CN104981820A - 即时识别和定位对象的方法,系统与处理器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于即时识别和定位对象的方法，包括以下步骤：a)对上述对象的无线标识进行无线搜索；b)通过在每次图像捕获时旋转预定角度，来捕获上述对象的多张图像；c)通过点对点通信以基于上述对象的无线标识的中心坐标(xW，yW)，来确定上述对象的二维中心坐标(x，y)；d)根据上述对象的二维中心坐标(x，y)，对所捕获的上述对象的图像进行变换以获得上述对象的三维图案，并将上述对象的三维图案与预先存储的三维图案进行比较；以及e)如果上述对象的三维图案与预先存储的三维图案匹配，计算由上述对象的X和Y轴限定的平面与用于捕获上述对象的图像的装置所处的位置之间的距离，以确定该对象的坐标z,从而获得该对象的三维中心坐标(x，y，z)以识别和定位该对象。本发明还提供了一种使该方法可行的系统和处理器，以及上述系统的用途。

Description

即时识别和定位对象的方法,系统与处理器
技术领域
本发明通常涉及用于识别和定位对象的方法、系统和处理器，以及该系统的用途。更具体地，本发明涉及一种用于即时识别和定位对象的方法、系统和处理器以及该系统的用途，上述方法、系统和处理器能够即时定位对象并且不需要复杂的硬件和软件安装。
背景技术
在大都市里，大多数家庭的父母必需在外工作，将宝宝、宠物、儿童、老人等留在家里给管家照料。他们不能即时对对象进行查看和控制、不能接收警报并对发生在家里的事件进行监视。
目前，定位对象需要多个摄像机和/或应答器，这导致硬件成本昂贵。一般用户可能需要咨询工程师以进行硬件安装，以及借助于复杂的软件菜单对每个对象进行设置。目前市面上的一些智能家居系统允许用户输入平面图，该平面图可以轻松地找出对象的位置，并从而减少在不同位置搜索相同对象的困惑。然而，并没有指示和跟踪方式用于辨认是哪个对象以及该对象将在哪里被正确定位。大多数现有的智能家居系统仅出于监视目的使用摄像机，而通过独立于摄像机的电缆或无线技术来控制电子对象，由摄像机捕获的对象图像不用于控制该对象，因此，这些系统不能同时定位和控制真实场景中的对象。下表所示为现有系统中使用的一些技术：
由于上述技术限制，没有能够仅靠一个摄像机提供对真实场景中的对象进行即时定位、可以允许用户在定位后控制真实场景中的电子对象、并同时实现识别、定位和控制的解决方案。所以智能家居系统和其它现有的解决方案不是用户友好的，这是因为它们相当复杂，并且用户需要花费大量时间通过有线或无线网络进行硬件安装并且为每个对象进行软件设置。使用现有系统，用户不能确定对象的准确位置和瞬时场景，并趋向于混淆对象控制与源于同一对象的瞬时警报。此外，现有系统需要多个摄像机和/或应答器用于搜索和定位对象，因此需要昂贵的硬件成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明已经发展到仅使用一个摄像机对对象进行即时识别和定位而不需要复杂的硬件和软件安装，从而使得用户可以识别和定位真实场景中的对象。
本发明的这些和其它优点是通过提供一种用于即时识别和定位对象的方法来满足的，该方法包括以下步骤：
a)对上述对象的无线标识进行无线搜索；
b)通过在每次图像捕获时旋转预定角度，来捕获该对象的多张图像；
c)通过点对点通信以基于上述对象的无线标识的中心坐标(xW，yW)，来确定上述对象的二维中心坐标(x，y)；
d)根据上述对象的二维中心坐标(x，y)，对所捕获的上述对象的图像进行变换以获得上述对象的三维图案，并将上述对象的三维图案与预先存储的三维图案进行比较；以及
e)如果上述对象的三维图案与预先存储的三维图案匹配，计算由上述对象的X和Y轴限定的平面与用于捕获上述对象的图像的装置所处的位置之间的距离，以确定该对象的坐标z,从而获得该对象的三维中心坐标(x，y，z)以识别和定位该对象。
根据该用于即时识别和定位对象的方法，用户可以即时获取对象的位置，而不需要寻求硬件和软件安装的专业建议。此外，用户可以借助于摄像机的自动定位和配置对真实场景中的对象进行控制。可选地，对象的实际位置与警报一起可以通过捕获该对象的图像而被即时显示，使得用户能够立即采取任何必要的行动。
在本发明的一个优选实施方式中，步骤c还可以包括以下步骤：将所捕获的图像分割成预定数量的区域，并确定上述对象的无线标识位于哪个区域；并放大在上述对象的无线标识周围所确定的区域，并确定在放大的区域中上述对象的二维中心坐标(x，y)。
优选地，该方法还可以包括以下步骤，如果上述对象在不同图像的重叠区域中或相同图像中，则缩小用于确定该对象的二维中心坐标(x，y)的分割的区域的数量。
在本发明的一个优选实施方式中，步骤d)还包括以下步骤：将所述对象的标识与预先存储的三维图案的标识进行比较；以及对上述图像进行变换，直到上述对象的标识与预先存储的图案的标识中的一个相匹配。
优选地，该方法还可以包括以下步骤：根据上述对象的三维图案与预先存储的三维图案之间的比较，对识别上述对象的三维图案的百分比进行确定；如果识别上述对象的百分比大于或等于预定百分比，则该对象被识别；以及如果识别上述对象的百分比小于预定百分比，则分析该对象的待识别的颜色、纹理和边缘。
优选地，红外技术用于完全可见或部分可见的电子对象，射频识别技术用于非电子对象或隐藏的对象。
根据一个实施方式，如果非电子对象及其射频识别都没有被识别，则贴有射频识别标签的非电子对象的位置由上述无线搜索的边界来表示。
优选地，其中上述对象的X-Y平面与用于捕获的装置之间的距离基于信号传输速度(通过红外收发器或闪光灯发射器)或信号到达上述对象(用于射频识别读取)所需的功率消耗量进行计算。
优选地，该方法可以进一步包括实时地对电子对象进行可视化控制的步骤。
优选地，该方法可以进一步包括使用缩放功能以对上述识别进行微调的步骤。
在本发明的一个优选实施方式中，上述变换为旋转变换。
本发明的第二方面提供了一种用于即时识别和定位对象的系统，包括摄像机、服务器和处理器，其中：
摄像机被配置成与处理器进行通信，并通过在每次图像捕获时旋转预定角度来捕获对象的多张图像；
服务器配置为预先存储三维图案；
处理器被配置为对上述对象的无线标识进行无线搜索；接收来自摄像机所捕获的上述对象的图像；通过点对点通信以基于上述对象的无线标识的中心坐标(xW，yW)，来确定上述对象的二维中心坐标(x，y)；根据上述对象的二维中心坐标(x，y)，对所捕获的上述对象的图像进行变换以获得上述对象的三维图案，并将上述对象的三维图案与预先存储于服务器中的三维图案进行比较；以及如果上述对象的三维图案与预先存储的三维图案匹配，计算由上述对象的X和Y轴限定的平面与用于捕获上述对象的图像的装置所处的位置之间的距离，以确定该对象的坐标z,从而获得该对象的三维中心坐标(x，y，z)以识别和定位该对象。
本发明的第三方面提供了一种用于即时识别和定位对象的处理器，包括：
无线搜索装置，用于对上述对象的无线标识进行无线搜索；
接收装置，用于接收上述对象的多张图像，上述对象的多张图像通过在每次图像捕获时旋转预定角度进行捕获；
二维坐标确定装置，用于通过点对点通信以基于上述对象的无线标识的中心坐标(xW，yW)，来确定上述对象的二维中心坐标(x，y)；
三维图案处理装置，用于根据上述对象的二维中心坐标(x，y)，对所捕获的上述对象的图像进行变换以获得上述对象的三维图案，并将上述对象的三维图案与预先存储的三维图案进行比较；以及
三维坐标确定装置，用于如果上述对象的三维图案与预先存储的三维图案匹配，通过计算由上述对象的X和Y轴限定的平面与用于捕获上述对象的图像的装置所处的位置之间的距离，来确定上述对象的三维中心坐标(x，y，z)以识别和定位上述对象。
本发明还提供了一种用于即时识别和定位对象的系统，包括上述处理器和摄像机。
本发明的第四方面涉及根据本发明的系统的用途，用于检测对象的操作状态，并在上述对象被检测为处于打开或接通状态时，将上述对象从打开或接通状态切换到关闭或断开状态。作为替代方案，如果上述对象被检测为处于打开或接通状态，上述系统生成警报以手动地将上述对象从打开或接通状态切换到关闭或断开状态。
本发明的第五方面涉及根据本发明的系统的用途，用于检测移动对象的存在。
本发明的第六方面涉及根据本发明的系统的用途，用于检测相对于计时器的正确时间的时间偏移的存在，并响应于该时间偏移的存在以激活计时器的处理器对计时器进行时间校正。
不同于现有技术中已知的用于定位和控制对象的系统，本发明允许仅使用单个摄像机在真实场景中分别通过红外技术和射频识别技术对电子对象和非电子对象进行即时识别、定位和控制，不需要复杂的硬件安装和软件设置。本发明还允许用户通过与系统无线连接的显示单元来可视化地监视和控制场景中的即时事件，上述显示单元例如是安装有应用软件的智能手机。因此，本发明的方法和系统具有广泛的应用，包括但不限于家庭安全和自动化系统，用于辅助具有视觉缺陷或失明的人查找对象的系统。
本发明的目标、特征、优点和技术效果将在以下对本发明的概念和结构的描述中参照附图进行进一步阐述。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施方式的一种用于即时识别、定位和控制对象的方法的流程示意图；
图2示出了摄像机旋转以捕获在不同分割的区域中的对象的图像的说明性示意图；
图3示出了摄像机绕着Y轴旋转以捕获在X和Y轴限定的表面上的对象的图像的说明性示意图；
图4示出了展示如何通过多个分割的区域来辨认对象的说明性示意图；
图5示出了以立体图展示如何通过多个分割的区域来辨认对象的说明性示意图；
图6示出了根据本发明一个实施方式的一种用于即时识别、定位和控制对象的系统的框图；
图7a示出了根据本发明的基于射频识别技术的系统的说明性示意图；
图7b示出了根据本发明的基于红外技术的系统的说明性示意图。
具体实施方式
尽管以优选实施方式对本发明进行说明和描述，但是本发明能够以许多不同的配置、大小、形状和材料来进行制造。
参照图1，示出了一种用于即时识别、定位和控制对象的方法。如图所示，各步骤包括：在步骤s101中，对上述对象的无线标识进行无线搜索；在步骤s102中，通过在每次图像捕获时旋转预定角度来捕获该对象的多张图像；在步骤s103中，通过点对点通信以基于上述对象的无线标识的中心坐标(xW，yW)来确定上述对象的二维中心坐标(x，y)；在步骤s104中，根据上述对象的二维中心坐标(x，y)，对所捕获的上述对象的图像进行变换以获得上述对象的三维图案，并将上述对象的三维图案与预先存储的三维图案进行比较；在步骤s105中，如果上述对象的三维图案与预先存储的三维图案匹配，计算由上述对象的X和Y轴限定的平面与用于捕获上述对象的图像的装置所处的位置之间的距离，以确定该对象的坐标z,从而获得该对象的三维中心坐标(x，y，z)以识别和定位该对象。
在本实施方式中，为了清楚和方便起见，用于捕获的装置的三维坐标被设定为(0，0，0)，那么上述对象的三维中心坐标(x，y，z)的z坐标可以基于上述对象的X-Y平面与用于捕获的装置的位置之间的距离进行确定，从而基于步骤s103中获得的二维中心坐标(x，y)能够得到上述对象的三维中心坐标(x，y，z)。对于电子对象，与用于捕获的装置之间的距离可以基于红外信号传输速度进行计算，或者对于非电子对象，与用于捕获的装置之间的距离可以基于射频识别信号到达上述对象所需的功率消耗量进行计算。可选地，鉴于用于捕获的装置和上述对象被装配在各自的固定位置上，这样的距离可以被预先确定并被预先存储在系统中。
该方法允许即时识别或确认真实场景中的对象位置，随后通过真实场景中的远程终端来控制该对象。与现有技术中已知的方法相比，本发明的方法只使用一个捕获装置用于捕获图像，例如用于定位对象的一个摄像机与红外或射频识别设备的组合，而不同于现有技术方法需要多个摄像机。只要该对象被放置在摄像机视野内，对摄像机的装配没有限制。上述对象的瞬时场景可以被显示在诸如移动智能手机的显示单元上，以使得用户能够实时查看和选择对象，并还能够通过无线或有线网络实时地和可视化地控制所选择的对象。
图2至图5示出了使用仅包括一个摄像机单元的摄像机模块来识别和定位对象的实施例。在该实施例中，具有三维坐标(0，0，0)的摄像机单元被配置成绕X轴和Y轴中的至少一个，以预定角度，例如15°(见图3)进行任意旋转。在该实施方式中，摄像机单元绕Y轴垂直旋转15°以捕获在X-Y平面上的图像。摄像机单元也可以绕X轴旋转以捕获在X-Y平面上的图像，其是在本领域技术人员的能力范围内的。摄像机的工作原理将在下面加以讨论。
在一般情况下，上述对象被分类为电子对象以及非电子对象，电子对象例如为电视机、DVD播放机或空调器，非电子对象例如为家具、动物或人。在电子对象的情况下，本发明的方法基于红外数据传输或闪光数据传输进行实施，而在非电子对象的情况下，本发明的方法基于射频识别数据传输进行实施。对于红外或闪光数据传输，红外收发器或闪光发射器被设置在摄像机模块上，并且红外收发器或闪光接收器被设置在电子对象上。对于射频识别数据传输，射频识别读取器被安装在摄像机模块上，并且射频识别标签被贴到非电子对象上。在上述对象被上述摄像机模块定位和识别后，识别出的对象将在真实场景中被可视化地显示。
为了加速定位，步骤s103可以进一步包括将所捕获的图像分割成预定数量的区域、并确定上述对象20的无线标识位于哪个区域的步骤。为了对上述对象20进行精确定位，步骤s103可以进一步包括放大在上述对象20的无线标识的中心坐标(xW，yW)周围所确定的区域、并根据该中心坐标(xW，yW)确定在放大的区域中上述对象20的二维中心坐标(x，y)的步骤，如图4和图5所示。在这些附图中，圆圈代表待搜索的对象20的标识在分割的区域中所处的位置。上述对象20的二维中心坐标(x，y)将在上述对象20的标识的中心坐标(xW，yW)周围放大的区域中进行确定。可以使用各种方法来搜索上述对象20的二维中心坐标(x，y)，例如快速最近邻算法，以及使用预先存储的标识的中心坐标(xW，yW)与对象20的二维中心坐标(x，y)之间的默认距离，或者根据预先存储的对象20的图案来确定对象20的二维中心坐标(x，y)。
如图2、图4和图5清楚地所示，每个图像被分割成预定数量的区域，该预定数量可以根据实际需要进行任意选择，例如16或32。上述对象20的二维中心坐标(x，y)可以使用各种方法进行搜索，例如，使用本领域中已知的搜索算法，例如快速最近邻算法，该算法用于将个体特征匹配到特征数据库，该算法于1984年由Crow公开于计算机图形(Computer Graphics)。
为了快速地定位和识别上述对象20，如果上述对象20在不同图像的重叠区域中或相同图像中，则缩小用于确定该对象20的二维中心坐标(x，y)的分割的区域的数量。例如，如图5所示，具有中心坐标(xW，yW)的对象20的标识在圆圈内，并且上述对象20是长方形的盒子。图5示出在区域A和B中发现该标识，如果对象20在区域A和B的右侧部分不同图像的重叠区域中或者相同图像中，则对上述对象20的二维中心的坐标(x，y)的确定可以被限制为仅在区域A和B。
在步骤s104中，上述对象20的标识与预先存储于系统中的三维图案的标识进行比较；以及对上述图像进行变换直到上述对象20的标识与预先存储的图案的标识中的一个相匹配。
用于检测直线、圆圈、椭圆的霍夫变换是步骤S104中所使用的变换的一个例子，以根据摄像机单元10的运动来补偿上述对象20的旋转角度，优选地，根据例如图形变换数学：向量几何和基于坐标的方法(参阅DesignLabTechnical Report DL-1997-03)，1997年1月来使用和实施旋转变换，其中上述对象20的坐标可以通过乘以一个因子来计算，该因子在上述图像分别绕X轴、Y轴和Z轴旋转θ角度时通过使用以下公式来表示：
R x = 1 0 0 0 0 cos θ - sin θ 0 0 sin θ cos θ 0 0 0 0 1 , R y = cos θ 0 sin θ 0 0 1 0 0 - sin θ 0 cos θ 0 0 0 0 1 , R z = cos θ - sin θ 0 0 sin θ cos θ 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
假设摄像机单元10和对象20在由X轴和Y轴所定义的同一面上，如图3所示，用于确定上述对象20的中心坐标(x，y)以及上述对象20与摄像机单元10之间的距离的操作如下：
1)根据摄像机单元10绕X和Y轴中的一个旋转而采用旋转变换来补偿上述对象20的图像的旋转角度，其中摄像机单元10的二维中心坐标为(0,0)，如图4所示，其中-Z轴是指Z轴的负方向。例如，上述对象20的图像绕Y轴顺时针旋转+7.5°；或者分别绕X轴顺时针旋转-7.5°、绕Y轴顺时针旋转+22.5°；
2)通过图案识别(例如：积分图像)对在放大的边界内上述对象20的前视图的预先存储的图案进行搜索，如图5所示，其中上述对象20的前视图指的是从摄像机单元10的视角来看的视图。
3)识别在上述对象20的前视图上的红外收发器或闪光接收器周围(对于电子对象)或射频识别标签(对于非电子对象)周围打印的圆圈标签(其代表上述标识，详见图4和图5中的圆圈)，并通过变换来旋转它，直到发现它与预先存储的对象20的前视图上的圆圈标记100％完全相同。在这种情况下，可以对红外收发器或闪光接收器或射频识别标签的中心坐标(xW，yW)以及X和Y轴的转换角度进行定位。
4)对红外收发器或闪光接收器或射频识别标签的中心坐标(xW，yW)进行转换以得到上述对象20的中心坐标(x，y)，例如，红外收发器/闪光接收器/射频识别标签的中心坐标(xW，yW)与上述对象20的中心坐标(x，y)之间的距离可以被预先存储并用于确定上述对象20的中心坐标(x，y)。
5)通过与摄像机单元10进行双向红外收发器通信或闪光发射器和接收器通信期间的传输速度和时间，确定电子对象与摄像机单元10之间的距离；或者通过对应于射频识别标签与摄像机单元10之间的距离的功率传输，确定非电子对象与摄像机单元10之间的距离。该距离是该对象的三维坐标的z坐标。
6)将上述对象20的前视图的中心坐标(x，y)转换为上述对象20的三维中心坐标(x，y，z)，以定位该对象。
优选地，该方法进一步包括以下各步骤：根据上述对象20的三维图案与预先存储的三维图案之间的比较，对识别上述对象20的三维图案的百分比进行确定；如果识别上述对象20的百分比大于或等于预定百分比，则该对象20被识别；如果识别上述对象20的百分比小于预定百分比，则进一步对该对象20分析其颜色、纹理和边缘，以用于辨认或者识别的目的。
根据本发明，红外数据传输或闪光数据传输用于完全地或部分地辨认可见电子对象，并且射频识别数据传输用于非电子或隐藏的对象。闪光和红外的数据通信协议相同是本领域公知的，它们彼此间的区别仅在于光频率。
如果根据上述对象20的前视图识别上述对象20的百分比大于90％，上述对象20的整个三维图案将通过变换来确认。
对近似的、隐藏的或重叠的对象的定位和识别将描述如下：
1)重叠的对象：如果识别对象20的百分比小于90％，其意味着该对象20重叠。在这种情况下，对于包括颜色、纹理、边缘等的对象的公知标识方法可以被应用于区分上述对象20的局部视图。
2)近似的对象：如果两个或多个相同的对象位于一个区域内，则即使它们的标识不同，带有红外/射频识别技术的打印的圆圈标记也不能区分它们的定位。在这种情况下，将应用三维变换来根据上述对象20的二维中心坐标(x，y)对各对象进行区分。
3)部分或完全隐藏的对象：根据本发明，隐藏的对象将仅通过射频识别搜索方法进行定位。如果不能在上述对象20上发现打印的圆圈标签，但是上述对象20的三维图案通过变换在根据射频识别搜索边界的区域内被部分识别，上述对象20的二维中心坐标(x，y)可以被确定。如果上述对象20及其打印的圆圈标签都不能被识别，上述对象20的位置将由根据射频识别搜索边界的区域表示。
如果既没有识别到非电子对象也没有识别到其射频识别标签，贴有射频识别标签的非电子对象的位置由无线搜索的边界表示。
优选地，上述对象20的X-Y平面与用于捕获的装置之间的距离是基于红外信号传输速度或者射频识别信号到达上述对象所需的功率消耗量进行计算的。更具体地说，为了基于红外技术来辨认电子对象，上述距离根据红外信号的传输速度进行计算；为了基于射频识别技术来辨认非电子对象，上述距离根据发送射频识别信号到达上述对象所需的功率进行计算。该方法还包括：在步骤106中实时对电子对象进行可视化控制的步骤。
优选地，该方法可以进一步包括激活用于捕获的装置以使用缩放功能来微调上述识别的步骤。上述变换用于本发明中以根据摄像机单元10的运动来补偿上述对象20的旋转角度，例如旋转变换能够提高识别精度的百分比。
根据本发明的通过一台摄像机来识别、定位和控制对象的操作如下：
1)激活摄像机单元10和红外收发器或闪光发射器或射频识别读取器以搜索上述对象20，如图2所示；
2)经由红外收发器或闪光发射器或射频识别读取器找到上述对象20；
3)每次图像捕获每步绕X轴和Y轴旋转30°(取决于摄像机单元10的视角)，如图3所示；
4)对于每幅图像分割成4×4＝16个区域(取决于计算功率)，如图4所示；
根据从上述图像中取得的上述信息，使用如下图像识别方法可以对上述对象20进行定位：
5)确认上述对象20位于哪个(些)区域；
6)放大在上述区域上上述对象20周围的识别边界，如图5所示，其中，上述对象20的几何图形被预先加载在微控制器(MCU)中；
7)对在放大的边界内经辨认的对象20进行识别和定位，包括：
(1)根据摄像机单元10旋转不同视角，使用旋转变换对上述对象20的前视图进行变换；
(2)使用积分图像对在放大的边界内经旋转的和经缩放的图像的二维中心坐标(x，y)进行快速搜索；
(3)根据上述对象20的二维中心坐标(x，y)，通过任意轴的旋转变换对三维几何图形进行变换；
(4)确定当与不同对象相重叠或者隐藏在不同对象后面时，可以辨认对象20的识别百分比；
(5)在(2)和(3)通过在颜色，纹理，边缘，角落等方面比较上述对象20与预先存储的数据，辨认重叠的(通过红外收发器或闪光发射器或射频识别读取器)或隐藏的(通过射频识别读取器)的对象20；
(6)驱动摄像机单元10以使用缩放功能对上述识别进行微调；
8)根据红外信号传输的延迟或射频识别读取器的功率消耗量来计算从摄像机单元10到上述对象20的距离，以获得上述对象20的z坐标，由此基于上述对象20的二维中心坐标(x，y)和z坐标来确定三维中心坐标(x，y，z)。
那么即使被部分或完全隐藏，上述对象也被定位和识别。当经定位和识别的位置被显示在例如智能电话或电视监视器的显示单元上时，允许用户经由无线或有线网络通过真实场景中的显示单元对该对象进行实时选择并控制所选择的对象。
参照图6，示出了一种用于即时识别、定位和控制对象的系统，包括彼此经由无线网络连接的摄像机100、服务器200和处理器300。
三维坐标被预设为(0，0，0)的摄像机100被配置为与处理器300进行通信，并通过在每次图像捕获时旋转预定角度来捕获上述对象的多个图像。
服务器200被配置为预先存储三维图案。根据本发明，服务器200可以与处理器300分离或者被并入到处理器300中。很明显地，诸如三维图案的数据可以被存储在单独的存储器中。优选地，服务器200被预先存储有相关信息，上述相关信息包括具有坐标(0，0，0)的摄像机100的位置、待检测的多个对象的三维图案，待检测的多个对象包括门、窗、或电视机、或其它家用电器。存储在服务器中的信息包括上述对象的形状、尺寸、颜色、纹理、边缘、上述对象的标识、上述对象的中心与其标识之间的距离，等等。此处，上述对象的三维图案由具有形状、大小、颜色、表面纹理、边缘等特征信息的对象的三维空间模型进行表征，并且可以由提供商或用户进行预先存储。
处理器300被配置成对上述对象的无线标识进行无线搜索；接收来自摄像机100所捕获的上述对象的图像；通过点对点通信以基于上述对象的无线标识的中心坐标(xW，yW)，确定上述对象的二维中心坐标(x，y)；根据上述对象的二维中心坐标(x，y)，对所捕获的上述对象的图像进行变换以获得上述对象的三维图案，并将上述对象的三维图案与预先存储在服务器200中的三维图案进行比较；如果上述对象的三维图案与预先存储的三维图案匹配，计算由上述对象的X和Y轴限定的平面与用于捕获上述对象的图像的装置所处的位置之间的距离，以确定该对象的坐标z,从而获得该对象的三维中心坐标(x，y，z)以识别和定位该对象。
在操作中，处理器300经由红外信号或射频识别信号进行搜索来辨认上述对象的标识以确定上述标识的坐标(xw,yw)。然后，摄像机100由处理器300激活，以通过在每次图像捕获时旋转预定角度来捕获上述对象的多个图像，并将所捕获的图像传送到处理器300，在处理器300处，基于上述对象的无线标识的中心坐标(xW，yW)确定上述对象的二维中心坐标(x，y)。处理器300然后根据上述对象的二维中心坐标(x，y)，对所捕获的上述对象的图像进行变换以获得上述对象的三维图案，并将上述对象的三维图案与预先存储在服务器200中的三维图案进行比较。如果上述对象的三维图案与预先存储的三维图案匹配，计算上述对象的X-Y平面与摄像机100的位置之间的距离，以确定该对象的坐标z,从而获得该对象的三维中心坐标(x，y，z)。在上述对象被定位和识别后，上述对象被显示在显示器上并且可以由用户实时地可视化地进行控制。
在电子对象的情况下，可以接收输入命令，并且可以在真实场景中由处理器300进行控制。优选地，处理器300进一步被配置为将所捕获的图像分割成预定数量的区域，并确定上述对象的无线标识位于哪些区域；放大在上述对象的无线标识周围所确定的区域，并确定在放大区域中上述对象的二维中心坐标(x，y)。
优选地，处理器300进一步被配置为如果上述对象在不同图像的重叠区域或在相同图像中，则缩小用于确定该对象的二维中心坐标(x，y)的覆盖范围。
优选地，处理器300进一步被配置为将上述对象的标识与预先存储的三维图案的标识进行比较；对图像进行变换直到该对象的标识与预先存储的图案的标识中的一个相匹配。
优选地，处理器300进一步被配置为根据上述对象的三维图案与预先存储的三维图案之间的比较，对识别上述对象的三维图案的百分比进行确定；如果识别上述对象的百分比大于或等于预定百分比，则该对象被识别；如果识别上述对象的百分比小于预定百分比，则对该对象分析其待识别的颜色、纹理和边缘。
如上所讨论，红外技术用于完全或部分可见的电子对象，射频识别技术用于非电子对象或隐藏的对象。
如果既没有识别到非电子对象也没有识别到其射频识别标签，贴有射频识别标签的非电子对象的位置由无线搜索的边界表示。
优选地，上述对象的X-Y平面与用于捕获的装置之间的距离基于信号传输速度或者信号到达上述对象所需的功率消耗量进行计算。
优选地，处理器300进一步被配置成实时对电子对象进行可视化地控制。
优选地，处理器300进一步被配置为激活摄像机100以使用缩放功能来对上述识别进行微调，当由处理器300驱动时，摄像机100被激活以使用缩放功能来对上述识别进行微调。
上述变换用于本发明中以根据摄像机的运动来补偿上述对象的旋转角度，例如旋转变换。
图7a和7b是本发明的系统的两个具体实施例。在图7a中，上述系统基于射频识别技术并用于非电子对象，包括摄像机模块110和交互式标签模块120。在该实施例中，摄像机模块110包括射频识别读取器111、摄像机单元112、MCU 115、无线单元113、电源114以及存储器116，上述射频识别读取器111用于通过读取来自上述交互式标签模块120的射频信号以辨认上述对象，上述摄像机单元112用于捕获上述对象的图像，上述MCU 115用作处理器，上述无线单元113用于接收来自用户的命令并将上述命令传送到MCU115以根据需要对上述对象进行即时控制，上述电源114用于为上述摄像机模块供电，上述存储器116用于存储数据，上述数据包括预先存储的在给定环境中所有对象的三维图案。上述交互式标签模块120包括射频感应线圈121、电源122、存储器123、MCU 124、液晶显示屏(LCD)125，上述射频感应线圈121用于向射频识别读取器111发送射频信号，上述电源122用于为该标签模块供电。上述交互式标签模块120可以被贴在上述对象的外表面上或内置于上述对象中。
图7b是根据本发明的基于红外技术并用于电子对象的系统，包括摄像机模块210和射频交互式标签模块220。在该实施例中，摄像机模块210包括红外收发器211、摄像机单元212、MCU 215、无线单元213、电源214以及存储器211，上述红外收发器211能够与上述交互式标签模块220进行通信并通过接收来自上述交互式标记模块220的信号来辨认上述对象，上述摄像机单元212用于捕获上述对象的图像，上述MCU 215用作处理器，上述无线单元213用于接收来自用户的命令并将上述命令传送到MCU 215以根据需要对上述对象进行即时控制，上述电源214用于为上述摄像机模块供电，上述存储器211用于存储数据，上述数据包括预先存储的在给定环境中所有对象的三维图案。上述交互式标签模块220包括红外收发器221、电源222、存储器223、MCU 224、液晶显示屏(LCD)225，上述红个收发器221(其可以与红外收发器211相同或不同)用于与上述红外收发器211进行通信，上述电源222用于为上述标签模块供电。上述交互式标签模块220可以被贴在上述对象的表面上或内置于上述对象中。
在一般情况下，图7a中的摄像机模块110和图7b中的摄像机模块210被集成在模块上，能够对电子和非电子对象都进行处理。
根据本发明，进一步提供了根据本发明的系统的用途，用于检测上述对象的操作状态并在上述对象被检测为处于打开或接通状态时，将上述对象从打开或接通状态切换到关闭或断开状态。为了这个目的，本发明的处理器被配置为通过将处于那个位置上的对象的三维图案与预先存储的处于正常位置上的对象的三维图案进行比较，检测上述目标对象是否处于正常位置或正常状态。如果在三维图案上存在差异，本发明的系统将产生警报给用户以手动将上述对象从打开或接通状态切换到关闭或断开状态；或自动地将上述对象切换为关闭。例如，该系统可以检测当用户离开家时门或窗是否被正确关闭；并检测当用户不在家时诸如电视机或DVD的电子设备是否打开。在系统的帮助下，用户将能够有效地和智能地管理并控制他/她的家。
根据本发明的系统可以在检测移动对象的存在上找到另一种应用。也就是说，本发明的系统可以被用来检测像人或宠物的对象是否在摄像机单元的视野内移动。特别地，该系统可以被配置为定期地捕获并比较某个对象例如电视机的图像，并且如果电视机的图像在两个时刻有所不同，就表明某物在电视机前移动，然后该系统将会产生报警信号。这对于检测是否有人侵入家中特别有用。
根据本发明的系统的另一种用途是用于时间校正。该系统可以被配置为检测相对于计时器的正确时间的时间偏移的存在，并响应于上述时间偏移的存在以激活计时器的处理器对计时器进行时间校正。特别地，本发明的系统将定期地通过摄像机来捕获计时器的前视图的图像，以识别该计时器的显示时间并确定该计时器的显示时间是否正确。如果与正确时间有任何时间偏移，该系统，特别是该系统中的处理器，将发送时间信号到计时器的MCU或CPU处理器，该发送信号包含显示时间比正确时间快多少或者慢多少的信息，然后计时器的MCU或CPU处理器被激活以将显示时间改正到正确时间。通常，计时器的MCU或CPU处理器被预先配置成通过红外信号传输或编码闪光信号传输与本发明的系统进行通信并且可以自动地对时间进行重设。闪光的一个实施例是可见光。根据本发明的实施方式，计时器的MCU或CPU处理器被配置为具有用于红外信号传输的红外接收器或者用于编码闪光信号传输的光传感器。由本发明的系统发送的信号是根据诸如CRC码协议之类的传输协议以二进制数字代码被提供的。编码信号中包含关于时间偏移为多少以及显示时间是否比正确时间更快或更慢的信息。如何构建编码信号属于本领域技术人员的能力范围内，因此将不在文中进行描述。
因为本发明的系统提供了计时器的正确时间的另一个来源，当无线电控制的时钟不可用时，对那些计时器的时间校正特别有用。
根据本发明的系统的一个优点是因为根据本发明的系统是基于短程视线通信的红外或射频识别技术，当在医院和诊所使用时没有额外的无线电干扰影响医疗设备。
上述装置和方法可以由计算机程序、软件和/或硬件以任何组合进行实施，这些计算机程序、软件和/或硬件可以被并入到CPU、微处理器等中。
因此，本发明提供了允许仅使用单个摄像机即刻识别、定位和控制对象的方法、系统和处理器，不需要复杂的硬件安装和软件设置，这样用户可以在自动定位对象后对真实场景中的主动对象进行容易的控制。
根据一些优选的实施方式已对本发明的性质进行充分的描述，但是，本发明不应被限于这些实施方式和附图的结构和功能。需要指出的是，在其基本原理没有被改变、变化或修改的情况下，其可以经受细节的各变化。许多借助于本领域技术人员的公知常识就可以容易获得的不脱离本发明范围的变化和修改，应落入本发明的范围。

Claims (39)

1.一种即时识别和定位对象的方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)对所述对象的无线标识进行无线搜索；
b)通过在每次图像捕获时旋转预定角度，来捕获所述对象的多张图像；
c)通过点对点通信以基于所述对象的无线标识的中心坐标(xW，yW)，来确定所述对象的二维中心坐标(x，y)；
d)根据所述对象的二维中心坐标(x，y)，对所捕获的所述对象的图像进行变换以获得所述对象的三维图案，并将所述对象的三维图案与预先存储的三维图案进行比较；以及
e)如果所述对象的三维图案与预先存储的三维图案匹配，计算由所述对象的X和Y轴限定的平面与用于捕获所述对象的图像的装置所处的位置之间的距离，以确定所述对象的坐标z,从而获得所述对象的三维中心坐标(x，y，z)以识别和定位所述对象。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c)还包括以下步骤：
将所捕获的图像分割成预定数量的区域，并确定所述对象的无线标识位于哪个区域；
放大在所述对象的无线标识周围所确定的区域，并确定在放大的区域中所述对象的二维中心坐标(x，y)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
如果所述对象在不同图像的重叠区域或相同图像中，则缩小用于确定所述对象的二维中心坐标(x，y)的分割的区域的数量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d)还包括以下步骤：
将所述对象的标识与预先存储的三维图案的标识进行比较；
对所述图像进行变换，直到所述对象的标识与预先存储的图案的标识中的一个相匹配。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
根据所述对象的三维图案与预先存储的三维图案之间的比较，对识别所述对象的三维图案的百分比进行确定；
如果识别所述对象的百分比大于或等于预定百分比时，则所述对象被识别；
如果识别所述对象的百分比小于预定百分比，则分析所述对象的待识别的颜色、纹理和边缘。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，红外数据传输或闪光数据传输用于完全或部分可见的电子对象，射频识别数据传输用于非电子或隐藏的对象。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
如果非电子对象与它的射频识别都没有被识别，则贴有射频识别标签的非电子对象的位置由所述无线搜索的边界来表示。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述对象的X-Y平面与用于捕获的装置之间的距离基于信号传输速度或信号到达所述对象所需的功率消耗量进行计算。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：
实时地对电子对象进行可视化控制。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，还包括以步骤：
使用缩放功能以对所述识别进行微调。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述变换为旋转变换。
12.一种用于即时识别和定位对象的系统，包括摄像机、服务器以及处理器，其特征在于：
所述摄像机被配置成与所述处理器进行通信，并通过在每次图像捕获时旋转预定角度来捕获所述对象的多张图像；
所述服务器被配置为预先存储三维图案；
所述处理器被配置为：
对所述对象的无线标识进行无线搜索；
接收来自所述摄像机所捕获的所述对象的图像；
通过点对点通信以基于所述对象的无线标识的中心坐标(xW，yW)，来确定所述对象的二维中心坐标(x，y)；
根据所述对象的二维中心坐标(x，y)，对所捕获的所述对象的图像进行变换以获得所述对象的三维图案，并将所述对象的三维图案与预先存储于所述服务器中的三维图案进行比较；以及
如果所述对象的三维图案与预先存储的三维图案匹配，计算由所述对象的X和Y轴限定的平面与用于捕获所述对象的图像的装置所处的位置之间的距离，以确定所述对象的坐标z,从而获得所述对象的三维中心坐标(x，y，z)以识别和定位所述对象。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述处理器还被配置为：
将所捕获的图像分割成预定数量的区域，并确定所述对象的无线标识位于哪些区域；
放大在所述对象的无线标识周围所确定的区域，并确定在放大的区域中所述对象的二维中心坐标(x，y)。
14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述处理器还被配置为：
如果所述对象在不同图像的重叠区域中或相同图像中，则缩小用于确定所述对象的二维中心坐标(x，y)的覆盖范围。
15.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述处理器还被配置为：
将所述对象的标识与预先存储的三维图案的标识进行比较；
对所述图像进行变换，直到所述对象的标识与预先存储的图案的标识中的一个相匹配。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述处理器还被配置为：
根据所述对象的三维图案与预先存储的三维图案之间的比较，对识别所述对象的三维图案的百分比进行确定；
如果识别所述对象的百分比大于或等于预定百分比，则所述对象被识别；
如果识别所述对象的百分比小于预定百分比，则分析所述对象的待识别的颜色、纹理和边缘。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的系统，其特征在于，红外数据传输或闪光数据传输用于完全或部分可见的电子对象，射频识别数据传输用于非电子或隐藏的对象。
18.根据权利要求17所述的系统，其特征在于，如果非电子对象和它的射频识别都没有被识别，则贴有射频识别标签的非电子对象的位置由所述无线搜索的边界来表示。
19.根据权利要求12至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述对象的X-Y平面与用于捕获的装置之间的距离基于信号传输速度或信号到达所述对象所需的功率消耗量进行计算。
20.根据权利要求12至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述处理器还被配置为：
实时地对电子对象进行可视化控制。
21.根据权利要求12至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述处理器还被配置为：
驱动所述摄像机以使用缩放功能来对所述识别进行微调。
22.根据权利要求12至16中任一项所述的系统，其特征在于，所述变换为旋转变换。
23.根据权利要求12至22中所述的系统的用途，用于检测对象的操作状态，并在所述对象被检测为处于打开或接通状态时，能够手动地或自动地将所述对象从打开或接通状态切换到关闭或断开状态。
24.根据权利要求23所述的系统的用途，其特征在于，所述对象为门、窗或者电子设备。
25.根据权利要求12至22所述的系统的用途，用于检测移动对象的存在。
26.根据权利要求25所述的系统的用途，其特征在于，所述对象为人。
27.根据权利要求12至22所述的系统的用途，用于检测相对于计时器的正确时间的时间偏移的存在，并响应于所述时间偏移的存在以激活所述计时器的处理器对所述计时器进行时间校正。
28.一种用于即时识别和定位对象的处理器，其特征在于，包括：
无线搜索装置，用于对所述对象的无线标识进行无线搜索；
接收装置，用于接收所述对象的多张图像，所述对象的多张图像通过在每次图像捕获时旋转预定角度进行捕获；
二维坐标确定装置，用于通过点对点通信以基于所述对象的无线标识的中心坐标(xW，yW)，来确定所述对象的二维中心坐标(x，y)；
三维图案处理装置，用于根据所述对象的二维中心坐标(x，y)，对所捕获的所述对象的图像进行变换以获得所述对象的三维图案，并将所述对象的三维图案与预先存储的三维图案进行比较；以及
三维坐标确定装置，用于如果所述对象的三维图案与预先存储的三维图案匹配，通过计算由所述对象的X和Y轴限定的平面与用于捕获所述对象的图像的装置所处的位置之间的距离，来确定所述对象的三维中心坐标(x，y，z)以识别和定位所述对象。
29.根据权利要求28所述的处理器，其特征在于，所述二维坐标确定装置还包括：
分割装置，用于将所捕获的图像分割成预定数量的区域，并确定所述对象的无线标识位于哪些区域；
放大装置，用于放大在所述对象的无线标识周围所确定的区域，并确定在放大的区域中所述对象的二维中心坐标(x，y)。
30.根据权利要求29所述的处理器，其特征在于，所述二维坐标确定装置还包括：
缩小装置，用于如果所述对象在不同图像的重叠区域中或相同图像中，则缩小用于确定所述对象的二维中心坐标(x，y)的覆盖范围。
31.根据权利要求28所述的处理器，其特征在于，所述三维图案处理装置还包括：
比较装置，用于将所述对象的标识与预先存储的三维图案的标识进行比较；
变换装置，用于对所述图像进行变换，直到所述对象的标识与预先存储的图案的标识中的一个相匹配。
32.根据权利要求31所述的处理器，其特征在于，还包括：
识别百分比确定装置，用于所述根据对象的三维图案与预先存储的三维图案之间的比较，对识别所述对象的三维图案的百分比进行确定；
如果识别所述对象的百分比大于或等于预定百分比，则所述对象被识别；
如果识别所述对象的百分比小于预定百分比，则分析所述对象的待识别的颜色、纹理和边缘。
33.根据权利要求28至32中任一项所述的处理器，其特征在于，红外数据传输或闪光数据传输用于完全或部分可见的电子对象，射频识别数据传输用于非电子或隐藏的对象。
34.根据权利要求33所述的处理器，其特征在于，如果非电子对象和它的射频识别都没有被识别，则贴有射频识别标签的非电子对象的位置由所述无线搜索的边界来表示。
35.根据权利要求28至32中任一项所述的处理器，其特征在于，所述对象的X-Y平面与用于捕获的装置之间的距离基于信号传输速度或信号到达所述对象所需的功率消耗量进行计算。
36.根据权利要求28至32中任一项所述的处理器，其特征在于，还包括：
控制装置，用于实时地对电子对象进行可视化控制。
37.根据权利要求28至32中任一项所述的处理器，其特征在于，所述处理器被配置为驱动用于捕获的装置以使用缩放功能对所述识别进行微调。
38.根据权利要求28至32中任一项所述的处理器，其特征在于，所述变换为旋转变换。
39.一种用于即时识别和定位对象的系统，其特征在于，所述系统包括根据权利要求28至38中任一项所述的处理器和摄像机。
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