(shè)備需要有強大的信號處理和分析模塊，這一方 面造成了移動控制設(shè)備產(chǎn)品成本的增加，另一方面使得移動控制設(shè)備功耗增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于紅外光點定位方法，該方法移動控制設(shè) 備成本低，功耗小。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的基于紅外光點定位方法采用的技術(shù)方案是，將被 控設(shè)備同光學(xué)傳感器相連，在移動控制設(shè)備上設(shè)置紅外燈，移動控制設(shè)備的運動使得所述 紅外燈的紅外光點在空間移動，光學(xué)傳感器將采集的紅外光點數(shù)據(jù)送到被控設(shè)備進行處理 實現(xiàn)移動控制設(shè)備定位。設(shè)置于移動控制設(shè)備上的紅外燈按照一固定的頻率開關(guān)。同被控設(shè)備相連的光學(xué)傳感器的掃描頻率同設(shè)置于移動控制設(shè)備上的紅外燈的 開關(guān)頻率相同，并且掃描的起始時刻為紅外燈開啟穩(wěn)定點亮狀態(tài)。移動控制設(shè)備上設(shè)置有至少一軸的運動傳感器，只有運動傳感器檢測到移動控制 設(shè)備在運動時，才開啟設(shè)置在移動控制設(shè)備上的紅外燈。當(dāng)運動傳感器檢測到移動控制設(shè)備在運動時，將運動傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給被控設(shè) 備，如果被控設(shè)備當(dāng)前未收到所述運動傳感器數(shù)據(jù)，則確定當(dāng)前移動控制設(shè)備定位無效。本發(fā)明的基于紅外光點定位方法，通過將紅外燈設(shè)置于移動控制設(shè)備，將光學(xué)傳 感器設(shè)置于被控設(shè)備端，移動控制設(shè)備的運動使得紅外燈的紅外光點在空間移動，光學(xué)傳
3感器采集到紅外光點數(shù)據(jù)后送到被控設(shè)備處理實現(xiàn)定位，使移動控制設(shè)備端的信息處理量 大大降低，有利于移動控制設(shè)備功耗控制和成本控制；通過按照一定的頻率間歇性的開啟 和關(guān)閉設(shè)置于移動控制設(shè)備的紅外燈，設(shè)置于被控設(shè)備端的光學(xué)傳感器采用同紅外燈開關(guān) 頻率相匹配的掃描頻率采集紅外光點，可以較好的保證定位的要求并且降低了因紅外燈產(chǎn) 生的功耗；通過在移動控制設(shè)備設(shè)置至少一軸的運動傳感器，分析目前移動控制設(shè)備的狀 態(tài)，只有當(dāng)移動控制設(shè)備處于運動狀態(tài)時才開啟紅外燈和其它部分的電路，當(dāng)移動控制設(shè) 備處于穩(wěn)定狀態(tài)下則關(guān)閉紅外燈和其它部分的電路，使功耗得到降低，同時只有當(dāng)移動控 制設(shè)備處于運動狀態(tài)時才將運動傳感器數(shù)據(jù)傳給被控設(shè)備，如果被控設(shè)備當(dāng)前未收到所述 運動傳感器數(shù)據(jù)，則確定當(dāng)前移動控制設(shè)備定位無效，從而可以增強定位的有效性和穩(wěn)定 性。


圖1是本發(fā)明的基于紅外光點定位方法一實施方式示意圖；圖2是中心法紅外光點定位示意圖；圖3是重心法紅外光點定位示意圖；圖4是本發(fā)明的基于紅外光點定位方法實施例一流程圖；圖5是本發(fā)明的基于紅外光點定位方法實施例二流程圖；圖6是利用運動傳感器數(shù)據(jù)控制紅外燈開關(guān)示意圖；圖7是光學(xué)傳感器掃描與紅外燈開關(guān)閃爍同步示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的基于紅外光點定位方法，一實施方式如圖1所示，將被控設(shè)備(如電腦、 數(shù)字電視、機頂盒等)同光學(xué)傳感器通過有線或無線的方式相連，在移動控制設(shè)備(如遙控 器、游戲手柄等)上設(shè)置一個或多個紅外燈，移動控制設(shè)備的運動使得所述紅外燈的紅外 光點在空間移動，光學(xué)傳感器將采集的紅外光點數(shù)據(jù)送到被控設(shè)備進行處理實現(xiàn)移動控制 設(shè)備平面和空間的定位。 所述光學(xué)傳感器上有一個濾光片，用以濾掉紅外特定波段以外的干擾光線。移動控制設(shè)備上還設(shè)置有至少一軸的運動傳感器(比如加速度傳感器)，只有運 動傳感器檢測到移動控制設(shè)備在運動時，才開啟設(shè)置在移動控制設(shè)備上的紅外燈及其它部 分的電路(比如無線通訊模塊等)，移動控制設(shè)備在靜止?fàn)顟B(tài)下，設(shè)置在移動控制設(shè)備上 的紅外燈及其它部分的電路被完全關(guān)閉，以減少不必要的功耗，只有運動傳感器檢測到移 動控制設(shè)備在運動時才將運動傳感器數(shù)據(jù)傳送給被控設(shè)備，用以對紅外光點數(shù)據(jù)進行補 償，濾除干擾的影響，如果被控設(shè)備當(dāng)前未收到所述運動傳感器數(shù)據(jù)，則確定當(dāng)前移動控制 設(shè)備定位無效，從而使使移動控制設(shè)備定位的穩(wěn)定性增強。被控設(shè)備對紅外光點數(shù)據(jù)進行處理實現(xiàn)移動控制設(shè)備平面和空間的定位，光點定 位算法采用重心法或中心法，移動控制設(shè)備與被控設(shè)備之間的距離可以用兩個紅外燈光點 之間的距離來推算，在光點平面定位的基礎(chǔ)上實現(xiàn)空間定位。工作狀態(tài)下，所述移動控制設(shè)備上的紅外燈按照一固定頻率進行開關(guān)切換，以在 滿足移動控制設(shè)備定位需要的前提下，適當(dāng)降低移動控制設(shè)備的功耗，比如，紅外燈開關(guān)頻率為100次/秒，其中每次紅外燈打開點亮?xí)r間為4ms，關(guān)閉熄滅時間為6ms。光學(xué)傳感器按照固定的頻率掃描紅外光點(注該掃描頻率應(yīng)該大于等于紅外燈 的開關(guān)頻率，比如300幀/秒)，如果掃描到紅外光點，需要經(jīng)過大小和形狀有效性判斷。比 如，光學(xué)傳感器像素為300X200，拍攝到的紅外光點大小需要滿足以下條件2000 < Fp < 20000Fp 紅外光點像素。如圖2所示，紅外光點形狀需要滿足以下條件I (Ymax-Ymin) - (Xmax-Xmin) | < 20Xmax 坐標(biāo)X上的紅外光點最大值，Xmin 坐標(biāo)X上的紅外光點最小值，Ymax 坐標(biāo)Y上的紅外光點最大值，Ymin 坐標(biāo)Y上的紅外光點最小值；滿足以上大小及形狀條件的紅外光點被保留下來，不滿足條件的紅外光點被濾 除。如果采集到有效的紅外光點，通過重心法或中心法得到紅外光點定位。重心法參考圖 3，通過以下公式得到紅外光點定位PositlX = (Pl (χ) +P2 (χ) +··· +Pn (χ) /nPositlY = (Pl(y) +P2 (y)+···+Pn (y) /nPositlX 紅外光點定位點坐標(biāo)X ；PositlY 紅外光點定位點坐標(biāo)Y ；Pl(x)、P2(x)、…、Pn(X)紅外光點中像素點坐標(biāo)X ；Pl(y)、P2(y)、…、Pn (y)紅外光點中像素點坐標(biāo)Y ；η:紅外光點中包含的像素點個數(shù)。中心法參考圖2，通過以下公式獲得紅外光點定位PositlX= (Xmax+Xmin)/2 ；PositlY= (Ymax+Ymin)/2 ；PositlX 紅外光點定位點坐標(biāo)X ；PositlY 紅外光點定位點坐標(biāo)Y ；Xmax 坐標(biāo)X上的紅外光點最大值；Xmin 坐標(biāo)X上的紅外光點最小值；Ymax 坐標(biāo)Y上的紅外光點最大值；Ymin 坐標(biāo)Y上的紅外光點最小值。如果移動控制設(shè)備上有2個及以上紅外燈且各紅外燈之間具有一定的距離，移動 控制設(shè)備與被控設(shè)備之間的距離遠(yuǎn)近可以通過這些紅外燈在光學(xué)傳感器成像紅外光點之 間的距離來計算，它們之間是滿足線性關(guān)系的，比如Dy = kDx,Dy 移動控制設(shè)備到被控設(shè) 備之間的距離，Dx:光學(xué)傳感器上紅外光點間的距離，k:比例系數(shù)。而Dx又可以通過以下 公式獲得Dx = ^(PositlX - PositlXf + (PositlY - PositlYfPositlX 紅外光點1定位點坐標(biāo)X ；PositlY 紅外光點1定位點坐標(biāo)Y ；
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Posit2X 紅外光點2定位點坐標(biāo)X ；Posit2Y 紅外光點2定位點坐標(biāo)Y。獲得以上紅外光點坐標(biāo)定位后，結(jié)合運動傳感器發(fā)送至被控設(shè)備的運動傳感器數(shù) 據(jù)和移動方向預(yù)測值，獲得最終的定位點。運動幅度的大小可以被運動傳感器采集到，根據(jù) 該數(shù)據(jù)的大小，比較通過以上方法獲得的紅外光點坐標(biāo)定位，分析以上定位是不是真實或 由其它光源干擾所致，如果紅外光點坐標(biāo)定位的變化幅度與運動傳感器獲得的數(shù)據(jù)一致， 則認(rèn)為是有效的定位數(shù)據(jù)，如果相差很遠(yuǎn)，作為干擾將其定位變化忽略或作相應(yīng)的補償。移 動方向預(yù)測在目前鼠標(biāo)定位中有一定的應(yīng)用，主要原理是根據(jù)以前若干次光點定位變化， 預(yù)測出下一次光點運動的方向和運動大小，在之后的光點掃描中，可以有效地縮小光點搜 索范圍，提高算法的效率。實施例一的具體流程如圖4所示。光學(xué)傳感器被控設(shè)備端1、同被控設(shè)備相連的光學(xué)傳感器按照一種固定的掃描速度(比如每秒300幀)掃 描外部紅外光點；2、判斷是否有紅外光點被掃描到，如果沒有，進行下一次掃描，如果發(fā)現(xiàn)紅外光 點，執(zhí)行步驟3;3、分析紅外光點的大小和形狀，滿足條件的紅外光點作為有效的紅外光點被保留 下來，不滿足條件的紅外光點被濾除。以免外部其它干擾光源對定位產(chǎn)生不利的影響；4、計算紅外光點平面定位位置(對于多紅外光點的情況，還要計算紅外光點間的 距離，以便分析移動控制設(shè)備與被控設(shè)備之間的遠(yuǎn)近距離，在相關(guān)游戲中可以實現(xiàn)空間的 定位)。比如通過計算每個紅外光點的重心位置確定為紅外光點的定位位置或通過計算紅 外光點的中心位置確定為紅外光點的定位位置等；5、獲取移動控制設(shè)備傳過來的運動傳感器數(shù)據(jù)，如果被控設(shè)備當(dāng)前未收到運動傳 感器數(shù)據(jù)，則確定本次紅外光點的定位無效，當(dāng)前移動控制設(shè)備定位無效，一旦確定紅外光 點的定位無效，將回到步驟1 ；如果被控設(shè)收到運動傳感器數(shù)，則確定本次紅外光點的定位 有效，執(zhí)行下面的步驟6;6、將運動傳感器數(shù)據(jù)、移動方向預(yù)測值(主要指一般的移動具有一定的趨勢性， 根據(jù)以前的運動規(guī)律估計下一次運動的方向和大小)等要素綜合后，補償目前紅外光點的 平面或空間定位，實現(xiàn)移動控制設(shè)備定位，并使移動控制設(shè)備定位更具穩(wěn)定性。移動控制設(shè)備端1、移動控制設(shè)備獲取運動傳感器數(shù)據(jù)；2、移動控制設(shè)備根據(jù)運動傳感器數(shù)據(jù)判斷是否有有效運動產(chǎn)生，如果確定移動控 制設(shè)備目前處于靜止?fàn)顟B(tài)，關(guān)閉設(shè)置于移動控制設(shè)備的紅外燈和其它相關(guān)電路(比如無 線通訊模塊等)，回到步驟1，如果確定移動控制設(shè)備處于運動狀態(tài)，開啟紅外燈和其它相 關(guān)電路(比如無線通訊模塊等)，紅外燈按照一定的頻率(比如100次/秒)開關(guān)閃爍， 如圖6所示；3、如果確定移動控制設(shè)備處于運動狀態(tài)，移動控制設(shè)備將獲得的運動傳感器數(shù)據(jù) 傳送給被控設(shè)備。實施例二的具體流程如圖5所示。
光學(xué)傳感器被控對象端1、光學(xué)傳感器以其最快的掃描速度(比如500幀/秒)進行掃描外部紅外光點， 如圖7所示；2、通過獲得的外部紅外燈閃爍信息，計算紅外燈開關(guān)的頻率、開啟和關(guān)閉的具體 時間；3、調(diào)整光學(xué)傳感器的掃描頻率與紅外燈開關(guān)頻率相同，并確定掃描的起始時間為 紅外燈開啟穩(wěn)定點亮狀態(tài)(比如如果把紅外燈點亮的時間分成3T等份，掃描時刻在紅外 燈點亮后的1/3T時刻左右)；4、光學(xué)傳感器按照調(diào)整后的掃描起點時間和掃描頻率進行掃描；5、分析在該掃描頻率下是否能夠掃描到有效的紅外光點，如果沒有，回到步驟1 重新進行光學(xué)傳感器掃描和紅外燈閃爍的同步處理，如果掃描到了有效的紅外光點，執(zhí)行 下面的步驟；6、計算紅外光點平面定位位置(對于多光點的情況，還要計算光點間的距離，以 便分析移動控制設(shè)備與被控設(shè)備之間的遠(yuǎn)近距離，在相關(guān)游戲中可以實現(xiàn)空間的定位)。主 要的方法有多種，比如通過計算每個紅外光點的重心位置確定為紅外光點的定位位置或通 過計算紅外光點的中心位置確定為紅外光點的定位位置等。7、被控設(shè)備獲取移動控制設(shè)備傳過來的運動傳感器數(shù)據(jù)，如果被控設(shè)備當(dāng)前未收 到運動傳感器數(shù)據(jù)，則確定本次紅外光點的定位移動無效，當(dāng)前移動控制設(shè)備定位無效，一 旦確定紅外光點的定位無效，將回到步驟1 ；如果被控設(shè)收到運動傳感器數(shù)，則確定本次紅 外光點的定位移動有效，執(zhí)行下面的步驟8 ；8、將運動傳感器數(shù)據(jù)、移動方向預(yù)測值(主要指一般的移動具有一定的趨勢性， 根據(jù)以前的運動規(guī)律估計下一次運動的方向和大小)等要素綜合后，補償目前紅外光點產(chǎn) 生的平面或空間定位，實現(xiàn)移動控制設(shè)備定位，并使移動控制設(shè)備定位更具穩(wěn)定性。移動控制設(shè)備端1、移動控制設(shè)備獲取運動傳感器數(shù)據(jù)；2、移動控制設(shè)備判斷是否有有效運動產(chǎn)生，如果確定移動控制設(shè)備目前處于靜止 狀態(tài)，關(guān)閉紅外燈和其它相關(guān)電路，回到步驟1，如果確定移動控制設(shè)備處于運動狀態(tài)，開啟 紅外燈和相關(guān)電路，紅外燈按照一定的頻率(比如100次/秒)的方式閃爍，如圖6所示；3、如果確定移動控制設(shè)備處于運動狀態(tài)，移動控制設(shè)備將獲得的運動傳感器數(shù)據(jù) 傳送給被控設(shè)備。實施例二與實施例一的區(qū)別在于光學(xué)傳感器掃描要與紅外燈的開關(guān)閃爍進行同 步，比如，紅外燈開關(guān)閃爍頻率為100次/秒，其中每次開關(guān)閃爍紅外燈開啟點亮?xí)r間為 4ms,關(guān)閉熄滅時間為6ms。光學(xué)傳感器在同步前按照其最大的掃描速度(比如500次/秒) 掃描外部紅外光點，當(dāng)掃到幾個有效紅外燈閃爍脈沖后，計算出紅外燈的閃爍頻率和開啟/ 關(guān)閉時間，之后按照與紅外燈的開關(guān)頻率相匹配的掃描速度進行同步掃描。本發(fā)明的基于紅外光點定位方法，通過將紅外燈設(shè)置于移動控制設(shè)備，將光學(xué)傳 感器設(shè)置于被控設(shè)備端，移動控制設(shè)備的運動使得紅外燈的紅外光點在空間移動，光學(xué)傳 感器將紅外光點數(shù)據(jù)采集處理后送到被控設(shè)備實現(xiàn)定位，使移動控制設(shè)備端的信息處理量 大大降低，有利于移動控制設(shè)備功耗控制和成本控制；通過按照一定的頻率間歇性的開啟
7和關(guān)閉設(shè)置于移動控制設(shè)備的紅外燈，設(shè)置于被控設(shè)備端的光學(xué)傳感器采用同紅外燈開關(guān) 頻率相匹配的掃描頻率采集紅外光點的位置，可以較好的保證定位的要求并且降低了因紅 外燈產(chǎn)生的功耗；通過在移動控制設(shè)備設(shè)置至少一軸的運動傳感器，分析目前移動控制設(shè) 備的狀態(tài)，只有當(dāng)移動控制設(shè)備處于運動狀態(tài)時才開啟紅外燈和其它部分的電路，穩(wěn)定狀 態(tài)下關(guān)閉紅外燈和其它部分的電路，使功耗得到降低，同時只有當(dāng)移動控制設(shè)備處于運動 狀態(tài)時才將運動傳感器數(shù)據(jù)傳給被控設(shè)備，如果被控設(shè)備當(dāng)前未收到所述運動傳感器數(shù) 據(jù)，則確定當(dāng)前移動控制設(shè)備定位無效，從而可以增強定位的有效性和穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
一種基于紅外光點定位方法，其特征在于，將被控設(shè)備同光學(xué)傳感器相連，在移動控制設(shè)備上設(shè)置紅外燈，移動控制設(shè)備的運動使得所述紅外燈的紅外光點在空間移動，光學(xué)傳感器將采集的紅外光點數(shù)據(jù)送到被控設(shè)備進行處理實現(xiàn)移動控制設(shè)備定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光點定位方法，其特征在于，設(shè)置于移動控制設(shè)備 上的紅外燈按照一固定的頻率開關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于紅外光點定位方法，其特征在于，同被控設(shè)備相連的光 學(xué)傳感器的掃描頻率同設(shè)置于移動控制設(shè)備上的紅外燈的開關(guān)頻率相同，并且掃描的起始 時刻為紅外燈開啟穩(wěn)定點亮狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光點定位方法，其特征在于，移動控制設(shè)備上設(shè)置 有至少一軸的運動傳感器，只有運動傳感器檢測到移動控制設(shè)備在運動時，才開啟設(shè)置在 移動控制設(shè)備上的紅外燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于紅外光點定位方法，其特征在于，移動控制設(shè)備上設(shè)置 有至少一軸的運動傳感器，當(dāng)運動傳感器檢測到移動控制設(shè)備在運動時，將運動傳感器數(shù) 據(jù)發(fā)送給被控設(shè)備，如果被控設(shè)備當(dāng)前未收到所述運動傳感器數(shù)據(jù)，則確定當(dāng)前移動控制 設(shè)備定位無效。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于紅外光點定位方法，通過將紅外燈設(shè)置于移動控制設(shè)備，將光學(xué)傳感器設(shè)置于被控設(shè)備端，移動控制設(shè)備的運動使得紅外燈的紅外光點在空間移動，光學(xué)傳感器采集紅外光點數(shù)據(jù)后送到被控設(shè)備處理實現(xiàn)定位，使移動控制設(shè)備端的信息處理量大大降低，有利于移動控制設(shè)備功耗控制和成本控制；通過按照一定的頻率間歇性的開啟和關(guān)閉設(shè)置于移動控制設(shè)備的紅外燈，設(shè)置于被控設(shè)備端的光學(xué)傳感器采用同紅外燈開關(guān)頻率相匹配的掃描頻率采集紅外光點，可以較好的保證定位的要求并且降低了因紅外燈產(chǎn)生的功耗。
文檔編號G06F3/033GK101923402SQ200910057410
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者喻應(yīng)東 申請人:鼎億數(shù)碼科技(上海)有限公司;鼎億公司