CN106527762A - 光标坐标确定方法、光标坐标确定装置和鼠标控制系统 - Google Patents

光标坐标确定方法、光标坐标确定装置和鼠标控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种光标坐标确定方法、光标坐标确定装置和鼠标控制系统，其中，一种光标坐标确定方法包括以下步骤：建立显示屏坐标系，获得至少四个标志点在显示屏坐标系中的坐标；获取包括至少四个标志点的图像，建立图像坐标系，获得所有标志点在图像坐标系中的坐标；根据标志点分别在显示屏坐标系中的坐标及图像坐标系中的坐标计算出坐标系之间的转换关系；根据坐标系之间的转换关系及指向点在图像坐标系中的坐标计算出指向点在屏幕坐标系中的坐标。本发明还提出了基于该光标坐标确定方法提出的光标坐标确定装置及鼠标控制系统。本发明技术方案能获得鼠标本体的实际指向位置在显示器坐标系的坐标，且确定的坐标精度较高。

Description

光标坐标确定方法、光标坐标确定装置和鼠标控制系统
技术领域
本发明涉及鼠标技术领域，特别涉及一种光标坐标确定方法、光标坐标确定装置和鼠标控制系统。
背景技术
传统的鼠标需要放置于物体的表面，通过鼠标与物体表面的相对位移才可以控制光标在显示屏上移动，而空中鼠标操作过程不再需要物体表面，而是直接在空中进行，通过空中鼠标本体的移动和操作来实现对光标的操作和对设备的控制，能方便的实现对电脑、电视、投影等设备的远程遥控操作。现有的空中鼠标主要采用三轴电子陀螺仪或三维加速度传感器的方式来得到鼠标的坐标移动参数，但这类方法只能测量相对位移，无法得到鼠标本体的实际指向点位置，所以鼠标的实际指向点位置常常与屏幕光标位置并不一致，光标的定位不够精确。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种光标坐标确定方法，旨在提供一种能获得鼠标本体实际指向坐标且精度较高的光标的坐标确定方法。
为实现上述目的，本发明提出的光标坐标确定方法，包括以下步骤：
建立显示屏坐标系，获得至少四个标志点在显示屏坐标系中的坐标，所述至少四个标志点不都在同一直线上；
获取包括所述至少四个标志点的图像，建立图像坐标系，获得至少四个标志点在图像坐标系中的坐标；
根据所述标志点分别在显示屏坐标系中的坐标及图像坐标系中的坐标计算出显示屏坐标系与图像坐标系之间的转换关系；
根据所述转换关系及指向点在图像坐标系中的坐标计算出指向点在屏幕坐标系中的坐标。
优选地，获取包括所述至少四个标志点的图像，建立图像坐标系，获得至少四个标志点在图像坐标系中的坐标的步骤包括：
获取包括所述至少四个标志点的图像；
识别图像中的所有所述标志点；
建立图像坐标系，获得所有标志点在图像坐标系中的坐标。
优选地，根据所述标志点分别在显示屏坐标系中的坐标及图像坐标系中的坐标计算出显示屏坐标系与图像坐标系之间的转换关系的步骤包括：
建立三阶的单应矩阵H来表示显示器坐标系与图像坐标系之间的转换关系，其中
分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，分别将所述至少四个标志点在图像坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，其中，与之间的转换关系公式为：
分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的齐次坐标及其在图像坐标系中的齐次坐标代入所述转换关系公式，计算出所述单应矩阵H。
本发明还提出一种光标坐标确定装置，包括：
显示屏坐标模块，建立显示屏坐标系，获得至少四个标志点在显示屏坐标系中的坐标，所述至少四个标志点不在同一直线上；
图像坐标模块，获取包括所述至少四个标志点的图像，建立图像坐标系，获得至少四个标志点在图像坐标系中的坐标；
计算模块，根据所述标志点分别在显示屏坐标系中的坐标及图像坐标系中的坐标计算出显示屏坐标系与图像坐标系之间的转换关系；及
转换模块，根据所述转换关系及指向点在图像坐标系中的坐标计算出指向点在屏幕坐标系中的坐标。
优选地，所述图像坐标模块包括：
图像获取模块，获取包括所述至少四个标志点的图像；
识别模块，识别图像中的所有所述标志点；
建标模块，建立图像坐标系，获得所有标志点在图像坐标系中的坐标。
优选地，所述计算模块包括：
矩阵模块，建立三阶的单应矩阵H来表示显示器坐标系与图像坐标系之间的转换关系，其中
齐次坐标模块，分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，分别将所述至少四个标志点在图像坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，其中，与之间的转换关系公式为：
矩阵计算模块，分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的齐次坐标及其在图像坐标系中的齐次坐标代入所述转换关系公式，计算出所述单应矩阵H。
本发明还提出一种鼠标控制系统，包括鼠标、显示屏及光标坐标确定装置；所述显示屏包括至少四个标志点灯，所述鼠标包括摄像头及指向点发射器；
所述标志点灯，设置于显示屏，形成标志点，且所述至少四个标志点灯的位置不都在同一直线上；
所述指向点发射器，发射光到所述显示屏，形成指向点；
所述摄像头，获取包括所述指向点及所述至少四个所述标志点的图像。
所述光标坐标确定装置包括：显示屏坐标模块，建立显示屏坐标系，获得至少四个标志点在显示屏坐标系中的坐标，所述至少四个标志点不在同一直线上；图像坐标模块，获取包括所述至少四个标志点的图像，建立图像坐标系，获得至少四个标志点在图像坐标系中的坐标；计算模块，根据所述标志点分别在显示屏坐标系中的坐标及图像坐标系中的坐标计算出显示屏坐标系与图像坐标系之间的转换关系；及转换模块，根据所述转换关系及指向点在图像坐标系中的坐标计算出指向点在屏幕坐标系中的坐标。
优选地，所述标志点灯设置于所述显示屏的边框位置。
优选地，所述显示屏横向边框上的所述标志点灯数量与所述显示屏纵向边框上的所述标志点灯数量不同，所述显示屏横向边框上的所述标志点灯之间的间距与所述显示屏纵向边框上的所述标志点灯之间的间距不同。
优选地，所述标志点灯及所述指向点发射器所发射的光为不可见光，所述摄像头具有该不可见光相应的成像波段。
本发明技术方案通过建立显示屏坐标系及图像坐标系，通过至少四个标志点分别在两个不同坐标系内的坐标求出此时两个坐标系坐标的转换关系，进而由图像坐标系中指向点坐标转换得到显示屏上的光标坐标，能获得鼠标本体的实际指向位置在显示器坐标系的坐标，使得确定的坐标精度较高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明光标坐标确定方法一实施例的流程图；
图2为本发明一实施例的标志点在显示屏坐标系的示意图；
图3为本发明一实施例的标志点在图像坐标系的示意图；
图4为本发明光标坐标确定方法的步骤S20的流程图；
图5为本发明光标坐标确定方法的步骤S30的流程图；
图6为本发明光标坐标确定装置一实施例的功能模块图；
图7为本发明光标坐标确定装置的图像坐标模块的功能模块图；
图8为本发明光标坐标确定装置的计算模块的功能模块图；
图9为本发明鼠标控制系统的功能模块图。
附图标号说明：
标号 名称 标号 名称
10 显示屏坐标模块 32 齐次坐标模块
20 图像坐标模块 33 矩阵计算模块
30 计算模块 100 鼠标
40 转换模块 200 显示屏
21 图像获取模块 300 光标坐标确定装置
22 识别模块 110 摄像头
23 建标模块 120 指向点发射器
31 矩阵模块 210 标志点灯
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种光标坐标确定方法。
参照图1、图2及图3，本发明光标坐标确定方法包括以下步骤：
S10：建立显示屏坐标系，获得至少四个标志点在显示屏坐标系中的坐标，所述至少四个标志点不都在同一直线上；
S20：获取包括所述至少四个标志点的图像，建立图像坐标系，获得至少四个标志点在图像坐标系中的坐标；
S30：根据所述标志点分别在显示屏坐标系中的坐标及图像坐标系中的坐标计算出显示屏坐标系与图像坐标系之间的转换关系；
S40：根据所述转换关系及指向点在图像坐标系中的坐标计算出指向点在屏幕坐标系中的坐标。
在发明本实施例中，该方法获得指向点在屏幕坐标系中的坐标的过程为：
(1)、首先建立显示屏坐标系，获得标志点在该坐标系的坐标Pi(Xi，Yi)；
(2)、获取包括标志点的图像，建立图像坐标系，获得标志点在该坐标系的坐标pi(xi，yi)；
(3)、根据标志灯的显示屏坐标系坐标和图像坐标系坐标对应关系建立两个平面坐标系之间的转换关系，
从图像平面到屏幕所在平面的坐标转换关系为平面透视投影变换关系，可以用三阶的单应矩阵来表示：
其中，为单应矩阵，及分别别是各标志点的屏幕坐标Pi(Xi，Yi)及其对应图像坐标Pi(Xi，Yi)的齐次坐标表示。
将标志点在屏幕平面的坐标Pi(Xi，Yi)及其在图像上的对应图像坐标pi(xi，yi)代人上述公式，解线性方程组可以得到单应矩阵H。由于H有8个独立的未知参数(整体缩放不影响单应矩阵，所以9个参数只有8个独立)，而每个坐标对应可以提供2个独立的方程，所以提供4个或者4个以上的对应坐标，即可以求出单应矩阵H。
(4)、根据指向点在图像坐标系上的坐标，即图像指向点坐标就可以求出该指向点在屏幕的齐次坐标为，有：
然后对齐次坐标进行归一化，即可得到屏幕上的指向点的显示屏坐标系坐标位置，有：
进一步地，如上所述，由于两个坐标系之间的转换关系可以用单应矩阵H来表示，由于H有8个独立的未知参数，故需要提供四个标志点才可得出该转换关系。
本发明技术方案通过建立显示屏坐标系及图像坐标系，通过至少四个标志点分别在两个不同坐标系内的坐标求出此时两个坐标系坐标的转换关系，进而由图像坐标系中指向点坐标转换得到显示屏上的光标坐标，能获得鼠标本体的实际指向位置在显示器坐标系的坐标，使得确定的坐标精度较高。
参考图4，具体地，获取包括所述至少四个标志点的图像，建立图像坐标系，获得至少四个标志点在图像坐标系中的坐标的步骤S20包括：
S21：获取包括所述至少四个标志点的图像；
S22：识别图像中的所有所述标志点；
S23：建立图像坐标系，获得所有标志点在图像坐标系中的坐标。
需要说明的是，本发明实施例中识别图像中的标志点的方法可以是使用LOG算子等亮点(或光团)检测算子，识别标志点。
参考图5，具体地，根据所述标志点分别在显示屏坐标系中的坐标及图像坐标系中的坐标计算出显示屏坐标系与图像坐标系之间的转换关系的步骤S30包括：
S31：建立三阶的单应矩阵H来表示显示器坐标系与图像坐标系之间的转换关系，其中
S32：分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，分别将所述至少四个标志点在图像坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，其中，与之间的转换关系公式为：
S33：分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的齐次坐标及其在图像坐标系中的齐次坐标代入所述转换关系公式，计算出所述单应矩阵H。
参考图6，本发明还提出一种光标坐标确定装置，包括：
显示屏坐标模,10，建立显示屏坐标系，获得至少四个标志点在显示屏坐标系中的坐标，所述至少四个标志点不在同一直线上；
图像坐标模块20，获取包括所述至少四个标志点的图像，建立图像坐标系，获得至少四个标志点在图像坐标系中的坐标；
计算模块30，根据所述标志点分别在显示屏坐标系中的坐标及图像坐标系中的坐标计算出显示屏坐标系与图像坐标系之间的转换关系；
转换模块40，根据所述转换关系及指向点在图像坐标系中的坐标计算出指向点在屏幕坐标系中的坐标。
参考图7，具体地，所述图像坐标模块20包括：
图像获取模块21，获取包括所述至少四个标志点的图像；
识别模块22，识别图像中的所有所述标志点；
建标模块23，建立图像坐标系，获得所有标志点在图像坐标系中的坐标。
参考图8，具体地，所述计算模块30包括：
矩阵模块31，建立三阶的单应矩阵H来表示显示器坐标系与图像坐标系之间的转换关系，其中
齐次坐标模块32，分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，分别将所述至少四个标志点在图像坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，其中，与之间的转换关系公式为：
矩阵计算模块33，分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的齐次坐标及其在图像坐标系中的齐次坐标代入所述转换关系公式，计算出所述单应矩阵H。
参考图9，本发明还提出一种空中鼠标控制系统，包括鼠标100、显示屏200及如上所述的光标坐标确定装置300；所述显示屏200包括至少四个标志点灯210，所述鼠标100包括摄像头110及指向点发射器120；
所述标志点灯210，设置于显示屏200，形成标志点，且所述至少四个标志点灯210的位置不都在同一直线上；
所述指向点发射器120，发射光到所述显示屏200，形成指向点；
所述摄像头110，获取包括所述指向点及所述至少四个所述标志点的图像。
需要说明的是，本发明实施例中，通过显示屏200上的标志点灯210形成标志点，使用时，通过鼠标100的摄像头110实时的获得动态的包括显示屏200的图像。通过标志点在显示屏坐标系的坐标及图像坐标系的坐标，获得此时两个坐标系之间的转换关系，从而获得此时指向点在显示屏坐标系的坐标，以使得指向点发射器120指向的点在显示屏200上显示出来。
具体地，所述标志点灯210设置于所述显示屏200的边框位置。
具体地，所述显示屏200横向边框上的所述标志点灯数量与所述显示屏200纵向边框上的所述标志点灯210数量不同，所述显示屏200横向边框上的所述标志点灯210之间的间距与所述显示屏200纵向边框上的所述标志点灯210之间的间距不同。
需要说明的是，通过将显示屏200上的横向标志点灯210数量与纵向标志点灯210数量设置为不同，及通过将横向标志点灯210之间的间距与纵向标志点灯210之间的间距设计为不同，使得摄像头110拍摄的图像可以被区分出是否旋转。
进一步地，所述显示屏200四个角的位置都设有所述标志点灯210。在显示屏200的四个角(也可以为三个角)设置标志点灯210，可以使得图像的标志点坐标定位更加精确。
具体地，所述标志点灯210及所述指向点发射器120所发射的光为不可见光，所述摄像头110具有该不可见光相应的成像波段。
需要说明的是，一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长在400到700纳米之间，不可见光是指除可见光外其他所有人眼所不能感知的波长的电磁波，包括无线电波，微波，红外光，紫外光，x射线，γ射线、远红外线等。
进一步地，本发明实施例中，所述摄像头110通过在镜头前端设置有对应该波段的窄带滤波片来捕获标志点灯210所发出的不可见光。
本发明技术方案通过采用建立显示屏坐标系及图像坐标系，通过至少四组标志点分别在两个不同坐标系内的坐标求出此时两个坐标系坐标的转换关系，进而由图像坐标系中指向点坐标转换得到显示屏200上的光标坐标。本发明同时还基于该方法提出了一种光标坐标确定装置及包括设置有标志点灯210的显示屏200、具有摄像头110及指向点发射器120的鼠标100的鼠标控制系统，能得到鼠标100本体的实际指向，且精确的获得光标定位坐标。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种光标坐标确定方法，其特征在于，包括以下步骤：
建立显示屏坐标系，获得至少四个标志点在显示屏坐标系中的坐标，所述至少四个标志点不都在同一直线上；
获取包括所述至少四个标志点的图像，建立图像坐标系，获得至少四个标志点在图像坐标系中的坐标；
根据所述标志点分别在显示屏坐标系中的坐标及图像坐标系中的坐标计算出显示屏坐标系与图像坐标系之间的转换关系；
根据所述转换关系及指向点在图像坐标系中的坐标计算出指向点在屏幕坐标系中的坐标。
2.如权利要求1所述的光标坐标确定方法，其特征在于，获取包括所述至少四个标志点的图像，建立图像坐标系，获得至少四个标志点在图像坐标系中的坐标的步骤包括：
获取包括所述至少四个标志点的图像；
识别图像中的所有所述标志点；
建立图像坐标系，获得所有标志点在图像坐标系中的坐标。
3.如权利要求1或2所述的光标坐标确定方法，其特征在于，根据所述标志点分别在显示屏坐标系中的坐标及图像坐标系中的坐标计算出显示屏坐标系与图像坐标系之间的转换关系的步骤包括：
建立三阶的单应矩阵H来表示显示器坐标系与图像坐标系之间的转换关系，其中
分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，分别将所述至少四个标志点在图像坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，其中，与之间的转换关系公式为：
分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的齐次坐标及其在图像坐标系中的齐次坐标代入所述转换关系公式，计算出所述单应矩阵H。
4.一种光标坐标确定装置，其特征在于，包括：
显示屏坐标模块，建立显示屏坐标系，获得至少四个标志点在显示屏坐标系中的坐标，所述至少四个标志点不在同一直线上；
图像坐标模块，获取包括所述至少四个标志点的图像，建立图像坐标系，获得至少四个标志点在图像坐标系中的坐标；
计算模块，根据所述标志点分别在显示屏坐标系中的坐标及图像坐标系中的坐标计算出显示屏坐标系与图像坐标系之间的转换关系；及
转换模块，根据所述转换关系及指向点在图像坐标系中的坐标计算出指向点在屏幕坐标系中的坐标。
5.如权利要求4所述的光标坐标确定装置，其特征在于，所述图像坐标模块包括：
图像获取模块，获取包括所述至少四个标志点的图像；
识别模块，识别图像中的所有所述标志点；
建标模块，建立图像坐标系，获得所有标志点在图像坐标系中的坐标。
6.如权利要求4或5所述的光标坐标确定装置，其特征在于，所述计算模块包括：
矩阵模块，建立三阶的单应矩阵H来表示显示器坐标系与图像坐标系之间的转换关系，其中
齐次坐标模块，分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，分别将所述至少四个标志点在图像坐标系中的坐标转换为齐次坐标来表示，其中，与之间的转换关系公式为：
矩阵计算模块，分别将所述至少四个标志点在屏幕坐标系中的齐次坐标及其在图像坐标系中的齐次坐标代入所述转换关系公式，计算出所述单应矩阵H。
7.一种鼠标控制系统，其特征在于，包括鼠标、显示屏及如权利要求4-6中的任一所述的光标坐标确定装置；所述显示屏包括至少四个标志点灯，所述鼠标包括摄像头及指向点发射器；
所述标志点灯，设置于显示屏，形成标志点，且所述至少四个标志点灯的位置不都在同一直线上；
所述指向点发射器，发射光到所述显示屏，形成指向点；
所述摄像头，获取包括所述指向点及所述至少四个所述标志点的图像。
8.如权利要求7所述的鼠标控制系统，其特征在于，所述标志点灯设置于所述显示屏的边框位置。
9.如权利要求8所述的鼠标控制系统，其特征在于，所述显示屏横向边框上的所述标志点灯数量与所述显示屏纵向边框上的所述标志点灯数量不同，所述显示屏横向边框上的所述标志点灯之间的间距与所述显示屏纵向边框上的所述标志点灯之间的间距不同。
10.如权利要求7所述的鼠标控制系统，其特征在于，所述标志点灯及所述指向点发射器所发射的光为不可见光，所述摄像头具有该不可见光相应的成像波段。
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