CN102402273A - 互动式控制系统、物体的动态检测方法、主机装置和其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种主机装置的控制方法，包括向一检测范围投射一图样，并且产生一影像资讯的串流，以建构检测范围内的一背景影像资讯。接着，将目前所撷取到的影像资讯减去背景影像资讯，而获得一相减后的影像资讯，以判断检测范围内是否出现一物体。当检测范围内出现有物体时，则依据物体的一表面上所呈现的图样的变化，来计算物体的动态，并且产生对应的控制指令给主机装置，使得主机装置会依据此控制指令而运作。

Description

互动式控制系统、物体的动态检测方法、主机装置和其控制方法

技术领域

本发明是有关于一种控制系统，且特别是有关于一种利用互动式的控制系统。 

背景技术

图1绘示为一种现有的互动式控制系统的方块图。请参照图1，现有的互动式控制系统100，包括光源模组102、手持式控制器104和主机装置106。光源模组102提供多个点光源，并且会将这些点光源所发出的光线投向手持式控制器104。其中，这些点光源在光源模组102中是排成一列。 

手持式控制器104具有一影像感测器112，例如是电荷耦合元件(以下简称CCD)，可以接收光源模组102所投射出来的光线。因此，当影像感测器112接收到光源模组102所投射出来的光线时，手持式控制器104可以依据点光源在影像感测器112上所呈现的大小以及排列的延伸方向，来判断手持式控制器104在空间中运动的轨迹。而为了要判断手持式控制器104在空间中运动的速度，因此在现有的手持式控制器104中会安装加速度计。 

图2绘示为另一种现有的互动式控制系统的方块图。请参照图2，另一种现有的互动式控制系统200，包括手持式控制器202、影像撷取装置204和主机装置206。另外，在手持式控制器202上还安装一点光源212。当手持式控制器202在空间中运动时，影像撷取装置204可以撷取到点光源212的运动的轨迹，并且输出一检测信号给主机装置206。借此，主 机装置206就可以计算出手持式控制器202在空间中的运动模式。 

在互动式控制系统200中，由于手持式控制器202上只安装了一个点光源212，因此只有在手持式控制器202在空间中移动时，主机装置206才可以辨识。若是手持式控制器202仅在原位旋转，则主机装置206就无法辨识。因此，在手持式控制器202上，还需要安装陀螺仪。当手持式控制器202在运动时，陀螺仪会输出对应的检测信号给主机装置206，以使主机装置206能够成功地辨识手持式装置202在空间运动的状态。 

由上可知，无论是何种形式的互动式控制系统，都需要有特定的手持式装置。因此，当手持式装置损坏时，则互动式控制系统即无法正常的运作。 

发明内容

因此，本发明提供一种互动式控制系统，可以不用特殊的手持式装置，即可实现互动式的操作。 

另外，本发明也提供一种主机装置和一种主机装置的控制方法，可以允许使用者以互动的模式进行操作。 

此外，本发明更提供一种物体的动态检测方法，可以检测一物体在空间中运动的轨迹。 

本发明提供互动式控制系统，包括光源模组、影像撷取装置和处理单元。光源模组会朝一检测范围投射一图样，而影像撷取装置则撷取此检测范围中的影像，并产生一影像资讯的串流给处理单元。借此，处理单元会将目前所撷取到的影像资讯减去检测范围的背景影像资讯，而获得一相减后的影像资讯，用来判断检测范围中是否出现一物体。当处理单元判断检测范围内出现物体时，则依据物体朝向该光源模组的一表面上所显现该图样的变化，来计算物体的动态，并产生对应的控制指令给一主机装置。 

本发明也提供一种主机装置，包括控制模组、光源模组、影像撷取装置和处理单元。光源模组会朝一检测范围投射一图样，而影像撷取装置则撷取此检测范围中的影像，并产生一影像资讯的串流给处理单元。借此，处理单元会将目前所撷取到的影像资讯减去检测范围的背景影像，而获得一相减后的影像资讯，以判断检测范围中是否出现一物体。当处理单元判断检测范围内出现物体时，则依据物体朝向该光源模组的一表面上所显现该图样的变化，来计算物体的动态，并产生对应的控制指令给控制模组。因此，控制模组就可以依据此控制指令来控制该主机装置的运作。 

在本发明的一实施例中，光源模组包括镭射二极管、以及绕射光学元件或微机电光学元件。其中，绕射光学元件或微机电光学元件会配置在镭射二极管所发射的镭射光束的路径上。借此，绕射光学元件或微机电光学元件就会将镭射光束转换成具有上述图样的面光源。 

另外，本发明还提供一种主机装置的控制方法，包括向一检测范围投射一图样，并且产生一影像资讯的串流，以建构检测范围内的一背景影像资讯。接着，将目前所撷取到的影像资讯减去背景影像资讯，而获得一相减后的影像资讯，以判断检测范围内是否出现一物体。当检测范围内出现有物体时，则依据物体的一表面上所呈现的图样的变化，来计算物体的动态，并且产生对应的控制指令给主机装置，使得主机装置会依据此控制指令而运作。 

在本发明的一实施例中，上述的图样包括多条朝一预设方向延伸的平行线条。 

从另一观点来看，本发明更提供一种物体的动态检测方法，包括向一检测范围投射一图样，并且撷取检测范围内反射此图样所呈现的影像，而产生一影像资讯的串流，其中影像资讯具有多个像素。接着，将目前 所撷取到的影像资讯减去背景影像资讯，而获得一相减后的影像资讯，并且检测相减后的影像资讯中每一像素的灰阶值。当像素至少其中之一的灰阶值的绝对值大于一预设门槛值时，则判断物体出现在该检测范围中具有绝对值大于预设门槛值的灰阶值的像素所对应的位置。另外，依据该相减后的影像资讯内灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素位置的变化，来判断物体的移动轨迹。 

由于本发明是朝检测范围投射一图样，并且依据在预设范围内的物体的一表面上所呈现的图样的变化，来检测物体的移动轨迹。因此，本发明不需要特殊的手持式装置，就可以实现互动式的控制技术。 

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。 

附图说明

图1绘示为一种现有的互动式控制系统的方块图。 

图2绘示为另一种现有的互动式控制系统的方块图。 

图3绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种互动式控制系统的方块图。 

图4绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种光源模组所投射的图样的示意图。 

图5绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种在相减的影像资讯中显示灰阶值的绝对值大于一预设门槛值的像素的示意图。 

图6A绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种在相减的影像资讯中显示灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素朝左移动的示意图。 

图6B绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种在相减的影像资讯中显示灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素朝右移动的示意图。 

图7绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种在相减的影像资讯中 显示灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素区域中线条变粗的示意图。 

图8绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种控制模组的系统方块图。 

图9绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种主机装置的控制方法的步骤流程图。 

【主要元件符号说明】 

100、200、302：互动式控制系统          102、312：光源模组 

104、202：手持式控制器                 106、206：主机装置 

112：影像感测器                        204：影像撷取装置 

212：点光源          300：主机装置     304：控制模组 

314：影像撷取装置    316：处理单元     322：镭射二极管 

324：绕射光学元件    326：镭射光束     330：物体 

502：区域            802：储存单元     804：晶片组 

806：中央处理器      808：传输接口模组 812：作业系统(OS) 

814：应用程序(AP)    A1：检测范围      INS：控制指令 

S902、S904、S906、S908、S910、S912、S914、S916：主机装置的控制方法的步骤流程 

具体实施方式

图3绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种主机装置的方块图。请参照图3，本实施例所提供的主机装置300，例如是电脑系统或游戏机，其包括了互动式控制系统302和控制模组304。在本实施例中，互动式控制系统302包括光源模组312、影像撷取装置314和处理单元316。其中，光源模组312可以朝向一检测范围A1投射一图样，例如图4所示。在本实施例中，光源模组312所投射的图样，可以是多条朝一预设方向延伸的平行线条。 

请继续参照图3，在本实施例中，光源模组312包括镭射二极管322和绕射光学元件324。在另外的实施例中，绕射光学元件324也可以利用微机电光学元件来取代，本发明并不限制。当镭射二极管322发出的镭射光束326到达绕射光学元件324时，会在其中产生绕射线向，而产生类似图4所示的图样。此时，光源模组312就会将此图样投射到检测范围A1中。 

另一方面，影像撷取装置314可以是CCD、金氧半导体影像感测元件或是摄影机，其会撷取预设范围A1中的影像，而输出影像资讯IMG的串流给处理单元316。在本实施例中，处理单元316可以是单晶片、内嵌式系统、中央处理器、电脑系统或软件程序，本发明并不限制。当处理单元316接收到影像资讯IMG的串流后，若是发现在一预设时间内，影像资讯IMG都没有发生变化，则处理单元316会认定在此预设时间内所撷取到的影像资讯IMG，就是预设范围内的背景影像资讯。此时，处理单元316就会储存此背景影像资讯。 

当处理单元316取得预设范围A1的背景影像资讯后，会将新取得的影像资讯IMG减去背景影像资讯，而获得相减后的影像资讯，以判断在检测范围A1中，是否出现物体330。当处理单元316发现检测范围A1内出现物体330时，则依据该物体朝向光源模组312的表面上所呈现图样的变化，来计算物体的动态，并且产生对应的控制指令INS给控制模组304。 

更详细地说，由于影像撷取装置314所撷取的影像资讯IMG具有多个像素，因此若是目前所获得的影像资讯IMG与背景影像资讯相同，也就是说在检测范围A1内没有任何的物体出现，相减后的影像资讯中所有像素的灰阶值的绝对值都会小于一预设门槛值。因此，当处理单元316发现，在相减后的影像资讯中，有部分像素的灰阶值的绝对值大于预设 门槛值时，例如图5所示的区域502，则判断在灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素所对应的位置(也就是区域502的位置)出现一物体330。 

当灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素区域502的位置移动时，例如在图6A中，灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素区域502的位置朝左移动。相对地，在图6B中，灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素区域502的位置则是朝右移动。此时，处理单元316会依据灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素区域502的位置的变化，而判断物体330在检测范围A1是朝左移动或朝右移动，并且会输出对应的控制指令I NS给控制模组304。 

另外，当处理单元316发现，在灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素区域502中的线条变粗时，则代表物体330是接近一参考点O。此时，处理单元316也会输出对应的控制指令INS给控制模组304。相对地，当物体330远离参考点O时，则灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素区域502中的线条会变细。 

当控制模组304接收到控制指令INS时，就会依据控制指令INS而控制主机装置300的运作。图8绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种控制模组的系统方块图。本领域普通技术人员应当知道，本实施例所提供的控制模组的架构，仅仅是用来说明本发明的运作，并非用来限定本发明。因此，不同控制模组的架构并不会影响本发明的精神。 

请参照图8，在本实施例中的控制模组304中，包括了储存单元802、晶片组804和中央处理器806。储存单元802可以是电可擦除记忆体，例如是快闪记忆体。在另外一些实施例中，储存单元802则可以利用硬碟来实现。在储存单元802中，则可以安装作业系统(OS)812和应用程序(AP)814。 

另外，晶片组804还可以耦接一传输接口模组808，并且可以透过传 输接口模组808与处理单元316连线，以接收控制指令INS。在一些实施例中，传输接口模组808可以透过一些汇流排接口或是通用接口而连线至处理单元316。在另外的实施例中，传输接口模组808则可以透过一些网络接口，例如网际网络或是区域网络而与处理单元316连线。 

当处理单元316传送控制指令INS到控制模组304时，会先送到传输接口模组808。此时，晶片组804会透过传输接口模组808取得此控制指令INS，并且将其交由作业系统812和应用程序814进行处理。因此，作业系统812可以依据控制指令INS，而控制中央处理器806进行相关的运算和处理，以控制主机装置300的运作。 

图9绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种主机装置的控制方法的步骤流程图。请参照图9，本实施所提供的控制方法首先如步骤S902所述，向一检测范围投射一图样。接着，如步骤S904所述，撷取检测范围中的影像，并且产生一影像资讯的串流。借此，就可以进行步骤S906，就是依据影像资讯的串流而建立检测范围内的背景影像资讯。另外，如步骤S908所述，将目前所撷取到的影像资讯减去背景影像资讯，而获得一相减后的影像资讯，用来判断在检测范围内是否出现有物体。当判断检测范围内出现物体时，则进行步骤S912，就是依据物体的一表面上所呈现图样的变化，来计算物体在空间中的动态。 

更详细地来看步骤S910，其包括进行步骤S912，就是判断在相减后的影像资讯中，是否有出现灰阶值的绝对值大于一预设门槛值的像素。若是在相减后的影像资讯中，发现有灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素时(就是步骤S912中所标示的“是”)，则如步骤S914所述，判断一物体出现在检测范围内。此时，就可以进行步骤S916，就是依据灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素位置的变化，而判断物体在空间中的移动轨迹，并且输出对应的控制指令来控制主机装置。 

综上所述，在本发明中，是依据投射在物体上的图样影像的变化，来判断物体的动态，因此本发明不需要特别的手持装置，就可以进行互动式的操控。由此可知，本发明可以降低硬体的成本。 

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定为准。 

Claims (10)

1.一种互动式控制系统，其特征在于包括：

光源模组，朝一个检测范围投射一个图样；

影像撷取装置，撷取该检测范围中的影像，并产生影像资讯的串流；以及

处理单元，耦接该影像撷取装置，以将目前所撷取到的影像资讯减去该检测范围的背景影像，而获得相减后的影像资讯，来判断检测范围中是否出现一个物体，而当该检测范围内出现该物体时，则该处理单元依据该物体朝向该光源模组的表面上所显现该图样的变化，来计算该物体的动态，并产生对应的控制指令给主机装置。

2.如权利要求1所述的互动式控制系统，其特征在于：该光源模组包括：

一个镭射二极管，发出一个镭射光束；以及

一个绕射光学元件或一个微机电光学元件，配置在该镭射光束行进的路径上，以将镭射光束转换成具有该图样的面光源。

3.如权利要求1所述的互动式控制系统，其特征在于：该影像撷取装置为摄影机、电荷耦合元件、金氧半导体影像感测器。

4.一种主机装置，其特征在于包括：

一个控制模组；

一个光源模组，朝一个检测范围投射图样；

一个影像撷取装置，撷取该检测范围中的影像，并产生影像资讯的串流；以及

一个处理单元，耦接该影像撷取装置，以将目前所撷取到的影像资讯减去该检测范围的背景影像，而获得相减后的影像资讯，来判断检测范围中是否出现一个物体，而当该检测范围内出现该物体时，则该处理单元依据该物体朝向该光源模组的表面上所显现该图样的变化，来计算该物体的动态，并产生对应的控制指令给该控制模组，使得该控制模组依据该控制指令来控制该主机装置的运作。

5.如权利要求4所述的主机装置，其特征在于：该光源模组包括：

一个镭射二极管，发出一个镭射光束；以及

一个绕射光学元件或一微机电光学元件，配置在该镭射光束行进的路径上，以将镭射光束转换成具有该图样的面光源。

6.一种主机装置的控制方法，其特征在于包括下列步骤：

向一个检测范围投射一个图样；

撷取该检测范围内的影像，而产生影像资讯的串流，以建构该检测范围内的背景影像资讯；

将目前所撷取到的影像资讯减去该背景影像资讯，而获得相减后的影像资讯，以依据该相减后的影像资讯来判断该检测范围内是否出现一个物体；以及

当该检测范围内出现该物体时，则依据该物体的表面上所呈现该图样的变化，来计算该物体的动态，并产生对应的控制指令给该主机装置，以使该主机装置依据该控制指令而运作。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于：该图样为多个朝一个预设方向延伸的平行线条。

8.一种物体的动态检测方法，其特征在于包括下列步骤：

向一个检测范围投射一个图样；

撷取该检测范围内反射该图样所呈现的影像，而产生影像资讯的串流，其中该影像资讯具有多个像素；

将目前所撷取到的影像资讯减去该背景影像资讯，而获得相减后的影像资讯；

检测该相减后的影像资讯中每一个该些像素的灰阶值；

当该些像素至少其中之一的灰阶值的绝对值大于预设门槛值时，则判断一个物体出现在该检测范围中具有灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素所对应的位置；以及

依据该相减后的影像资讯内灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素位置的变化，来判断该物体的移动轨迹。

9.如权利要求8所述的检测方法，其特征在于：该图样为多个朝一预设方向延伸的平行线条。

10.如权利要求9所述的检测方法，其特征在于：更包括依据该相减后的影像资讯中灰阶值的绝对值大于预设门槛值的像素的数目，来判断该物体的表面所呈现出该些线条的粗细变化，

其中当该影像撷取装置上所显示该些线条的影像愈粗，则判断该物体离参考点愈近，以及

当该影像撷取装置上所显示该些线条的影像愈细，则判断该物体离参考点愈远。

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