CN100555405C - 用于远场图像绝对导航感测的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于远场图像导航感测的方法和系统。该方法包括将来自远程信标的图像预处理成灰度级和等值数据。缓冲所述图像的包括灰度级和等值数据的多个帧。从经过缓冲的帧重建信标图像，经过缓冲的帧包括与信标图像有关的模糊数据。从经过缓冲的帧测量信标的位置。分析模糊数据以生成模糊矢量。处理信标位置和模糊矢量以生成基于信标的导航信息。

Description

用于远场图像绝对导航感测的方法和系统
技术领域
本发明一般涉及电子学领域。更具体地说，本发明的实施例涉及图像导航感测。
背景技术
诸如电视(TV)和计算机化装置之类的电子媒介具有许多现代功能。这些功能中最为人所熟悉的是教育和娱乐。TV显示的电子游戏已成为这些媒介的非常流行并且商业上成功的典型，并且在满足这些功能方面相当有效。
为了利用光源的对比，一些基于TV的电子游戏被在黑暗或者部分照亮的环境中使用。游戏玩家例如可以舒服地坐在睡椅、座椅、垫子或地毯上并且使用远程控制设备来与电子游戏交互，这些电子游戏穿过黑暗的房间在他们的电视上向他们显示。
一些远程控制游戏接口包括照相机设备，其感测远程控制单元相对于TV屏幕的相对位置。这向控制游戏的处理器提供了相对位置输入。在这样的游戏形式中，TV屏幕的相对亮度为获得该输入提供了有效导航信标(beacon)。
如果游戏玩家(例如用户)移动远程控制单元，则其照相机“看见”它所瞄准的图像似乎在移动，从而感测相对于TV屏幕信标的外观移动。游戏控制器按照像素和时间单位对来自照相机设备的有关输入进行转换。但是，由游戏玩家所进行的远程控制单元的快速移动可能稍微有些问题。在远程控制设备的快速移动的情况下，连续的帧之间难以用矢量信息进行计算。
因此，游戏控制器所使用的连续相关算法和有关过程可能难以用TV屏幕作为其信标而实现自由空间中的高速绝对位置感测。因为即使在远程控制单元被返回到其最初位置的情况下，计算过程中的错误也会阻碍控制台将TV屏幕图像返回到控制台的中心，因此可能失去同步。这常常与用户的预期相反并且可能不利地影响用户的游戏经历。
发明内容
本发明公开了一种用于远场图像导航感测的方法和系统。该方法包括将来自远程信标的图像预处理成灰度级和等值(contour)数据。缓冲所述图像的包括灰度级和等值数据的多个帧。从经过缓冲的帧重建信标图像，经过缓冲的帧包括与信标图像有关的模糊数据。从经过缓冲的帧测量信标的位置。分析模糊数据以生成模糊矢量。处理信标位置和模糊矢量以生成基于信标的导航信息。
附图说明
图1示出了根据本发明一种实施例的用于远场图像导航感测的示例性方法的流程图。
图2示出了根据本发明一种实施例的用于远场图像导航感测的基于计算机的示例性系统。
图3示出了根据本发明一种实施例的用于远场图像导航感测的另一示例性系统。
具体实施方式
下面描述用于远场图像导航感测的方法和系统的示例性实施例。现在将详细参考本发明的实施例，其示例在附图中示出。虽然将结合下面的实施例来描述本发明，但是应当明白它们不是要将本发明限制为仅仅这些实施例。相反，本发明希望覆盖包括在本发明的由所附权利要求书所限定的精神和范围内的替换、修改和等同形式。
此外，在下面对本发明的示例性实施例的详细描述中，给出许多具体细节以提供对本发明的全面理解。但是，本领域普通技术人员将会认识到，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在其他示例中，公知的设备、方法、系统、过程、工序、元件、电路和装置、协议、标准等未被详细描述，免得不必要地模糊本发明的技术方案。
下面的部分详细描述是按照过程来给出和讨论的。虽然在这里描述该过程(例如过程10)的操作的流程图(例如图1)中公开了多个框及其排序，但是这样的框和排序是示例性的。除了这里另外所描述的之外，本发明的实施例也非常适于执行各种其他的框或者这里的图的流程图中所描述的框的变体，并且以不同于这里所示出和描述的顺序、次序等来执行。
在一个实施例中，利用基于计算机的系统来执行远场图像导航感测的过程。在各种实施例中，用于执行远场图像导航感测过程的装置包括各种计算机和成像系统、设备、装置和通信媒介(包括但不限于照相机或其他图像捕获设备，电视和/或计算机监视器，无线和/或有线媒介)，并且包括软件、硬件、固件和/或其组合。在一个实施例中，利用计算机在计算机可读代码的控制下执行这样的过程，所述计算机可读代码在计算机可读介质上(例如在计算机可读介质内)编码。
本发明的实施例涉及用于远场图像导航感测的方法和系统。在一个实施例中，一种用于远场图像导航感测的方法包括将来自远程信标的图像预处理成灰度级和等值数据。对所述图像的包括灰度级和等值数据的多个帧进行缓冲。从经过缓冲的帧重建信标图像，经过缓冲的帧包括与信标图像有关的模糊数据。从经过缓冲的帧测量信标的位置。分析模糊数据以生成模糊矢量。处理信标位置和模糊矢量以生成基于信标的导航信息。
因此，即使在例如由游戏玩家所进行的远程控制单元的快速移动的情况下，也可以在连续的帧之间实现具有矢量信息的导航感测，而这在利用传统方法的情况下可能稍微有些问题。游戏控制器可以克服传统的困难，从而在自由空间中例如使用TV屏幕作为信标而实现高速绝对位置感测。在远程控制单元被返回到最初位置的情况下，因为计算过程中的错误减少，所以同步得以保持，而所述错误以往会妨碍控制台将TV屏幕图像返回到控制台的中心。因此，本发明的实施例符合典型的用户预期并且提升了用户的游戏经历。
示例性方法
图1示出了根据本发明一种实施例的用于远场图像导航感测的示例性方法10的流程图。方法10开始于框11，在框11中，来自远程信标的图像被预处理成灰度级和等值数据。
在一个实施例中，远程信标包括电视(TV)屏幕。在一个实施例中，远程信标包括计算机监视器。在一个实施例中，远程信标的图像被高速照相机或者类似的图像捕获设备所捕获。
在框12中，对图像的包括灰度级和等值数据的多个帧进行缓冲。在框13中，从经过缓冲的帧重建信标图像，经过缓冲的帧包括与信标图像有关的模糊数据。
在框14中，从经过缓冲的帧测量信标的位置。在框15中，分析模糊数据以生成模糊矢量。在框16中，处理信标位置和模糊矢量以生成基于信标的导航信息。
在框17中，将导航信息发送到远程设备。各种实施例中的发送通过无线和/或有线媒介来进行。在可选的框18中，基于导航信息执行控制功能。控制功能可用于对例如在远程监视器上显示的电子游戏进行控制。
示例性系统
图2示出了根据本发明一种实施例的用于远场图像导航感测的基于计算机的示例性系统200。来自诸如TV屏幕或者计算机监视器之类的远程信标的图像被图像捕获器202所捕获，图像捕获器202可以包括高速照相机或者类似的图像捕获设备。图像捕获器202向系统202提供信标图像输入。
系统200包括接收信标图像的灰度级和等值处理器203。灰度级和等值处理器203将来自图像捕获器202的远程信标201的图像输入处理成灰度级和等值数据。图像的包括与其相关联的灰度级和等值数据的多个帧被用缓冲器204缓冲。
图像重建器205从包括模糊数据的经过缓冲的帧重建信标图像。信标位置测量模块206从经过缓冲的帧中的灰度级和等值数据测量信标的位置。模糊分析器207分析其中的模糊数据并且生成相应的模糊矢量。在一个实施例中，信标位置测量模块206和模糊分析器207包括图像重建器205的部件、功能等。
处理器208对信标位置测量结果和模糊矢量进行处理，以生成基于远程信标201的导航信息，并且用其控制灰度级/等值处理器203。
在一个实施例中，用发射机209将处理器208所生成的导航信息经由媒介212发送到接收机210。在一个实施例中，媒介212包括无线媒介。在一个实施中，媒介212包括有线媒介。接收机210所接收的导航信息被提供给控制器211，控制器211基于所述导航信息执行控制功能。例如，控制器211可以利用导航信息控制远程信标201上所显示的游戏。
图3示出了根据本发明一种实施例用于远场图像导航感测的另一示例性系统300。系统300利用多重导航引擎325用高帧率照相机(或者其他图像捕获设备)实现高速绝对三轴跟踪。
导航引擎325与帧缓冲器304一起用于重建作为导航信标的TV屏幕(或者计算机监视器等)301。有利地，系统300也将从模糊的信标图像所得到的信息用于导航功能。系统300在自由空间中用作为导航信标的TV 301实现高速的、有效的绝对位置感测。系统300使用在TV 301上所显示的图像的一部分。
照相机302在高帧率下运行。在一种实现方式中，照相机302以每秒120帧(fps)运行。在一个实施例中，照相机302朝向TV 301的扫描电子束(e-beam)。例如用本领域已知的方法，利用第一处理器303将照相机302所捕获的图像数据预处理成灰度级和等值数据。在一种实现方式中，使用八级灰度级。
帧缓冲器304存储来自高速照相机302的多个帧。显示在TV信标301上的图像可以包括以一个帧率隔行扫描(interlaced)的帧图像，该帧率稍微慢于照相机302运行时的帧率。在一种实现方式中，TV 301以30fps的帧率运行。因此，在一种实现方式中，缓冲器304存储四个最新近的帧。例如用本领域已知的图像相加技术来组合多个帧，从而例如基本上实时或者接近实时地实现在TV 301上显示的图像的有效重建。
因为照相机302可能设有可以由用户进行移动的远程控制单元，所以所重建的图像可能显示出一些变形。但是重要的是，例如用缓冲器304在导航系统300的存储器中有效地重建照相机302从TV信标301所捕获的图像。因此，任何这样的失真被作为信息的源而用于此，所述信息涉及例如照相机302所设有的用户手持远程控制设备的运动的方向和速度。
所重建的图像包括对导航引擎325的输入。在一个实施例中，导航引擎325包括信标(例如TV)位置确定实体305和模糊分析器306。位置确定器305有效地测量照相机302视野内的TV 301的绝对位置(x，y)。
从帧缓冲器304输入的所重建的图像包括大量的模糊数据，这些模糊数据例如涉及照相机302所设有的远程控制单元的移动。用模糊分析器306分析该模糊数据，模糊分析器306生成相应的模糊矢量(dx，dy)。
TV 301的绝对位置(x，y)和相应的模糊矢量(dx，dy)包括对第二处理器307的输入。在一个实施例中，处理器307与存储设备308一起工作。在一个实施例中，存储设备308包括存储器件。在一个实施例中，存储器件308包括随机存取存储器(RAM)。
基于TV信标301，处理器307处理绝对位置数据(x，y)和模糊矢量(dx，dy)并且生成导航信息。在一个实施例中，导航信息提供给预处理器303。此外，在一个实施例中，处理器307所生成的导航信息提供了有用的基于导航的控制信号。
例如，在一种实现方式中，利用发射机309将处理器307所生成的基于导航的信息经由有线和/或无线接口和媒介311发送到接收机310。接收机310将导航信息提供给控制实体312。
在一个实施例中，控制实体312包括例如用于电子游戏的控制器。与电子游戏有关的图像被显示在TV 301上。因此，基于导航的控制信号控制在TV信标301上所显示的图像。
在某种意义上，本发明的实施例有利地模仿像人一样的脑-眼动作。动作较快的人眼例如看见TV 301的光栅(raster)扫描。但是人脑在视觉方面运行得相对较慢，忽略光栅扫描并且在感觉上“看见”利用光栅扫描正在被电子地“绘制”的图像。
系统300具有类似的两重性：高速照相机302以类似于人眼的方式“看见”电子束光栅扫描。缓冲器304和处理器307在从四个最新近的帧重建图像并且用其执行与导航有关的计算的过程中像人脑一样共同运行。
这里对本发明的用于远场图像导航感测的方法和系统的实施例进行了说明。虽然用特定实施例描述了本发明，但是应该知道的是本发明不应被解释为由这些实施例所限制，而是应该根据下面的权利要求书来解释。

Claims (19)

1.一种用于远场图像导航感测的方法，包括：
将来自远程信标的图像预处理成灰度级和等值数据；
缓冲所述图像的多个帧，其中所述帧包括所述灰度级和等值数据；
从经过所述缓冲的帧重建所述信标图像，其中所述经过缓冲的帧包括与所述信标图像有关的模糊数据；
从所述经过缓冲的帧测量所述信标的位置；
分析所述模糊数据以生成模糊矢量；以及
处理所述信标位置和所述模糊矢量以生成基于所述信标的导航信息。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述远程信标包括电视屏幕和计算机监视器中至少一项。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
基于所述导航信息执行控制功能。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
将所述导航信息发送到远程设备。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述远程设备包括控制设备。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述远程设备包括游戏控制器。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述游戏控制器控制游戏，其中所述游戏被显示在所述远程信标上。
8.一种用于远场图像导航感测的系统，包括：
图像捕获设备，用于从远程信标感测图像信息；
耦合到所述图像捕获设备的第一处理器，用于将所述图像信息预处理成灰度级和等值数据；
耦合到所述第一处理器的缓冲器，用于存储多个帧，其中所述帧包括所述灰度级和等值数据；
耦合到所述缓冲器的信标位置分析器，用于从所述灰度级和等值数据测量所述信标的位置；
耦合到所述缓冲器的模糊分析器，用于基于所述经过缓冲的帧生成模糊矢量；以及
耦合到所述信标位置分析器和所述模糊分析器的第二处理器，用于处理所述信标位置和所述模糊矢量以生成基于所述信标的导航信息。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述远程信标包括电视屏幕和计算机监视器中至少一项。
10.如权利要求8所述的系统，还包括：
耦合到所述第二处理器的存储元件，用于存储与所述处理有关的数据。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述存储元件包括存储器。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述存储器包括随机存取存储器。
13.如权利要求8所述的系统，还包括：
耦合到所述第二处理器的发送元件，用于发送所述导航信息；
耦合到所述发送元件的接收元件，用于接收来自所述发送元件的所述导航信息；以及
用于将所述接收元件耦合到所述发送元件的接口媒介。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述接口媒介包括有线媒介。
15.如权利要求13所述的系统，其中所述接口媒介包括无线媒介。
16.如权利要求13所述的系统，还包括：
耦合到所述接收元件的控制设备，用于基于所述导航信息执行控制功能。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述控制设备包括游戏控制器。
18.如权利要求17所述的系统，其中所述游戏控制器控制游戏，其中所述游戏被显示在所述远程信标上。
19.一种用于远场图像导航感测的系统，包括：
用于将来自远程信标的图像处理成灰度级和等值数据的装置；
用于缓冲所述图像的多个帧的装置，其中所述帧包括所述灰度级和等值数据；
用于从所述经过缓冲的帧重建所述信标图像的装置，其中所述经过缓冲的帧包括与所述信标图像有关的模糊数据；
用于从所述经过缓冲的帧测量所述信标的位置的装置；
用于分析所述模糊数据以生成模糊矢量的装置；以及
用于处理所述信标位置和所述模糊矢量以生成基于所述信标的导航信息的装置。
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