CN103472825A

CN103472825A - 一种基于摄像头的亮点追踪系统及其方法

Info

Publication number: CN103472825A
Application number: CN2013103884921A
Authority: CN
Inventors: 黄涌; 高怀志; 薛源
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2013-12-25

Abstract

本发明公开了一种基于摄像头的亮点追踪系统及其方法，包括普通摄像头和阈值比较模块，亮点发生器，控制模块。所述摄像头连接控制模块；其中亮点发生器可以是激光点或者其他亮点，控制模块有单片机和运动控制部分。摄像头至少为一个，可随阈值比较模块和控制模块在一起也可不在一起；所述亮点可以一个或多个，均可以被摄像头捕捉到。本发明公开的亮点追踪系统简单高效可靠地实现了摄像头对亮点的识别，运动系统追踪亮点的功能，避免了利用复杂的图像处理算法，同时降低了系统开发成本，还容易实现动态亮点识别和亮点绘图等多种高级功能，作为人机交互的一种新状态。

Description

一种基于摄像头的亮点追踪系统及其方法

技术领域

本发明涉及到基于摄像头软件驱动，单片机应用集成电路，电机硬件驱动，属于摄像头识别，运动控制领域。

背景技术

在现代生活中，一方面人们所用的各种遥控玩具车，都是基于RF射频或有线手拿遥控手柄来实现控制的，从而在用户不运动下即可实现对玩具或设备的使用；另一方面一般目标追踪依赖图像识别算法；其他，在人机交互方面上一般都要使用键盘，鼠标，触摸屏等随着手接触使之运动而与机器交换信息。

上述情况导致了以下几个方面的问题：(1)用户往往由于不小心或粗心或随意放置遥控器，使得真正使用时控制器难以找到，给使用增添了麻烦；而且有些小孩子不会使用遥控器，或者不情愿用，同时还想和玩具进行交互，这时就会产生麻烦；(2)已有的目标追踪基于摄像头的部要有很复杂的算法，软件成本往往加大；(3)再做一些人机交互时，比如说讲台讲课或者离着设备较远等情况时，无法接触一些传统输入设备时，同样会产生麻烦。在这些情况下，产生了一些新的想法和一些制作，这个发明就可以应用在激光点运动产生一些新的输入状态，然后让这些输入状态与原有传统输入设备相联系。

发明内容

本发明公开了一种基于摄像头的亮点追踪系统，所述系统包括普通摄像头和阈值比较模块，亮点发生器，控制模块。所述摄像头连接控制模块；其中普通摄像头是模拟或数字摄像头，亮点发生器可以是激光点或者其他亮点，控制模块有单片机和运动控制部分。摄像头为至少一个，可随阀值比较模块和控制模块在一起也可不在一起；所述亮点可以一个或多个，均可以被摄像头捕捉到。

基于摄像头设备实现对亮点的识别功能，并有随动系统，由于发出亮点的设备，包括手电筒，手机，激光笔是日常生活中人们常用的电子装置，可以免除了寻找遥控的尴尬，并且还会有一些纽扣似的亮点发生器，可穿戴，便于儿童穿戴玩耍。本发明的系统容易摄像头识别功能，大大降低开发成本。同时本发明的系统可以实现一种新的交互方式，并可以依据亮点的运动状态实现一些鼠标和键盘输入功能。

为实现上述目的，本发明是通过下述技术方案实现的：

基于摄像头的亮点追踪系统，包括普通摄像头和阀值比较模块，亮点发生器，控制模块。摄像头至少为一个，可随阈值比较模块和控制模块在一起也可不在一起；所述亮点至少一个，均可以被摄像头捕捉到。之后有运动系统跟随运动。

上述系统的工作原理是：亮点在摄像头识别范围时，摄像头受到MCU指令控制，发出每个像素点的颜色信息，随后和比较模块的阈值进行比较，MCU系统记录比较模块输出的0或1，然后在通过算法控制运动系统运动，原理图见附图1。

本领域技术人员可以认为，为了使运动系统运动或者软件描绘图像运动状态，需要在MCU或者其他PC嵌入式系统中安装对应的软件的操作代码模块。

进一步的，为了实现类似于键盘的输入功能，鼠标等传统设备的输入方式，改进后的系统上还需装有亮点运动描绘软件或算法，不同的运动状态对应着不同的传统输入方式的编码。通过按照预先定义好的规则将运动状态进行编码，例如使用光点向右移动一段距离代表鼠标输入左键所对应的编码等，此种对应关系预先设置在系统中。

上述改进结构的工作原理是：从摄像头识别到亮点运动信号，MCU开始记录运行轨迹，软件算法中根据运行轨迹匹配输入指令。这样来实现亮点遥控输入功能。

基于上述系统，本发明还公开了基于摄像头的光点跟随电机控制的方法，包括下述步骤：

(1)MCU获取摄像头中光点在所有像素点中的位置，例如320*240像素，亮点位置在(130，120)的像素点上；

(2)计算亮点所在像素点与原点的相对位胃信息，例如定义原点在(160，0)的像素点上，于是偏差为(-30，120)，X所对应的负的代表在左半平面，车应向左运动，正的反之；Y所对应的是距离，越大运动速度应越快，详情见附图2。另外一种方法是计算偏差角度和距原点的距离，也就是会有一个极坐标概念，例如偏差所得到后计算X/Y＝-0.25，半径124，详情见附图3。

(3)运动可以是舵机控制方向，或者是双电机差速运动方向控制，根据(2)所述得到的信息给舵机不同频率控制或者两电机不同PWM控制，随后实时控制，运动系统跟踪光点。

通过上述过程，即可将亮点作为一种输入位置的运动系统进行跟踪操作，实现实时运动跟踪控制操作。

附图说明

通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中：

图1为本发明的基于摄像头的亮点追踪系统原理示意图。

图2为本发明的亮点与原点的相对位置笛卡尔坐标示意图。

图3为本发明的亮点与原点的相对位置极坐标示意图。

具体实施方式

在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。

在下述实施例及附图中，申请人提供了具有一个摄像头，一个亮点，一套控制系统的示例，采用其他数目或在其他位置上任意安装摄像头和亮点发生器都是可行的，依据发明内容。

本领域技术人员可以理解，对于整个系统而言，其亮点发生器部件可为手机手电筒，激光笔，可穿戴式钮扣光点发生器(可夹在鞋上等)；摄像头就为普通的摄像头；MCU，比较器，电机驱动等都用市场上比较成熟的电子元件搭建而成。

根据目前的技术现状，通常可以应用本发明的主机是高级儿童玩具，智能家居系统，智能识别系统，但是随着人们生活的发展，在其它需要有人机交互输入的产品上，应用本发明的系统也是可行的。

参考图1，本发明的基于摄像头的亮点追踪的硬件原理系统，在主板上安装有图像处理比较模块，一个微控制器和一个电机驱动模块，另外还有一个传感部分的摄像头，固定或者不固定均可。

参考图2，本发明的系统的运动追踪控制方法，如图根据亮点位置的笛卡尔坐标系来计算输出两电机驱动PWM值，使之进行实时跟踪运动。绝对原点如图，相对原点在(160，0)的像素点上，定位相对位置(0，0)，于是偏差为(-30，120)，也就是相对位置。X所对应的负的代表在左半平面，车应向左运动，正的反之；Y所对应的是距离，越大运动速度应越快。

参考图3，本发明的系统的运动追踪控制方法，另外一种方法是计算极坐标，引入极坐标概念，如图示意偏差所得到后计算X/Y＝-0.25，半径124。之后原理和上述参考图2类似。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于摄像头的亮点追踪系统，其特征在于：所述系统包括普通摄像头和阈值比较模块，亮点发生器，控制模块；所述摄像头连接控制模块；其中普通摄像头是模拟或数字摄像头，亮点发生器可以是激光点或者其他亮点，控制模块有单片机和运动控制部分；摄像头为至少一个，可随阈值比较模块和控制模块在一起也可不在一起；所述亮点可以一个或多个，均可以被摄像头捕捉到。

2.根据权利要求1所述的基于摄像头的亮点追踪系统，其特征在于：其中普通摄像头是模拟或数字摄像头；摄像头、阈值比较模块、控制模块安装在一起，同时进行运动，或者摄像头固定在一位置上，其他的在一起运动；亮点发生器可以单独安装在便携手持或穿戴设备上。

3.根据权利要求1或2所述的基于摄像头的亮点追踪系统，其特征在于：所述阈值比较模块既可以是数字比较电路也可以是模拟比较电路，用于比较数字摄像头或者模拟摄像头发出的像素点的颜色数据。

4.根据权利要求1或2所述的基于摄像头的亮点追踪系统，其特征在于：所述亮点可以一个或多个，均可以被摄像头捕捉到，且可根据控制模块相应软件参数调整追踪哪一个或那一部分亮点。

5.根据权利要求4所述的基于摄像头的亮点追踪系统，其特征在于所述根据捕捉后的亮点，可以调节运动速度。

6.一种基于摄像头的亮点追踪系统的方法，其特征在于包括下述步骤：(1)亮点持续的发出光亮且在摄像头照射范围内，安装在主控制板上的摄像头接收亮点信号；(2)摄像头模块根据控制模块初始化信息，输出各像素点颜色数据，这些数据随后进入比较模块和阈值比较，输出1或0；(3)MCU记录这些0、1值，经过简洁算法确定亮点位置坐标；(4)根据其位置坐标，设定运动状态。