CN101282411A - 控制装置、包括所述控制装置的视频装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制装置及应用所述控制装置的视频装置及控制方法，该控制装置包括：传感装置，用来获取标志点的图像；坐标轴设置装置，用来设置和显示装置的分辨率坐标一致的控制坐标系，在该控制坐标系中设置的虚拟操作装置的初始位置和显示装置的分辨率坐标中虚拟操作装置的初始位置一致；接收来自传感装置的图像数据，计算标志点在所述控制坐标系中的位置，得到与标志点有对应关系的虚拟操作装置在所述控制坐标系中的位置，输出所述的虚拟操作装置位置信号。

Description

控制装置、包括所述控制装置的视频装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制装置、包括所述控制装置的视频装置及控制方法。

背景技术

随着交互式多媒体视频设备的快速发展，视频设备的功能越来越强大，使得对于视频设备的信息处理系统尤其是控制系统的要求越来越高。对控制系统及视频设备的响应速度、处理速度及稳定性都提出了越来越多的要求。

中国专利CN200610087120.5公开了一种控制方法及控制器，该控制器上设置有成像信息计算部，拍摄并计算成像目标图像中的亮点与定点的图像及坐标组的二维矢量，最后根据二维矢量的计算值在预定的方向上移动操作单元。该控制器存在的问题是：在控制器的具体实现时必须只能采用加速度传感器来检测控制器的三个轴向方向及确定控制器绕Z轴的旋转角；或只能采用二轴线性加速度计仅检测沿着X轴和Y轴中的每一个轴的线性加速度；或只能采用陀螺传感器。因为加速度传感器和控制电路有响应延迟，为了保证加速度传感器的灵敏度和精确度，此时采用的算法非常复杂，使得信号处理响应速度很慢。而且由于传感器制造及传感器与控制器的制造工艺的影响，在控制器中，加速度传感器的稳定性不好，容易发生损坏。即使为了增强系统的稳定性，在工艺上进行改进，也必须以大量的人力、财力、物力为代价，而且好的加速度传感器价格昂贵，大大提高了控制器的成本。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种信号处理响应速度快的控制装置、包括所述控制装置的视频装置及控制方法。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：第一方面，本发明提供了一种控制装置，控制显示装置上的虚拟操作装置的位置移动，所述控制装置包括：传感装置，用来获取标志点的图像；坐标轴设置装置，用来设置和显示装置的分辨率坐标一致的控制坐标系，在该控制坐标系中设置的虚拟操作装置的初始位置和显示装置的分辨率坐标中虚拟操作装置的初始位置一致；接收来自传感装置的图像数据，计算标志点在所述控制坐标系中的位置，得到与标志点有对应关系的虚拟操作装置在所述控制坐标系中的位置，输出所述的虚拟操作装置位置信号。

上述坐标轴设置装置还包括：初始化装置，用来设定及初始化标志点与虚拟操作装置在控制坐标系中的位置关系。

上述控制装置还包括：姿态控制装置，用来计算出控制装置的即时姿态，并以数字形式输出。

上述传感装置包括：摄像装置，用来拍摄标志点的图像；

检测装置，用来检测特定波段的光，保存特定波段光的数据，滤除掉非特定波段的光；

图像处理装置，用来实时捕捉发出特定波段光的标志点的图像，并对图像数据进行A/D转换及采集存储；

数据动态修正装置，用来自动对数据进行修正并输出。

第二方面，本发明提供了一种视频装置，包括操作装置和显示装置，所述操作装置控制显示装置上的虚拟操作装置的位置移动，所述操作装置包括用于获取标志点的图像的传感装置；所述视频装置还包括：坐标轴设置装置，用来设置和显示装置的分辨率坐标一致的控制坐标系，在该控制坐标系中设置的虚拟操作目标的初始位置和显示装置的分辨率坐标中虚拟操作目标的初始位置一致；接收来自传感装置的图像数据，计算标志点在所述控制坐标系中的位置，得到与标志点有对应关系的虚拟操作目标在所述控制坐标系中的位置，输出所述的虚拟操作目标位置信号；执行装置，用于接收来自坐标轴设置装置输出的虚拟操作目标位置信号，在显示装置显示所述虚拟操作目标。

上述坐标轴设置装置还包括：初始化装置，用来设定及初始化标志点与虚拟操作目标在控制坐标系中的位置关系。

上述视频装置还包括：姿态控制装置，用来计算出操作装置的即时姿态，并以数字形式输出。

上述图像传感装置包括：摄像装置，用来拍摄标志点的图像；

检测装置，用来检测特定波段的光，保存特定波段光的数据，滤除掉非特定波段的光；

图像处理装置，用来实时捕捉发出特定波段光的标志点的图像，并对图像数据进行A/D转换及采集存储；

数据动态修正装置，用来自动对数据进行修正并输出。

第三方面，本发明还提供了一种控制方法，利用操作装置来控制显示装置，所述控制方法包括以下步骤：

S1设置标志点，在显示装置上设置分辨率坐标系，并在该分辨率坐标系中设置虚拟操作装置的初始位置，所述标志点的初始位置和虚拟操作装置的初始位置为对应关系；

S2利用操作装置获取标志点的图像数据；

S3设置与显示单元的分辨率坐标一致的控制坐标系，在该控制坐标系中设置虚拟操作装置的初始位置，该控制坐标系中的虚拟操作装置的初始位置和显示装置的分辨率坐标系中的虚拟操作装置的初始位置一致；

S4设定及初始化标志点与虚拟操作装置在控制坐标系中的位置关系；

S5根据步骤S2得到的标志点图像数据，计算标志点在所述控制坐标系中的位置，得到与标志点有对应关系的虚拟操作装置在所述控制坐标系中的位置，输出所述的虚拟操作装置位置信号；

S6根据S5输出的虚拟操作装置位置，根据控制坐标系中的虚拟操作装置的位置和显示装置的分辨率坐标系中的虚拟操作装置的位置的对应关系，在显示装置上的相应位置显示虚拟操作装置。

上述步骤S6之前还包括步骤S7计算出操作装置的即时姿态，并以数字形式输出；步骤S6接收到步骤S7的即时姿态信号，在接收到来自步骤S5的虚拟操作装置位置信号的同时，在显示装置的相应位置显示虚拟操作装置及虚拟操作装置的即时姿态。

上述步骤S2还包括以下步骤：

S21拍摄标志点的图像；

S22检测特定波段的光，保存特定波段光的数据，滤除掉非特定波段的光；

S23实时捕捉发出特定波段光的标志点的图像，并对图像数据进行A/D转换及采集存储；

S24自动对数据进行修正并输出。

本发明通过设置分辨率坐标系和控制坐标系，对标志点图像获取，得到虚拟操作目标的位置，大大提高了信号处理的速度及信号响应的速度。以下结合附图对本发明进行详细说明，本发明的这些及其他目的、特征、方面和优点将变得更加明显。

附图说明

图1是视频装置实施例1的外部示意图；

图2是视频装置实施例2的外部示意图；

图3是视频装置实施例的内部框图；

图4是传感装置实施例1的内部流程框图；

图5是传感装置实施例2的内部流程框图；

图6是显示装置实施例的分辨率坐标示意图；

图7是视频设备控制方法实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本发明作进一步详细的说明。

参考图1至3，将说明作为根据本发明视频装置的一个实施例的电视设备遥控系统。图1、图2是示例电视设备遥控系统的外部视图，包括电视机1、显示屏2、将操作数据发送给电视机的遥控器4。在显示屏2的附近设置有标志点3，标志点3具体为红外LED，发出红外波段的光。为了扩大标志点3所发出的红外光的可见角度，可以在标志点3上贴敷泛光膜，泛光膜优选为薄毛玻璃。标志点3可以设置在遥控器4所能拍摄到的任何位置，既可以设置在电视机1上(如图1所示)，标志点3也可以单独的设置在标志装置5上(如图2所示)。标志点3为1个或多个，标志点也可以为2、4、6、8、10个及以上，当标志点为多个时，标志点以一定的排列位置设置，标志点为分别分布在位于预定位置和预定对象的顶部和底部的轮廓点，及位于顶部和底部轮廓点连线上的区分点，且该区分点距顶部和底部的轮廓点的距离不相等。轮廓点可以根据轮廓点的分布情况分辨出成像目标的轮廓(如形状)。区分点可以根据该区分点与轮廓点的距离特征，区分出各个轮廓点。轮廓点为2个及以上，区分点为1个及以上，轮廓点和区分点越多，越能表示成像目标的即时位置姿态。在所拍的标志点的图像数据中。标志点预定的分布特征是从图像上的红外发光点中分辨出该分布特征，从多个发光点中区分每个点那个是轮廓点、区分点或方向点。

图3是示例电视遥控系统的内部视图，分为两类：遥控器端及与遥控器端对应的电视端。遥控器端包括传感装置6、坐标轴设置装置7及发射器9；电视端包括标志点3、接收器10、执行装置11及显示装置12。标志点3发出红外光。

在遥控器处于可操作范围内，传感装置6用来获取标志点的图像。实施例1，传感装置6如图4所示，包括摄像装置13、检测装置14、图像处理装置15、及数据动态修正装置16。所述摄像装置13，用来拍摄标志点的图像。摄像装置可以采用CCD摄像头、CMOS摄像头或光电摄像头等，检测装置14，用来检测特定波段的光，保存特定波段光的数据，滤除掉非特定波段的光。在本实施例中，标志点3发出红外波段的光，检测装置14检测红外波段的光，保留了红外波段光的图像数据，滤除掉非红外波段的光。这样在所拍摄的图片中，只保留了红外波段光的图像数据。此时通过图像处理装置15实时捕捉发出红外波段光的标志点的图像，并对图像数据进行A/D转换及采集存储。再经过数据动态修正装置16，用来自动对数据进行修正并输出。如实施例2，如图5所示，传感装置6包括成像系统17、CCD传感器18、二值化电路19、检测系统20，当标志点发出光后，经成像系统17按一定倍率准确的成像在CCD传感器的光敏面上，则在CCD传感器18光敏面上形成了标志点的强光斑，这个强光斑反映了标志点的直径尺寸，经过二值化电路19对拍摄的图片的二值化处理，强光斑被表示为高电平信号，其他的所有背景灰度层次表示为低电平信号，检测系统20对输入的高低电平信号进行检测后，保留高电平信号，高电平信号的位置为标志点的位置。

坐标轴设置装置7，用来设置和显示装置的分辨率坐标一致的控制坐标系，在该控制坐标系中设置的虚拟操作装置的初始位置和显示装置的分辨率坐标中虚拟操作装置的初始位置一致；接收来自传感装置的图像数据，计算标志点在所述控制坐标系中的位置，得到与标志点有对应关系的虚拟操作装置在所述控制坐标系中的位置，输出所述的虚拟操作装置位置信号。首先在显示屏的显示区域设置分辨率坐标系，并在该分辨率坐标系中设置虚拟操作装置的初始位置，所述标志点的初始位置和虚拟操作装置的初始位置为对应关系。根据显示屏的大小设定一个象素点为初始位置O(0，0)，这个初始位置是虚拟操作装置的初始位置。当打开显示屏时，显示的虚拟操作装置的初始位置就处于该象素坐标系的O(0，0)点。如图6所示，例如在分辨率1280×1024的显示屏中，设置分辨率坐标，O点为坐标系原点，P点表示了该分辨率的显示屏在本坐标系中的坐标位置。整个显示屏全部处于该坐标系的正轴，且从O点起始。从O点到P点的正矩形区域为可显示区域。在该分辨率坐标中，一共有1280×1024个格，每一格代表一个象素。再设置标志点的初始位置，该初始位置和O点位置一一对应。接着坐标轴设置装置设置一个控制坐标系，该控制坐标系和分辨率坐标系为一一对应的关系。在控制坐标系中设置一个初始位置O’(o，o)，设置O’(o，o)为标志点在控制坐标系的初始位置。当接收到传感装置的标志点数据后，得到标志点在控制坐标系的位置坐标Q’(x’，y’)，由于虚拟操作装置的移动方向和标志点的投影位移是一个关于原点对称的关系，所以移动o’到达标志点的位置坐标S’(-x’，-y’)，同时发送控制O(0，0)点到达位置S(-x，-y)点的控制信号。当显示屏的虚拟操作装置如鼠标接收到该控制信号，将初始位置在O(0，0)点的鼠标移动到位置Q(x，y)点。遥控器完成控制鼠标在显示屏上的位置移动。当坐标轴设置装置接收到标志点位置超出预定的控制坐标系，如到达R’(x，-y)，同样发出控制O(0，0)点到达位置R’(x，-y)点的控制信号。当显示屏上的鼠标接收到该控制信号，将初始位置在O(0，0)点的鼠标移动到位置R(x，-y)点时，由于分辨率坐标系没有设置负坐标系，或目标位置超出了分辨率坐标系的可显示部分，故鼠标移动到显示屏的边缘部分后可以停止移动。

坐标轴设置装置中还有一个初始化装置，用来设定及初始化标志点与虚拟操作装置在控制坐标系中的位置关系。当由于目标位置远远超出了可显示区域，可以通过初始化装置重新将鼠标显示在分辨率坐标系的初始位置并显示。

随着信息网络技术的发展，视频控制设备将具有越来越多的功能。本发明可以使用户操作操作设备时，例如操作遥控器时，在电视显示屏显示的虚拟世界中完成自己虚拟化身的虚拟生活，如生活、学习、工作、赚钱、消费等等。这样就要求虚拟操作单元会随着用户的身体动作或遥控器的转动而变化，例如：虚拟化身在虚拟的网球赛场上进行网球比赛时，虚拟化身手中的网球拍为虚拟操作装置，虚拟操作装置的方向变化就随着用户手中的遥控器的方向转动而变化。本发明采用的即时姿态控制装置就很好的解决了在虚拟空间中的位置方向变化。在遥控器中还有一个姿态控制装置，用来计算出遥控器的即时姿态，并输出。输出形式可以为模拟形式，优选为数字形式。当虚拟网球拍，随着操作者的动作到达指定的位置时，通过姿态控制装置输出的即时姿态信号，网球拍得到了即时姿态信号，可以随着操作者的动作模拟真实场景达到真实效果并体现在游戏比赛中。使操作者具有强烈的现场参与感。这种即时姿态包括方向、节奏等。当晃动遥控器时，还可以打出优美的伴奏拍子，还可以根据晃动遥控器的频率和剧烈程度调整所播放的3D动画或音乐的节奏和风格，如同音乐喷泉一样。还可以通过在遥控器上设置一个按钮，通过按住这个按钮的不同方向晃动遥控器实现3D动画或音乐的播放、停止、选择等等，可以大大减少遥控器上的按键。

发射器9将来自坐标轴设置装置7输出的虚拟操作装置位置信号和姿态控制装置8输出的遥控器即时姿态信号发送给视频装置。

电视端包括标志点3、接收器10、执行装置11及显示装置12。标志点3发出红外光。接收器10接收来自遥控器发射器的控制信号，执行装置11执行来自接收器的控制信号，在显示屏上显示虚拟操作装置。虚拟操作装置的表现形式为鼠标、光标、网球拍及其他多种表现形式，可以由虚拟操作装置通过菜单设定来选择，在虚拟操作装置接收到移动指令后，选择寄存于电视系统内部的丰富多彩的多媒体界面和选项图标或操作者在网络上下载的多媒体动态图标等，实现预定功能。。

当遥控器的位置移动的时候，电视机一直接收遥控器的位置坐标数据和即时姿态信号，得到虚拟操作装置在电视显示界面上的位置及三维运动姿态，该虚拟操作单元随着遥控器的位置移动而移动。

基于以上控制原理，我们提出了一种控制方法，图7是本发明控制方法的一个实施例的电视机遥控方法的实例。

该电视机遥控方法利用遥控器来控制电视机显示屏，遥控方法包括以下步骤：

S1设置标志点，将标志点设置在摄像头所能拍摄的范围内，优选的将标志点设置在电视机屏幕附近。标志点优选为1个，标志点可发出特定光波，优选为红外光波。在显示装置上设置分辨率坐标系，并在该分辨率坐标系中设置虚拟操作装置的初始位置，所述标志点的初始位置和虚拟操作装置的初始位置为对应关系；如在分辨率1280×1024的显示屏中，设置分辨率坐标，O点为坐标系原点，P点表示了该分辨率的显示屏在本坐标系中的坐标位置。整个显示屏全部处于该坐标系的正轴，且从O点起始。从O点到P点的正矩形区域为可显示区域。在该分辨率坐标中，一共有1280×1024个格，每一格代表一个象素。再设置标志点的初始位置，该初始位置和O点位置一一对应。

S2利用操作装置获取标志点的图像数据；在步骤S2中还包括以下步骤：

S21拍摄标志点的图像；可以采用CCD摄像头、CMOS摄像头或光电摄像头等拍摄标志点的图像。

S22检测特定波段的光，保存特定波段光的数据，滤除掉非特定波段的光；因为标志点发出红外光，通过设置检测装置来检测红外波段的光，保存红外波段光的数据，滤除掉非红外波段的光。这样在所拍摄的图片中，只保留了红外波段光的图像数据。

S23实时捕捉发出特定波段光的标志点的图像，并对图像数据进行A/D转换及采集存储；

S24自动对数据进行修正并输出。

S3设置与显示单元的分辨率坐标一致的控制坐标系，在该控制坐标系中设置虚拟操作装置的初始位置，该控制坐标系中的虚拟操作装置的初始位置和显示装置的分辨率坐标系中的虚拟操作装置的初始位置一致；利用坐标轴设置装置设置一个控制坐标系，该控制坐标系和分辨率坐标系为一一对应的关系。在控制坐标系中设置一个初始位置O’(o，o)，设置O’(o，o)为标志点在控制坐标系的初始位置。

S4设定及初始化标志点与虚拟操作装置在控制坐标系中的位置关系；当由于目标位置远远超出了可显示区域，可以通过初始化装置重新将虚拟操作装置如鼠标显示在分辨率坐标系的初始位置并显示。

S5根据步骤S2得到的标志点图像数据，计算标志点在所述控制坐标系中的位置，得到与标志点有对应关系的虚拟操作装置在所述控制坐标系中的位置，输出所述的虚拟操作装置位置信号；当接收到传感装置的标志点数据后，得到标志点在控制坐标系的位置坐标Q’(x’，y’)，由于虚拟操作装置的移动方向和标志点的投影位移是一个关于原点对称的关系，所以移动o’到达标志点的位置坐标S’(-x’，-y’)，同时发送控制O(0，0)点到达位置S(-x，-y)点的控制信号。

S6根据S5输出的虚拟操作装置位置，根据控制坐标系中的虚拟操作装置的位置和显示装置的分辨率坐标系中的虚拟操作装置的位置的对应关系，在显示装置上的相应位置显示虚拟操作装置。当显示屏的虚拟操作装置如鼠标接收到该控制信号，将初始位置在O(0，0)点的鼠标移动到位置Q(x，y)点。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明还可以应用在其它视频控制设备中，如电脑系统、人机游戏系统、投影系统、IPTV(Interactive personalTV及Interactive Protocol TV)、手机系统等。本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种控制装置，控制显示装置上的虚拟操作装置的位置移动，所述控制装置包括：

传感装置，用来获取标志点的图像；

坐标轴设置装置，用来设置和显示装置的分辨率坐标一致的控制坐标系，在该控制坐标系中设置的虚拟操作装置的初始位置和显示装置的分辨率坐标中虚拟操作装置的初始位置一致；接收来自传感装置的图像数据，计算标志点在所述控制坐标系中的位置，得到与标志点有对应关系的虚拟操作装置在所述控制坐标系中的位置，输出所述的虚拟操作装置位置信号。

2、根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于：所述坐标轴设置装置还包括：初始化装置，用来设定及初始化标志点与虚拟操作装置在控制坐标系中的位置关系。

3、根据权利要求2所述的控制装置，其特征在于：所述控制装置还包括：姿态控制装置，用来计算出控制装置的即时姿态，并以数字形式输出。

4、根据权利要求1至3任一所述的控制装置，其特征在于：所述传感装置包括：摄像装置，用来拍摄标志点的图像；

检测装置，用来检测特定波段的光，保存特定波段光的数据，滤除掉非特定波段的光；

图像处理装置，用来实时捕捉发出特定波段光的标志点的图像，并对图像数据进行A/D转换及采集存储；

数据动态修正装置，用来自动对数据进行修正并输出。

5、一种视频装置，包括操作装置和显示装置，所述操作装置控制显示装置上的虚拟操作装置的位置移动，所述操作装置包括用于获取标志点的图像的传感装置；其特征在于：所述视频装置还包括：

坐标轴设置装置，用来设置和显示装置的分辨率坐标一致的控制坐标系，在该控制坐标系中设置的虚拟操作目标的初始位置和显示装置的分辨率坐标中虚拟操作目标的初始位置一致；接收来自传感装置的图像数据，计算标志点在所述控制坐标系中的位置，得到与标志点有对应关系的虚拟操作目标在所述控制坐标系中的位置，输出所述的虚拟操作目标位置信号；

执行装置，用于接收来自坐标轴设置装置输出的虚拟操作目标位置信号，在显示装置显示所述虚拟操作目标。

6、根据权利要求5所述的视频装置，其特征在于：所述坐标轴设置装置还包括：初始化装置，用来设定及初始化标志点与虚拟操作目标在控制坐标系中的位置关系。

7、根据权利要求6所述的视频装置，其特征在于：所述视频装置还包括：姿态控制装置，用来计算出操作装置的即时姿态，并以数字形式输出。

8、根据权利要求5至7任一所述的视频装置，其特征在于：所述图像传感装置包括：摄像装置，用来拍摄标志点的图像；

检测装置，用来检测特定波段的光，保存特定波段光的数据，滤除掉非特定波段的光；

图像处理装置，用来实时捕捉发出特定波段光的标志点的图像，并对图像数据进行A/D转换及采集存储；

数据动态修正装置，用来自动对数据进行修正并输出。

9、一种控制方法，利用操作装置来控制显示装置，所述控制方法包括以下步骤：

S1设置标志点，在显示装置上设置分辨率坐标系，并在该分辨率坐标系中设置虚拟操作装置的初始位置，所述标志点的初始位置和虚拟操作装置的初始位置为对应关系；

S2利用操作装置获取标志点的图像数据；

S3设置与显示单元的分辨率坐标一致的控制坐标系，在该控制坐标系中设置虚拟操作装置的初始位置，该控制坐标系中的虚拟操作装置的初始位置和显示装置的分辨率坐标系中的虚拟操作装置的初始位置一致；

S4设定及初始化标志点与虚拟操作装置在控制坐标系中的位置关系；

S5根据步骤S2得到的标志点图像数据，计算标志点在所述控制坐标系中的位置，得到与标志点有对应关系的虚拟操作装置在所述控制坐标系中的位置，输出所述的虚拟操作装置位置信号；

S6根据S5输出的虚拟操作装置位置，根据控制坐标系中的虚拟操作装置的位置和显示装置的分辨率坐标系中的虚拟操作装置的位置的对应关系，在显示装置上的相应位置显示虚拟操作装置。

10、根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于：在步骤S6之前还包括步骤S7计算出操作装置的即时姿态，并以数字形式输出；

步骤S6接收到步骤S7的即时姿态信号，在接收到来自步骤S5的虚拟操作装置位置信号的同时，在显示装置的相应位置显示虚拟操作装置及虚拟操作装置的即时姿态。

11、根据权利要求9或10所述的控制方法，其特征在于：步骤S2还包括以下步骤：

S21拍摄标志点的图像；

S22检测特定波段的光，保存特定波段光的数据，滤除掉非特定波段的光；

S23实时捕捉发出特定波段光的标志点的图像，并对图像数据进行A/D转换及采集存储；

S24自动对数据进行修正并输出。

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