CN107247424A - 一种基于激光距离传感器的ar虚拟开关及其方法 - Google Patents

一种基于激光距离传感器的ar虚拟开关及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于激光距离传感器的AR虚拟开关及方法。包括摄像机、带激光距离传感器装置和舵机模块的追踪装置、单片机控制装置；本发明拓展了虚拟空间层面的操控手段；操控虚拟开关的方式简单，虚拟开关的实现方便；对数据处理的要求不高，具有一定的容错率。

Description

一种基于激光距离传感器的AR虚拟开关及其方法
技术领域
本发明主要涉及AR领域，具体涉及一种基于激光距离传感器的AR虚拟开关及方法。
背景技术
AR技术，即增强现实技术，它是一种将真实世界信息和虚拟世界信息“无缝”集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息(视觉信息,声音,味道,触觉等),通过电脑等科学技术，模拟仿真后再叠加，将虚拟的信息应用到真实世界，被人类感官所感知，从而达到超越现实的感官体验。真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到了同一个画面或空间同时存在。
在手机等移动终端的GUI界面已经发展到一个相当高的层次，并在不断优化。而利用AR技术的虚拟操控相比平面操作，更加具有立体感，也更能发挥人类的三维视觉，在调动人类想象能力的同时，在虚拟世界中拓展了其应用空间。
发明内容
为了拓展虚拟空间层面的操控手段，把人们从实体二维平面世界中解放出来，本发明提供了一种基于激光距离传感器的AR虚拟开关及方法。
本发明解决的技术问题所采用的的技术方案是：
一种基于激光距离传感器的AR虚拟开关包括摄像机、带激光距离传感器装置和舵机模块的追踪装置、单片机控制装置；
所述单片机控制装置，包括输出模块、处理器和输入模块；所述输出模块包括激光距离传感器驱动模块和舵机驱动模块；所述输入模块包括激光距离传感器输入模块和摄像机输入模块；所述输入模块、处理器、输出模块依次电连接；
所述追踪装置，包括激光距离传感器装置和舵机模块；所述激光传感器装置包括发射模块和接收模块；所述接收模块包括预处理模块和距离输出模块；所述舵机模块包括水平舵机和竖直舵机；
所述摄像机与所述单片机控制装置的输入模块中的摄像机输入模块相连；
所述单片机控制装置的输出模块中的激光传感器驱动模块与所述追踪装置的激光距离传感器装置中的发射模块相连；所述单片机控制装置的输出模块中的舵机驱动模块与所述追踪装置的舵机模块中的水平舵机和竖直舵机相连；
所述追踪装置的激光距离传感器装置中的距离输出模块与所述单片机控制装置的输入模块中的激光距离传感器输入模块相连。
所述的激光距离传感器包括第一激光距离传感器、第二激光距离传感器、第三激光距离传感器和第四激光距离传感器，所述的四个激光距离传感器处于正方形的四个顶点处。
所述基于激光距离传感器的AR虚拟开关方法是：
步骤1，在所述单片机控制装置中设置AR虚拟开关的有效位置(x0,y0,z0)和虚拟开关有效范围距离r；其三维坐标系为：以第一激光距离传感器位置作为坐标原点，以第一激光距离传感器与第二激光距离传感器位置的连线作为x轴，以垂直于x轴连线的第一激光距离传感器与第三激光距离传感器的连线作为y轴，以从第一激光距离传感器出发同时垂直于x轴与y轴的方向作为z轴，所述x轴、y轴与z轴符合右手空间坐标系；
步骤2，摄像机拍摄到的图像经过单片机控制装置处理，得到的接近物体在xy平面的投影位置，单片机计算投影位置上离AR虚拟开关的有效位置(x0,y0)最近的坐标为对投影位置的坐标进行计算，得到最小的d1时的(x,y)即为(xi,yi)；判断(xi,yi)所在区域，若为A区域则选用第一激光距离传感器，为B区域则选用第二激光距离传感器，为C区域则选用第三激光距离传感器，为D区域则选用第四激光距离传感器；
步骤3，步骤2中选取的所述激光距离传感器所对应的水平舵机调整选定激光距离传感器的水平角度，使所述激光距离传感器中所述激光距离传感器在xy平面投影上与(xi,yi)垂直；步骤2中选取的所述激光距离传感器所对应的竖直舵机调整选定的激光距离传感器的竖直角度，直至追踪到该物体；单片机得到所述激光距离传感器测得的距离L，计算得此时测得位置的坐标(x1,y1,z1)，调整竖直角度，测得位置坐标为(x2,y2,z2)，使得距离最小的位置即追踪位置，其坐标记为(x3,y3,z3)；
所述追踪装置实时追踪；
步骤4，单片机计算若d3≤r，则触发AR虚拟开关，AR虚拟开关状态为开；若d3＞r，AR虚拟开关状态为关，继续执行步骤2。
与现有技术相比，本发明提供了一种虚拟操控实现形式和方法，把人们从实体二维平面世界中解放出来，拓展了虚拟空间层面的操控手段；操控虚拟开关的方式简单，虚拟开关的实现方便；对数据处理的要求不高，具有一定的容错率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为追踪装置中的激光距离传感器位置示意图。
图3为AR虚拟开关实现方法示意图。
图4为投影位置示意图。
图5为AR虚拟开关实现方法流程图。
其中，第一激光距离传感器1、第二激光距离传感器2、第三激光距离传感器3、第四激光距离传感器4、AR虚拟开关5、接近物体6、摄像机7。
具体实施方式
如图1所示，本发明的基于激光距离传感器的AR虚拟开关包括摄像机、带激光距离传感器装置和舵机模块的追踪装置、单片机控制装置；
所述单片机控制装置，包括输出模块、处理器和输入模块；所述输出模块包括激光距离传感器驱动模块和舵机驱动模块；所述输入模块包括激光距离传感器输入模块和摄像机输入模块；所述输入模块、处理器、输出模块依次电连接；
所述追踪装置，包括激光距离传感器装置和舵机模块；所述激光传感器装置包括发射模块和接收模块；所述接收模块包括预处理模块和距离输出模块；所述舵机模块包括水平舵机和竖直舵机；
所述摄像机与所述单片机控制装置的输入模块中的摄像机输入模块相连；
所述单片机控制装置的输出模块中的激光传感器驱动模块与所述追踪装置的激光距离传感器装置中的发射模块相连；所述单片机控制装置的输出模块中的舵机驱动模块与所述追踪装置的舵机模块中的水平舵机和竖直舵机相连；
所述追踪装置的激光距离传感器装置中的距离输出模块与所述单片机控制装置的输入模块中的激光距离传感器输入模块相连。
所述的激光距离传感器包括第一激光距离传感器、第二激光距离传感器、第三激光距离传感器和第四激光距离传感器，如图2所示，四个激光距离传感器正好置于在整个装置内部正方形的四个直角上；水平舵机通过水平舵机控制块控制激光距离传感器绕内部正方形的直角顶点水平转动，竖直舵机通过竖直舵机控制块控制激光距离传感器绕竖直舵机控制块旋转。
如图3-5所示，本发明的基于激光距离传感器的AR虚拟开关方法的具体步骤为：
步骤1，在所述单片机控制装置中设置AR虚拟开关的有效位置(x0,y0,z0)和虚拟开关有效范围距离r；其三维坐标系为：以第一激光距离传感器1位置作为坐标原点，以第一激光距离传感器1与第二激光距离传感器2位置的连线作为x轴，以垂直于x轴连线的第一激光距离传感器1与第三激光距离传感器3的连线作为y轴，以从第一激光距离传感器1出发同时垂直于x轴与y轴的方向作为z轴，所述x轴、y轴与z轴符合右手空间坐标系；
步骤2，摄像机7拍摄到的图像经过单片机控制装置处理，得到的接近物体6在xy平面的投影位置，单片机计算投影位置上离AR虚拟开关5的有效位置(x0,y0)最近的坐标为(xi,yi)对投影位置的坐标进行计算，得到最小的d1时的(x,y)即为(xi,yi)；判断(xi,yi)所在区域，若为A区域则选用第一激光距离传感器，为B区域则选用第二激光距离传感器，为C区域则选用第三激光距离传感器，为D区域则选用第四激光距离传感器；
步骤3，步骤2中选取的所述激光距离传感器所对应的水平舵机调整选定激光距离传感器的水平角度，使所述激光距离传感器中所述激光距离传感器在xy平面投影上与(xi,yi)垂直；步骤2中选取的所述激光距离传感器所对应的竖直舵机调整选定的激光距离传感器的竖直角度，直至追踪到该物体；单片机得到所述激光距离传感器测得的距离L，计算得此时测得位置的坐标(x1,y1,z1)，调整竖直角度，测得位置坐标为(x2,y2,z2)，使得距离最小的位置即追踪位置，其坐标记为(x3,y3,z3)；
所述追踪装置实时追踪；
步骤4，单片机计算若d3≤r，则触发AR虚拟开关，AR虚拟开关状态为开；若d3＞r，AR虚拟开关状态为关，继续执行步骤2。

Claims (3)

1.一种基于激光距离传感器的AR虚拟开关，其特征在于，包括摄像机、带激光距离传感器装置和舵机模块的追踪装置、单片机控制装置；
所述单片机控制装置，包括输出模块、处理器和输入模块；所述输出模块包括激光距离传感器驱动模块和舵机驱动模块；所述输入模块包括激光距离传感器输入模块和摄像机输入模块；所述输入模块、处理器、输出模块依次电连接；
所述追踪装置，包括激光距离传感器装置和舵机模块；所述激光传感器装置包括发射模块和接收模块；所述接收模块包括预处理模块和距离输出模块；所述舵机模块包括水平舵机和竖直舵机；
所述摄像机与所述单片机控制装置的输入模块中的摄像机输入模块相连；
所述单片机控制装置的输出模块中的激光传感器驱动模块与所述追踪装置的激光距离传感器装置中的发射模块相连；所述单片机控制装置的输出模块中的舵机驱动模块与所述追踪装置的舵机模块中的水平舵机和竖直舵机相连；
所述追踪装置的激光距离传感器装置中的距离输出模块与所述单片机控制装置的输入模块中的激光距离传感器输入模块相连。
2.根据权利要求1所述的基于激光距离传感器的AR虚拟开关，其特征在于所述的激光距离传感器包括第一激光距离传感器、第二激光距离传感器、第三激光距离传感器和第四激光距离传感器，所述的四个激光距离传感器处于正方形的四个顶点处。
3.一种根据权利要求2所述基于激光距离传感器的AR虚拟开关方法，其特征在于，
步骤1，在所述单片机控制装置中设置AR虚拟开关的有效位置(x0,y0,z0)和虚拟开关有效范围距离r；其三维坐标系为：以第一激光距离传感器位置作为坐标原点，以第一激光距离传感器与第二激光距离传感器位置的连线作为x轴，以垂直于x轴连线的第一激光距离传感器与第三激光距离传感器的连线作为y轴，以从第一激光距离传感器出发同时垂直于x轴与y轴的方向作为z轴，所述x轴、y轴与z轴符合右手空间坐标系；
步骤2，摄像机拍摄到的图像经过单片机控制装置处理，得到的接近物体在xy平面的投影位置，单片机计算投影位置上离AR虚拟开关的有效位置(x0,y0)最近的坐标为对投影位置的坐标进行计算，得到最小的d1时的(x,y)即为(xi,yi)；判断(xi,yi)所在区域，若为A区域则选用第一激光距离传感器，为B区域则选用第二激光距离传感器，为C区域则选用第三激光距离传感器，为D区域则选用第四激光距离传感器；
步骤3，步骤2中选取的所述激光距离传感器所对应的水平舵机调整选定激光距离传感器的水平角度，使所述激光距离传感器中所述激光距离传感器在xy平面投影上与(xi,yi)垂直；步骤2中选取的所述激光距离传感器所对应的竖直舵机调整选定的激光距离传感器的竖直角度，直至追踪到该物体；单片机得到所述激光距离传感器测得的距离L，计算得此时测得位置的坐标(x1,y1,z1)，调整竖直角度，测得位置坐标为(x2,y2,z2)，使得距离最小的位置即追踪位置，其坐标记为(x3,y3,z3)；
所述追踪装置实时追踪；
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