CN103020616B - 一种手持设备空间位置的检测方法及其手持设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手持设备空间位置的检测方法，包括步骤：第一步：连续采集所述手持设备外部的多帧图像;第二步：实时将采集的前后两帧图像进行匹配比较，获得前后两帧图像的相同图像区域；第三步：获取所述相同图像区域的空间位置变化值，然后作为手持设备的空间位置变化值。本发明公开的一种手持设备空间位置的检测方法及其手持设备，其可以为快速、有效地为计算机等电器设备提供准确的手持设备空间位置信息，方便用户对计算机等电器设备的操作控制，提高人们的生活品质，有利于增强用户的产品使用感受，给人们带来全新的产品体验，具有重大的生产实践意义。

Description

一种手持设备空间位置的检测方法及其手持设备

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别是涉及一种手持设备空间位置的检测方法及其手持设备。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，计算机、电视机、摄像机、照相机等家用电器设备在人们日常生活中越来越普及，计算机已广泛应用于普通家庭中，已经成为人们生活不可缺少的组成部分。

近年来，随着计算机技术水准的不断提高，其基本属性功能已接近完善，人们对计算机的其他功能提高了要求，要求计算机产品加容易控制，更贴近生活，拥有更多实用的功能。

目前，为了对计算机进行控制，人们通常需要使用鼠标，目前的鼠标包括传统的光电鼠标和新研发的空间鼠标。对于传统的光电鼠标，其在使用时必须将鼠标放置在平面上，而且平面粗糙程度也会影响鼠标的定位，定位精度低。而对于现有的空间鼠标，其是基于加速度传感器与陀螺仪来进行位移的判断，从而实现控制鼠标光标移动的功能，由于空间鼠标主要是通过加速度传感器和陀螺仪自身的特性进行定位，而没有外界固定参考点参考，所以定位困难，定位精度低。

因此，目前迫切需要开发出一种装置，其可以快速、有效地为计算机等电器设备提供准确的空间位置信息，方便用户对计算机等电器设备的操作控制，提高人们的生活品质。有利于增强用户的产品使用感受，给人们带来全新的产品体验，具有重大的生产实践意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种手持设备空间位置的检测方法及其手持设备，其可以为快速、有效地为计算机等电器设备提供准确的空间位置信息，方便用户对计算机等电器设备的操作控制，提高人们的生活品质，有利于增强用户的产品使用感受，给人们带来全新的产品体验，具有重大的生产实践意义。

为此，本发明提供了一种手持设备空间位置的检测方法，包括步骤：

第一步：连续采集所述手持设备外部的多帧图像;

第二步：实时将采集的前后两帧图像进行匹配比较，获得前后两帧图像的相同图像区域；

第三步：获取所述相同图像区域的空间位置变化值，然后作为手持设备的空间位置变化值。

其中，所述第二步具体包括以下步骤：

对所述前后两帧图像分别进行灰度化处理，获得前后两帧图像对应的灰度图像；

获取所述灰度图像的形状特征和/或纹理特性；

将所述灰度图像的形状特征和/或纹理特性进行匹配比较，截取所述灰度图像中形状特征和/或纹理特性相似程度达到预设数值范围的图像区域，作为前后两帧图像的相同图像区域。

其中，在获取所述灰度图像的形状特征和/或纹理特性之前还包括子步骤：以预设灰度阀值对所述前后两帧灰度图像进行二值化处理。

其中，所述第三步具体为：

选取前后两帧图像的相同图像区域中的预设位置点，然后计算两者之间的坐标位置差值，最终获取所述相同图像区域的空间位置变化值。

其中，所述预设位置点为前后两帧图像的相同图像区域的中心点。

此外，本发明还提供了一种手持设备，包括：

图像采集单元，用于连续采集所述手持设备外部的多帧图像，然后发送给主控单元；

主控单元，与图像采集单元相连接，用于接收所述图像采集单元发送的多帧图像，并且实时将前后两帧图像进行匹配比较，获得前后两帧图像的相同图像区域，然后获取所述相同图像区域的空间位置变化值作为手持设备的空间位置变化值，然后输出给外部电器设备。

其中，所述主控单元具体包括灰度化处理子单元、二值化处理子单元和匹配比较子单元，其中：

灰度化处理子单元，用于对所述前后两帧图像分别进行灰度化处理，获得前后两帧图像对应的灰度图像，然后发送给二值化处理子单元；

二值化处理子单元，与灰度化处理子单元相连接，用于以预设灰度阀值对所述灰度化处理子单元发送的灰度图像进行二值化处理，获取所述灰度图像的形状特征和/或纹理特性，然后发送给匹配比较子单元；

匹配比较子单元，与二值化处理子单元相连接，用于将所述经过二值化处理子单元处理的前后两帧灰度图像的形状特征和/或纹理特性进行匹配比较，截取所述灰度图像中形状特征和/或纹理特性相似程度达到预设数值范围的图像区域，作为前所两帧图像的相同图像区域。

其中，所述主控单元获取所述相同图像区域的空间位置变化值的操作具体为：

选取前后两帧图像的相同图像区域中的预设位置点，然后计算两者之间的坐标位置差值，最终获取所述相同图像区域的空间位置变化值。

其中，所述预设位置点为前后两帧图像的相同图像区域的中心点。

其中，所述图像采集单元包括至少一个摄像头；

所述主控单元为所述手持设备的中央处理器CPU、数字信号处理器DSP或者单片机MCU。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供的一种手持设备空间位置的检测方法及其手持设备，其可以通过对前后获取的手持设备外面图像进行匹配比较，获得相同图像区域的空间位置变化值，以该相同图像区域的空间位置变化值作为手持设备的空间位置变化值，发送给外部电器设备使用，因此可以实现对手持设备空间位置变化的检测，为快速、有效地为计算机等电器设备提供准确的手持设备空间位置信息，从而方便用户对计算机等电器设备的操作控制，提高人们的生活品质，有利于增强用户的产品使用感受，给人们带来全新的产品体验，具有重大的生产实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种手持设备空间位置的检测方法的流程图；

图2为本发明提供的一种手持设备的结构示意图；

图3为本发明提供的一种手持设备实施例一的结构示意图；

图4为本发明提供的一种手持设备实施例二的结构示意图。

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，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，本发明提供了一种手持设备空间位置的检测方法，其包括以下步骤：

步骤S101：连续采集所述手持设备外部的多帧图像;

步骤S102：实时将采集的前后两帧图像进行匹配比较，获得前后两帧图像的相同图像区域（例如为形状相似匹配或者完全相同的图像区域）；

步骤S103：获取所述相同图像区域的空间位置变化值，然后作为手持设备的空间位置变化值，

在本发明中，所述手持设备可以为手机、平板电脑、数码相机等任意一种电器设备。具体实现上，所述手持设备可以为具有鼠标形状的设备。

在步骤S101中，具体可以通过图像采集单元（例如光电耦合器CCD图像传感器）来实时连续采集所述手持设备外部的图像信息。

在本发明中，所述步骤S102具体包括以下步骤：第一步：对所述前后两帧图像分别进行灰度化处理，获得前后两帧图像分别对应的灰度图像；

第二步：以预设灰度阀值对所述灰度图像进行二值化处理（目的在于去除灰度小于该预设灰度阀值的图像背景，保留大于或者等于该预设灰度阀值的图像），获取所述灰度图像的形状特征和/或纹理特性；

第三步：将所述灰度图像的形状特征和/或纹理特性进行匹配比较，截取所述灰度图像中形状特征和/或纹理特性相似程度达到预设数值范围的图像区域，作为前后两帧图像的相同图像区域（例如为形状相匹配的图像区域）。

在第一步中，可以通过分量法、最大值法、平均值法和加权平均法来对图像画面进行灰度化处理。本发明优选为采用加权平均法。

需要说明的是，加权平均法根据重要性及其它指标，将RGB三个分量以不同的权值进行加权平均。由于人眼对绿色的敏感最高，对蓝色敏感最低，因此，对RGB三分量进行加权平均能得到合理的灰度图像。

在第二步中，对灰度图像进行二值化得到二值图，所述预设灰度阀值可以根据用户的需要进行任意设定。在阀值的选择上使用自适应方式，例如使用最大类间方差阀值Otus和最小错误阀值Kittler等经典的算法进行分割阀值的选取。

在第三步中，具体实现上，所述预设数值范围可以根据用户和手持设备生产厂家的需要预先进行设定，例如可以为80%~100%。

在本发明中，所述步骤S103具体包括以下步骤：

选取前后两帧图像的相同图像区域中的预设位置点，然后计算两者之间的坐标位置差值，最终获取所述相同图像区域的空间位置变化值，即获得手持设备的空间位置变化值。

在本发明中，具体实现上，所述预设位置点可以根据用户的需要预先进行设定，例如可以为前后两帧图像的相同图像区域中位置相同的点。

例如，假设前后两帧图像的相同图像区域中的预设位置点，在前后帧图像的坐标位置分别为（X1，Y1）和（X2，Y2），那么两者之间的坐标位置差值分别为X1-X2和Y1-Y2，该坐标位置差值即为前后两帧图像中相同图像区域的空间位置变化值，即为手持设备的空间位置变化值。

具体实现上，所述预设位置点优选为前后两帧图像的相同图像区域的中心点。首先，将前后两帧图像的相同图像区域中所有像素点的坐标分别相加并计算平均值，获得前后两帧图像的相同图像区域中的中心点坐标，然后计算两个中心点坐标之间的坐标位置差值，该坐标位置差值即为前后两帧图像中相同图像区域的空间位置变化值，即为手持设备的空间位置变化值。

需要说明的是，在步骤S103中，还包括子步骤：如果前后两帧图像的相同图像区域存在多个，那么获取所述多个相同图像区域的空间位置变化值的平均值，以该平均值作为手持设备的空间位置变化值，然后输出给外部电器设备。

因此，对于本发明提供的一种手持设备空间位置的检测方法，其可以通过对前后获取的手持设备外面图像进行匹配比较，获得相同图像区域的空间位置变化值，以该相同图像区域的空间位置变化值作为手持设备的空间位置变化值，发送给外部电器设备使用，因此可以实现对手持设备空间位置变化的检测，为快速、有效地为计算机等电器设备提供准确的手持设备空间位置信息。

参见图2，基于上述本发明提供的一种手持设备空间位置的检测方法，本发明还提供了一种手持设备，其包括图像采集单元201和主控单元202，其中：

图像采集单元201，用于连续采集所述手持设备外部的多帧图像，然后发送给主控单元；

主控单元202，与图像采集单元201相连接，用于接收所述图像采集单元201发送的多帧图像，并且实时将前后两帧图像进行匹配比较，获得前后两帧图像的相同图像区域（例如为形状相似匹配或者完全相同的图像区域），然后获取所述相同图像区域的空间位置变化值作为手持设备的空间位置变化值，然后输出给外部电器设备，从而快速、有效地为计算机等电器设备提供准确的手持设备空间位置信息。

在本发明中，所述手持设备可以为手机、平板电脑、数码相机等任意一种电器设备。具体实现上，所述手持设备可以为具有鼠标形状的设备。

在本发明中，具体实现上，所述图像采集单元可以包括至少一个摄像头。此外，所述图像采集单元具体可以为所述手持设备上具有的包括图像传感器在内的图像采集部件，例如可以为CCD（电荷耦合器件）图像传感器。

在本发明中，对于所述主控单元202，为了实时将前后两帧图像进行匹配比较，获得前后两帧图像的相同的图像区域，参见图3，具体包括灰度化处理子单元2021、二值化处理子单元2022和匹配比较子单元2023，其中：

灰度化处理子单元2021，用于对所述前后两帧图像分别进行灰度化处理，获得前后两帧图像对应的灰度图像，然后发送给二值化处理子单元2022；

二值化处理子单元2022，与灰度化处理子单元2021相连接，用于以预设灰度阀值对所述灰度化处理子单元2021发送的灰度图像进行二值化处理（目的在于去除灰度小于该预设灰度阀值的图像背景，保留大于或者等于该预设灰度阀值的图像），获取所述灰度图像的形状特征和/或纹理特性，然后发送给匹配比较子单元2023；

匹配比较子单元2023，与二值化处理子单元2022相连接，用于将所述经过二值化处理子单元2022处理的前后两帧灰度图像的形状特征和/或纹理特性进行匹配比较，截取所述灰度图像中形状特征或纹理特性相似程度达到预设数值范围的图像区域，作为前所两帧图像的相同图像区域（例如为形状相匹配的图像区域）。

在灰度化处理子单元2021中，可以通过分量法、最大值法、平均值法和加权平均法来对图像画面进行灰度化处理。本发明优选为采用加权平均法。

需要说明的是，加权平均法根据重要性及其它指标，将RGB三个分量以不同的权值进行加权平均。由于人眼对绿色的敏感最高，对蓝色敏感最低，因此，对RGB三分量进行加权平均能得到合理的灰度图像。

在二值化处理子单元2022中，对灰度图像进行二值化得到二值图，所述预设灰度阀值可以根据用户的需要进行任意设定。在阀值的选择上使用自适应方式，例如使用最大类间方差阀值Otus和最小错误阀值Kittler等经典的算法进行分割阀值的选取。

在匹配比较子单元2023中，具体实现上，所述预设数值范围可以根据用户和手持设备生产厂家的需要预先进行设定，例如可以为80%~100%。

在本发明中，对于所述主控单元202，为了获取所述相同图像区域的空间位置变化值，具体操作为：

选取前后两帧图像的相同图像区域中的预设位置点，然后计算两者之间的坐标位置差值，最终获取所述相同图像区域的空间位置变化值，即获得手持设备的空间位置变化值。

在本发明中，具体实现上，所述预设位置点可以根据用户的需要预先进行设定，例如可以为前后两帧图像的相同图像区域中位置相同的点。

例如，假设前后两帧图像的相同图像区域中的预设位置点，在前后帧图像的坐标位置分别为（X1，Y1）和（X2，Y2），那么两者之间的坐标位置差值分别为X1-X2和Y1-Y2，该坐标位置差值即为前后两帧图像中相同图像区域的空间位置变化值，即为手持设备的空间位置变化值。

具体实现上，所述预设位置点优选为前后两帧图像的相同图像区域的中心点。首先，将前后两帧图像的相同图像区域中所有像素点的坐标分别相加并计算平均值，获得前后两帧图像的相同图像区域中的中心点坐标，然后计算两个中心点坐标之间的坐标位置差值，该坐标位置差值即为前后两帧图像中相同图像区域的空间位置变化值，即为手持设备的空间位置变化值。

需要说明的是，对于所述主控单元，如果前后两帧图像的相同的图像区域存在多个，那么获取所述多个相同图像区域的空间位置变化值的平均值，以该平均值作为手持设备的空间位置变化值，然后输出给外部电器设备。

此外，参见图4，对于本发明提供的手持设备，还包括有图像存储单元203，所述图像存储单元203与所述图像采集单元相连接，所述图像存储单元203与所述主控单元202集成设置在一起，用于实时存储所述图像采集单元发送的多帧图像，目的在于提高主控单元的数据处理运算能力。

在本发明中，所述主控单元202可以为所述手持设备的中央处理器CPU、数字信号处理器DSP或者单片机MCU。

在本发明中，所述图像存储单元203优选为非易失性随机访问存储器（Non-Volatile Random Access Memory ，NVRAM），该存储器是在断电后数据仍然能保留的半导体存储器，从而保证该图像存储单元203上面存储的信息不会因为断电而丢失。

目前，所述NVRAM存储器包括SD卡（Secure Digital Memory Card，安全数码卡）以及其他类型的闪存扩展存储卡，例如，记忆棒、多媒体卡（MMC），CF卡（Compact Flash）以及NAND闪存等。

因此，由上述技术方案可知，对于本发明提供的手持设备，与现有的鼠标相比较，不需要将设备放置于非光滑平面上，即可通过对前后获取的手持设备外面图像进行匹配比较，获得相同图像区域的空间位置变化值，以该相同图像区域的空间位置变化值作为手持设备的空间位置变化值，发送给外部电器设备使用，本发明具有定位精度和效率高的优点，其用途广，可以用于台式电脑、笔记本、平板电脑、智能电视等带显示屏的智能终端。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种手持设备，其可以通过对前后获取的手持设备外面图像进行匹配比较，获得相同图像区域的空间位置变化值，以该相同图像区域的空间位置变化值作为手持设备的空间位置变化值，发送给外部电器设备使用，因此可以实现对手持设备空间位置变化的检测，为快速、有效地为计算机等电器设备提供准确的手持设备空间位置信息，从而方便用户对计算机等电器设备的操作控制，提高人们的生活品质，有利于增强用户的产品使用感受，给人们带来全新的产品体验，具有重大的生产实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种手持设备空间位置的检测方法，其特征在于，包括步骤：

第一步：连续采集所述手持设备外部的多帧图像；

第二步：实时将采集的前后两帧图像的灰度图像的形状特征和/或纹理特性进行匹配比较，获得前后两帧图像的相同图像区域；

第三步：获取所述相同图像区域的空间位置变化值，然后作为手持设备的空间位置变化值；其中，如果前后两帧图像的相同图像区域存在多个，则获取多个相同图像区域的空间位置变化值的平均值，以该平均值作为手持设备的空间位置变化值。

2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述第二步具体包括以下步骤：

对所述前后两帧图像分别进行灰度化处理，获得前后两帧图像对应的灰度图像；

获取所述灰度图像的形状特征和/或纹理特性；

将所述灰度图像的形状特征和/或纹理特性进行匹配比较，截取所述灰度图像中形状特征和/或纹理特性相似程度达到预设数值范围的图像区域，作为前后两帧图像的相同图像区域。

3.如权利要求2所述的检测方法，其特征在于，在获取所述灰度图像的形状特征和/或纹理特性之前还包括子步骤：以预设灰度阀值对所述灰度图像进行二值化处理。

4.如权利要求1至3中任一项所述的检测方法，其特征在于，所述第三步具体为：

选取前后两帧图像的相同图像区域中的预设位置点，然后计算两者之间的坐标位置差值，最终获取所述相同图像区域的空间位置变化值。

5.如权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述预设位置点为前后两帧图像的相同图像区域的中心点。

6.一种手持设备，其特征在于，包括：

图像采集单元，用于连续采集所述手持设备外部的多帧图像，然后发送给主控单元；

主控单元，与图像采集单元相连接，用于接收所述图像采集单元发送的多帧图像，并且实时将前后两帧图像的灰度图像的形状特征和/或纹理特性进行匹配比较，获得前后两帧图像的相同图像区域，然后获取所述相同图像区域的空间位置变化值作为手持设备的空间位置变化值，然后输出给外部电器设备；

其中，如果前后两帧图像的相同图像区域存在多个，则获取多个相同图像区域的空间位置变化值的平均值，以该平均值作为手持设备的空间位置变化值。

7.如权利要求6所述的手持设备，其特征在于，所述主控单元具体包括灰度化处理子单元、二值化处理子单元和匹配比较子单元，其中：

灰度化处理子单元，用于对所述前后两帧图像分别进行灰度化处理，获得前后两帧图像对应的灰度图像，然后发送给二值化处理子单元；

二值化处理子单元，与灰度化处理子单元相连接，用于以预设灰度阀值对所述灰度化处理子单元发送的灰度图像进行二值化处理，获取所述灰度图像的形状特征和/或纹理特性，然后发送给匹配比较子单元；

匹配比较子单元，与二值化处理子单元相连接，用于将经过二值化处理子单元处理的前后两帧灰度图像的形状特征和/或纹理特性进行匹配比较，截取所述灰度图像中形状特征和/或纹理特性相似程度达到预设数值范围的图像区域，作为前所两帧图像的相同图像区域。

8.如权利要求6所述的手持设备，其特征在于，所述主控单元获取所述相同图像区域的空间位置变化值的操作具体为：

选取前后两帧图像的相同图像区域中的预设位置点，然后计算两者之间的坐标位置差值，最终获取所述相同图像区域的空间位置变化值。

9.如权利要求8所述的手持设备，其特征在于，所述预设位置点为前后两帧图像的相同图像区域的中心点。

10.如权利要求6至9中任一项所述的手持设备，其特征在于，所述图像采集单元包括至少一个摄像头；

所述主控单元为所述手持设备的中央处理器CPU、数字信号处理器DSP或者单片机MCU。