CN101887330A - 电子设备、单摄像头定位物体的装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电子设备、单摄像头定位物体的装置及其方法。所述方法包括：采用一个广角摄像头采集在显示表面上的目标物图像；对所述采集的图像进行畸变校正处理而得到校正图像；计算所述校正图像在所述显示表面坐标系中相对参考边的角度，将所述校正图像中目标物大小数值代入预置的距离计算公式，计算得到所述校正图像在所述显示表面坐标系中相对原点的距离；将所述目标物的角度和距离分别作为极坐标的极角和极径数值，代入极坐标与直角坐标换算公式中，得到所述目标物的直角坐标数值。本发明能够在仅采用一个广角摄像头并且不增加复杂光路设计的情况下低成本、简单地进行目标物定位。
Description
技术领域
本发明涉及一种定位技术领域，尤其涉及一种电子设备、单摄像头定位物体的装置及其方法。
背景技术
显示屏上的触摸屏技术已经被广泛应用，方便消费者快捷地对电子设备进行操作。其中，光学触摸技术是一种不同于现有的红外、表面声波、电阻、电容等触摸技术的新技术，光学传感器对细致的动作反应快速、准确，而且寿命方面有大幅度提高。
现有基于摄像头定位的光学触摸屏技术，采用至少2个摄像头进行定位，即将2个视角足以覆盖整个显示屏幕的摄像头置于显示屏幕的2个顶角，然后采集图像，再根据遮挡物在图像平面中像素点坐标位置与摄像头位置、视角的关系，在摄像头视角范围内可以确定两条射线从摄像头发出相交于屏幕遮挡物的位置，从而可以确定射线与边缘直线所成角度，然后利用三角定理计算屏幕上遮挡物坐标位置实现定位。
但是上述至少包含2个摄像头的触摸屏系统，一般需要2套用于图像处理的微机设备，占用空间与软硬件开发成本方面都存在劣势。
在中国专利CN101261557中，公开了一种用于触摸屏的图像传感装置。该技术方案仅使用单摄像头方案，减小了设备占用空间并降低了研发成本。该发明具体包括利用互锁的电子快门，实现不同光路在同一传播路径上的分时复用；还包括通过利用独立的光路实现分区复用，成像在一片图像传感器的表面。分时复用的过程为：在两路成像光学系统的光路上，安装有一面反射镜和一面半反射/透射镜，反射镜的反射面和反射/透射镜的反射面相对安装；该两路成像光学系统中的一路，其光路是通过反射镜的反射面和反射/透射镜的反射面，而经由此光路的光线，经过两次反射，到达图像传感器的表面；该两路成像光学系统中的另一路，其光路是通过反射/透射镜的透射面，经由此光路的光线通过反射/透射镜，到达图像传感器的表面。在这种至少两路成像光学系统上，都分别安装上一个电子快门，该电子快门按照互锁的方式轮流开启关闭。分区复用的过程为：两路光学通道分区共用一片图像传感芯片，该图像传感芯片被划分为两个图像传感的领域，两路光学成像系统的成像，分别映射在这两个区域里。更一般的结构，是在这两个图像传感区域的前方，分别安装有两面反射镜；以达到通过两条光路中的镜头的光线被反射镜反射之后，到达两个图像传感的领域。
这个方法虽然采用一个图像传感器芯片的硬件结构，并降低了产品的生产成本，但仍然存在着以下不足：一、图像传感芯片对采集图像数据分时复用的变换频率有限制，即限制图像的帧率和刷新速度，而这对电子快门的精确程度有非常高的要求；二、分区复用实际上是将1个图像采集芯片当做2个来使用，减小了图像信息的采集面积，分辨率只能保留原来的一半，降低了定位的准确程度。即采用分时复用或分区复用时，需要对两条光路增加相应的图像传感器控制单元以及精确度高的电子快门，硬件成本仍然较高，定位准确度因为图像信息采集面积的减小而降低。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种电子设备、单摄像头定位物体的装置及其方法，能够在仅采用一个广角摄像头并且不增加复杂光路设计的情况下低成本、简单地进行目标物定位。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种单摄像头定位物体的装置，包括：显示表面、定位处理模块、位于所述显示表面上的广角摄像头；所述定位处理模块预先设置有基于所述广角摄像头和显示表面的屏幕坐标系数据和基于目标物大小固定的距离计算公式，所述屏幕坐标系包括原点和参考边；所述定位处理模块包括：图像接收单元，用于接收所述广角摄像头采集的在所述显示表面上的目标物图像；畸变校正单元，用于对所述采集的图像进行畸变校正处理而得到校正图像、或利用图像对照表得到矫正图像、或预先利用坐标对照法得到矫正图像、或以上任何两种或两种方式以上的组合得到矫正图像；角度计算单元，用于计算所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对参考边的角度；距离计算单元，用于将所述校正图像中目标物大小数值代入所述距离计算公式，计算得到所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对原点的距离；坐标获取单元，用于将所述目标物的角度和距离分别作为极坐标的极角和极径数值，代入极坐标与直角坐标换算公式中，得到所述目标物的直角坐标数值。
其中，包括辅助光源，所述辅助光源以照射所述目标物使其在广角摄像头中背光成像的方式设置。
其中，包括在所述显示表面上围绕成矩形的四个侧边，所述辅助光源和广角摄像头分别位于所述四个侧边中的两相对侧边上，并且所有所述侧边表面设有吸光材料。
其中，包括邻近所述广角摄像头的辅助光源。
其中，包括：连接所述广角摄像头的反差判断单元，用于判断所述广角摄像头所采集的目标物图像中的目标物与背景之间是否存在足够的反差对比；连接所述反差判断单元和辅助光源的对比控制单元，用于在所述反差判断单元判断出不够反差对比时，改变所述辅助光源所发出光线的强度、角度或光线的光谱，直至所述反差判断单元判断出足够的反差对比时为止。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种电子设备，包括显示器和光学触摸屏，所述光学触摸屏设置于显示器的显示表面，所述光学触摸屏包括：定位处理模块、位于所述显示表面一侧的广角摄像头；所述定位处理模块预先设置有基于所述广角摄像头和显示表面的屏幕坐标系数据和基于目标物大小固定的距离计算公式，所述屏幕坐标系包括原点和参考边；所述定位处理模块包括：图像接收单元，用于接收所述广角摄像头采集的在所述显示表面上的目标物图像；畸变校正单元，用于对所述采集的图像进行畸变校正处理而得到校正图像、或利用图像对照表得到矫正图像、或预先利用坐标对照法得到矫正图像、或以上任何两种或两种方式以上的组合得到矫正图像；角度计算单元，用于计算所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对参考边的角度；距离计算单元，用于将所述校正图像中目标物大小数值代入所述距离计算公式，计算得到所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对原点的距离；坐标获取单元，用于将所述目标物的角度和距离分别作为极坐标的极角和极径数值，代入极坐标与直角坐标换算公式中，得到所述目标物的直角坐标数值。
其中，包括辅助光源，所述辅助光源以照射所述目标物使其在广角摄像头中背光成像的方式设置。
其中，连接所述广角摄像头的反差判断单元，用于判断所述广角摄像头所采集的目标物图像中的目标物与背景之间是否存在足够的反差对比；连接所述反差判断单元和辅助光源的对比控制单元，用于在所述反差判断单元判断出不够反差对比时，改变所述辅助光源所发出光线的强度、角度或光线的光谱，直至所述反差判断单元判断出足够的反差对比时为止。
为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是：提供一种单摄像头定位方法，包括：采用一个广角摄像头采集在显示表面上的目标物图像；对所述采集的图像进行畸变校正处理而得到校正图像；计算所述校正图像在所述显示表面坐标系中相对参考边的角度，将所述校正图像中目标物大小数值代入预置的距离计算公式，计算得到所述校正图像在所述显示表面坐标系中相对原点的距离；将所述目标物的角度和距离分别作为极坐标的极角和极径数值，代入极坐标与直角坐标换算公式中，得到所述目标物的直角坐标数值。
其中，在采集在所述显示表面上的目标物图像步骤后，包括：判断所述采集的目标物图像中的目标物与背景之间是否存在足够的反差对比；在判断出不够反差对比时，改变打在目标物上光线的强度、角度或光线的光谱，直至能够判断出足够的反差对比时为止。
本发明的有益效果是：区别于现有技术采用单摄像头的方式需要增加复杂光路以及降低摄像头使用效率的情况，本发明利用目标物的大小变化测得离摄像头的距离作为极坐标的极径，以目标物的角度作为极坐标的极角，经过简单的坐标变换能得到适合处理的直角坐标，能够在仅采用一个广角摄像头并且不增加复杂光路设计的情况下低成本、简单地进行目标物定位。
附图说明
图1是本发明单摄像头定位物体的装置实施例一的结构示意图；
图2是本发明单摄像头定位物体的装置实施例二的结构示意图；
图3是本发明单摄像头定位物体的装置实施例三的结构示意图
图4是本发明单摄像头定位物体的装置实施例四的结构示意图；
图5是本发明单摄像头定位方法实施例的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，本发明单摄像头定位物体的装置实施例，包括：
显示表面、定位处理模块、位于所述显示表面上的广角摄像头；
所述定位处理模块预先设置有基于所述广角摄像头和显示表面的屏幕坐标系数据和基于目标物大小固定的距离计算公式，所述屏幕坐标系包括原点和参考边；
所述定位处理模块包括：
图像接收单元，用于接收所述广角摄像头采集的在所述显示表面上的目标物图像；
畸变校正单元，用于对所述采集的图像进行畸变校正处理而得到校正图像、或利用图像对照表得到矫正图像、或预先利用坐标对照法得到矫正图像、或以上任何两种或两种方式以上的组合得到矫正图像；
角度计算单元，用于计算所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对参考边的角度；
距离计算单元，用于将所述校正图像中目标物大小数值代入所述距离计算公式，计算得到所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对原点的距离；
坐标获取单元，用于将所述目标物的角度和距离分别作为极坐标的极角和极径数值，代入极坐标与直角坐标换算公式中，得到所述目标物的直角坐标数值。
其中，畸变校正单元对所述采集的图像进行畸变校正处理而得到校正图像，是指利用图像处理方式直接对图像进行运算处理得到矫正的图像，利用图像对照表得到矫正图像是指利用预先设置的标准图像来比对拍摄得到的图像，比对基本吻合的则取该标准图像作为矫正图像，预先利用坐标对照法得到矫正图像是指在拍摄前将目标物放在实际坐标处，经拍摄运算得到该计算坐标，让计算坐标修正为所述实际坐标，从此意义上进行矫正图像。
本发明利用目标物的大小变化测得离摄像头的距离作为极坐标的极径，以目标物的角度作为极坐标的极角，经过简单的坐标变换能得到适合处理的直角坐标，能够在仅采用一个广角摄像头并且不增加复杂光路设计的情况下低成本、简单地进行目标物定位。当然，这里所谓的“一个摄像头”，是指同一系统中采用一个摄像头，为追求苛刻的效果，可以在一个显示表面设置两个或两个以上定位系统，则此时一个显示表面可能存在两个或两个以上摄像头。
采用畸变校正单元的处理，能够在摄像头采集的图像中得到准确的目标物大小数值，是实现本发明定位的重要技术前提。
参阅图2，在一个实施例中，还可以包括辅助光源，所述辅助光源以照射所述目标物使其在广角摄像头中背光成像的方式设置。以背光成像的方式使目标物在广角摄像头中成像，可以非常清晰地得到目标物的轮廓，确定目标物在图像中的大小，利于距离计算单元进行准确的距离计算。
在一个实施例中，还可以包括在所述显示表面上围绕成矩形的四个侧边，所述辅助光源和广角摄像头分别位于所述四个侧边中的两相对侧边上，并且所有所述侧边表面设有吸光材料。在各侧边设吸光材料，使目标物不会在各侧边镜面成像，排除目标物实体外的虚像对广角摄像头造成干扰。
参阅图3，在一个实施例中，还可以包括邻近所述广角摄像头的辅助光源，以取代背光成像的方案。在邻近所述广角摄像头的位置设辅助光源，可以照亮目标物，使目标物在广角摄像头中清晰成像。
参阅图4，在一个实施例中，还可以包括：
连接所述广角摄像头的反差判断单元，用于判断所述广角摄像头所采集的目标物图像中的目标物与背景之间是否存在足够的反差对比；
连接所述反差判断单元和辅助光源的对比控制单元，用于在所述反差判断单元判断出不够反差对比时，改变所述辅助光源所发出光线的强度、角度或光线的光谱，直至所述反差判断单元判断出足够的反差对比时为止。
通过反差判断单元和对比控制单元的设置，使目标物和其背景之间存在足够的反差对比，利于广角摄像机捕捉到清晰的目标物。
当然，可以不设置辅助光源，而是对目标物进行设计，比如增加目标物的吸光能力、反光能力，或直接让目标物发光，同样可以达到类似效果。
本发明还提供一种电子设备实施例，包括：
显示器和光学触摸屏，所述光学触摸屏设置于显示器的显示表面，所述光学触摸屏包括：
定位处理模块、位于所述显示表面一侧的广角摄像头；
所述定位处理模块预先设置有基于所述广角摄像头和显示表面的屏幕坐标系数据和基于目标物大小固定的距离计算公式，所述屏幕坐标系包括原点和参考边；
所述定位处理模块包括：
图像接收单元，用于接收所述广角摄像头采集的在所述显示表面上的目标物图像；
畸变校正单元，用于对所述采集的图像进行畸变校正处理而得到校正图像、或利用图像对照表得到矫正图像、或预先利用坐标对照法得到矫正图像、或以上任何两种或两种方式以上的组合得到矫正图像；
角度计算单元，用于计算所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对参考边的角度；
距离计算单元，用于将所述校正图像中目标物大小数值代入所述距离计算公式，计算得到所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对原点的距离；
坐标获取单元，用于将所述目标物的角度和距离分别作为极坐标的极角和极径数值，代入极坐标与直角坐标换算公式中，得到所述目标物的直角坐标数值。
上述电子设备可以是各种显示器、手持电子设备等，如手机、PDA、笔记本等。
本发明并不限于应用于小型电子设备领域，可以应用于环境侦测、监控，比如停车场监控、运动物体侦测等等。
其中，还可以包括辅助光源，所述辅助光源以照射所述目标物使其在广角摄像头中背光成像的方式设置。
其中，还可以包括：
连接所述广角摄像头的反差判断单元，用于判断所述广角摄像头所采集的目标物图像中的目标物与背景之间是否存在足够的反差对比；
连接所述反差判断单元和辅助光源的对比控制单元，用于在所述反差判断单元判断出不够反差对比时，改变所述辅助光源所发出光线的强度、角度或光线的光谱，直至所述反差判断单元判断出足够的反差对比时为止。
参阅图5，本发明还提供一种单摄像头定位方法，包括步骤：
步骤501：采用一个广角摄像头采集在显示表面上的目标物图像；
步骤502：对所述采集的图像进行畸变校正处理而得到校正图像；
步骤503：计算所述校正图像在所述显示表面坐标系中相对参考边的角度，将所述校正图像中目标物大小数值代入预置的距离计算公式，计算得到所述校正图像在所述显示表面坐标系中相对原点的距离；
步骤504：将所述目标物的角度和距离分别作为极坐标的极角和极径数值，代入极坐标与直角坐标换算公式中，得到所述目标物的直角坐标数值。
为提高定位成功率，可以在采集在所述显示表面上的目标物图像步骤后，包括：
1)判断所述采集的目标物图像中的目标物与背景之间是否存在足够的反差对比；
2)在判断出不够反差对比时，改变打在目标物上光线的强度、角度或光线的光谱，直至能够判断出足够的反差对比时为止。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种单摄像头定位物体的装置，其特征在于，包括：
显示表面、定位处理模块、位于所述显示表面上的广角摄像头；
所述定位处理模块预先设置有基于所述广角摄像头和显示表面的屏幕坐标系数据和基于目标物大小固定的距离计算公式，所述屏幕坐标系包括原点和参考边；
所述定位处理模块包括：
图像接收单元，用于接收所述广角摄像头采集的在所述显示表面上的目标物图像；
畸变校正单元，用于对所述采集的图像进行畸变校正处理而得到校正图像、或利用图像对照表得到矫正图像、或预先利用坐标对照法得到矫正图像、或以上任何两种或两种方式以上的组合得到矫正图像；
角度计算单元，用于计算所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对参考边的角度；
距离计算单元，用于将所述校正图像中目标物大小数值代入所述距离计算公式，计算得到所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对原点的距离；
坐标获取单元，用于将所述目标物的角度和距离分别作为极坐标的极角和极径数值，代入极坐标与直角坐标换算公式中，得到所述目标物的直角坐标数值。
2.根据权利要求1所述的单摄像头定位物体的装置，其特征在于：包括辅助光源，所述辅助光源以照射所述目标物使其在广角摄像头中背光成像的方式设置。
3.根据权利要求2所述的单摄像头定位物体的装置，其特征在于：包括在所述显示表面上围绕成矩形的四个侧边，所述辅助光源和广角摄像头分别位于所述四个侧边中的两相对侧边上，并且所有所述侧边表面设有吸光材料。
4.根据权利要求1所述的单摄像头定位物体的装置，其特征在于：包括邻近所述广角摄像头的辅助光源。
5.根据权利要求2至4任一项所述的单摄像头定位物体的装置，其特征在于：
连接所述广角摄像头的反差判断单元，用于判断所述广角摄像头所采集的目标物图像中的目标物与背景之间是否存在足够的反差对比；
连接所述反差判断单元和辅助光源的对比控制单元，用于在所述反差判断单元判断出不够反差对比时，改变所述辅助光源所发出光线的强度、角度或光线的光谱，直至所述反差判断单元判断出足够的反差对比时为止。
6.一种电子设备，包括显示器和光学触摸屏，所述光学触摸屏设置于显示器的显示表面，其特征在于，所述光学触摸屏包括：
定位处理模块、位于所述显示表面一侧的广角摄像头；
所述定位处理模块预先设置有基于所述广角摄像头和显示表面的屏幕坐标系数据和基于目标物大小固定的距离计算公式，所述屏幕坐标系包括原点和参考边；
所述定位处理模块包括：
图像接收单元，用于接收所述广角摄像头采集的在所述显示表面上的目标物图像；
畸变校正单元，用于对所述采集的图像进行畸变校正处理而得到校正图像、或利用图像对照表得到矫正图像、或预先利用坐标对照法得到矫正图像、或以上任何两种或两种方式以上的组合得到矫正图像；
角度计算单元，用于计算所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对参考边的角度；
距离计算单元，用于将所述校正图像中目标物大小数值代入所述距离计算公式，计算得到所述校正图像在所述屏幕坐标系中相对原点的距离；
坐标获取单元，用于将所述目标物的角度和距离分别作为极坐标的极角和极径数值，代入极坐标与直角坐标换算公式中，得到所述目标物的直角坐标数值。
7.根据权利要求6所述的电子设备，其特征在于：包括辅助光源，所述辅助光源以照射所述目标物使其在广角摄像头中背光成像的方式设置。
8.根据权利要求7所述的电子设备，其特征在于，包括：
连接所述广角摄像头的反差判断单元，用于判断所述广角摄像头所采集的目标物图像中的目标物与背景之间是否存在足够的反差对比；
连接所述反差判断单元和辅助光源的对比控制单元，用于在所述反差判断单元判断出不够反差对比时，改变所述辅助光源所发出光线的强度、角度或光线的光谱，直至所述反差判断单元判断出足够的反差对比时为止。
9.一种单摄像头定位方法，其特征在于，包括：
采用一个广角摄像头采集在显示表面上的目标物图像；
对所述采集的图像进行畸变校正处理而得到校正图像；
计算所述校正图像在所述显示表面坐标系中相对参考边的角度，将所述校正图像中目标物大小数值代入预置的距离计算公式，计算得到所述校正图像在所述显示表面坐标系中相对原点的距离；
将所述目标物的角度和距离分别作为极坐标的极角和极径数值，代入极坐标与直角坐标换算公式中，得到所述目标物的直角坐标数值。
10.根据权利要求9所述的单摄像头定位方法，其特征在于，在采集
在所述显示表面上的目标物图像步骤后，包括：
判断所述采集的目标物图像中的目标物与背景之间是否存在足够的反差对比；
在判断出不够反差对比时，改变打在目标物上光线的强度、角度或光线的光谱，直至能够判断出足够的反差对比时为止。
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