CN108491119B - 光标控制方法以及位置检测方法和系统 - Google Patents
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Abstract
一种位置检测方法,用于检测测试位置相对测试平面的相对位置,在测试平面上提供至少三个非共线的标注点;分别获取测试位置和每一所述标注点之间的单位向量,以及每两个所述标注点之间的距离;根据所述单位向量和所述距离,确定所述测试位置相对所述测试平面的相对位置。所述至少三个标注点中的其中两个位于同一铅垂线位置或同一水平线位置。位置检测方法和系统能解决的测试位置的指向与光标显示位置不匹配的问题。
Description
技术领域
本发明涉及定位技术领域,特别涉及一种光标控制方法以及位置检测方法和系统。
背景技术
鼠标是常用的输入设置,其主要功能是生成屏幕坐标,将用户的操作输入电脑进行显示控制。随着PDA、笔记本、可穿戴式电脑等便携设备的流行,现有的滚轮式或光电式鼠标都需要一个平坦的工作表面,且自身的体积也比较大,已经满足不了移动办公的需要。而基于陀螺仪、加速度传感器等的空中鼠标则完全没有这个限制,它可以自由自在的在空中移动来控制电脑;可以做成各种形状,便于携带;可以灵活地应用于各种场合,例如:大型会议或多媒体场所等。
大多数的空中鼠标为六轴控制型,其原理是利用电子陀螺仪和加速度传感器来测量六项维度,使用相对位移和/或角度变化来确定光标位置。但是这种空中鼠标在使用时有一个局限,就是光标所在的位置并不是鼠标指向与显示屏幕的交点(即鼠标指向与光标显示的位置发生了偏移),无法做到精确指向,并且在移动空中鼠标时,对应在显示屏幕上的光标位置也只能根据鼠标当前的相对位移和/或角度变化进行相应地增量变化,这样空中鼠标指向将始终与显示屏幕上的光标位置发生偏移,导致使用者的指向与视觉感官效果不一致,这对使用者来说会造成极大的不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光标控制方法以及位置检测方法和系统,用于解决的空中鼠标的指向与光标显示位置不匹配的问题。
本发明实施例提供一种位置检测方法,用于检测测试位置相对测试平面的相对位置,在测试平面上提供至少三个非共线的标注点;分别获取测试位置和每一所述标注点之间的单位向量,以及每两个所述标注点之间的距离;根据所述单位向量和所述距离,确定所述测试位置相对所述测试平面的相对位置。所述至少三个标注点中的其中两个位于同一铅垂线位置或同一水平线位置。
进一步地,所述标注点的数量为三个,包括第一标注点P1、第二标注点P2和第三标注点P3,其中,所述第一标注点P1和所述第二标注点P2位于同一铅垂线位置。
进一步地,以所述测试位置为原点O建立空间三维直角坐标系OXYZ,其中竖轴OZ为铅垂线方向;获取第一标注点P1与第二标注点P2的第一距离d1;获取由原点O指向所述第一标注点P1的第一单位向量Vp1和由原点O指向所述第二标注点P2的第二单位向量Vp2;将所述第一单位向量Vp1放大至与第二单位向量为Vp2位于同一铅垂线上得到向量vp1’;计算比例系数n,其中n=(|VP1’-VP2|)/d1;以及根据所述比例系数n得出所述测试位置相对所述测试平面的垂直距离nL。
进一步地,获取指向所述第三标注点P3的第三单位向量Vp3;根据所述第三单位向量Vp3得出所述测试位置相对所述测试平面的相对位置。
进一步地,计算出第三标注点P3垂直于穿过第一标注点P1与第二标注点P2的直线的垂足P,根据所述第一单位向量Vp1和所述第二单位向量为Vp2以及由所述第一标注点P1、第二标注点P2和第三标注点P3所形成的三角形的边长计算出由所述原点O指向所述垂足P的第四单位向量Vp4以及所述第三标注点P3至垂足P的距离d2;将所述第三单位向量Vp3放大至与所述第四单位向量Vp4位于同一水平线上得到向量Vp4’;计算比例系数m,其中m=(|VP3’-VP4|)/d2;根据比例系数m得出第一标注点P1、第二标注点P2或第三标注点P3相对平面YOZ的距离。
进一步地,所述三个标注点为一直角三角形的三个端点。
进一步地,所述标注点的数量为四个,为一矩形的四个端点。
本发明还提供一种光标控制方法,利用上述的位置检测方法得出所述测试位置相对所述测试平面的相对位置,在测试平面实时显示该测试位置指向该测试平面的光标位置。
本发明还提供一种位置检测系统,包括测试平面、数据采集模块和处理模块,所述处理模块分别与所述测试平面和所述数据采集模块信号连接,其中:所述测试平面用于显示预设的至少三个非共线的标注点,所述至少三个标注点中的其中两个位于同一铅垂线位置或同一水平线位置;所述数据采集模块用于获取由测试位置指向每一个所标注点的单位向量以及每两个所述标注点之间的距离,并通过发送至所述处理模块;所述处理模块用于根据接收的所述单位向量和所述距离得出所述测试位置相对所述测试平面的相对位置,并根据所述相对位置获取光标在所述测试平面的显示位置。
本发明实施例提供的光标控制方法以及位置检测方法和系统,通过在测试平面预设至少三个标注点,分别获取测试位置和每一所述标注点之间的单位向量,以及每两个所述标注点之间的距离得出测试位置相对测试平面的相对位置,再根据相对位置获取光标在测试平面的显示位置,该光标的显示位置即是测试位置的指向与测试平面的交点。有效地解决现有的测试位置得到的光标位置与使用者指向不匹配的问题。
附图说明
图1为本发明第一实施例的测试平面的结构示意图。
图2至图7为本发明第一实施例的位置检测过程示意图。
图8为本发明第二实施例的位置检测过程示意图。
图9为本发明第三实施例的位置检测过程示意图。
图10为本发明第五实施例的位置检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术方式及功效,以下结合附图及实施例,对本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如后。
在一实施例提供的位置检测方法中,该方法包括如下步骤:
在测试平面预设至少三个非共线的标注点;
分别获取由测试位置指向每一标注点的单位向量,以及获取每两个标注点之间的距离;
根据单位向量和距离,确定测试位置相对该测试平面的相对位置。
具体地,如图1所示,本实施例中,标注点的数量为三个,具体为第一标注点P1、第二标注点P2和第三标注点P3,其中第一标注点P1和第二标注点P2位于同一铅垂线位置。需说明的是,第一标注点P1和第二标注点P2位于同一铅垂线位置是指P1的向量终点和P2的向量终点在铅锤投影到水平面上重叠的情形。
测试平面例如为投影仪幕布,可选择将标注点显示在测试平面上。
如图2所示,测试位置例如是空中鼠标200所在的位置。利用空中鼠标200依次指向测试平面上的三个标注点。空中鼠标200内置有数据采集模块210和第一收发模块220,利用数据采集模块210获取测试位置指向每一个标注点的单位向量。
数据采集模块210例如是姿态航向参考系统(AHRS),包括传感器模块和电路模块。传感器模块由3只微机械陀螺、3只微机械加速度计和三轴地磁传感器,电路模块包括AD转换、数据采集和数字滤波器等,姿态航向参考系统的工作原理是:从3只陀螺仪的测量值中可以解算出姿态角,选用重力向量和地磁向量作为参考向量,为陀螺提供角度修正和零偏估计,实现动态环境下载体姿态估计。其主要思想为:利用陀螺测得的角速度来更新前一步的姿态角;利用加速度计和地磁传感器对重力向量和地磁向量的观测来修正陀螺给出的姿态角信息,加速度计用于修正垂直角速率传感器漂移,地磁传感器用于校正偏航角的角速率传感器漂移,校正量经过卡尔曼滤波,得出准确的姿态角(即横滚角、俯仰角和航向角等)。根据姿态角即可获得测试位置指向各标注点的单位向量。
再利用第一收发模块220将所获取的单位向量发送给处理模块310进行处理。
本实施例中,第一收发模块220将所获取的单位向量发送至与处理模块310相连的第二收发模块320,利用第二收发模块320接收第一收发模块220发送的信息并传递给处理模块310进行处理。
获取每两个标注点之间的距离具体为,利用处理模块310读取每两个标注点之间的距离。
根据单位向量和距离,确定测试位置相对该测试平面的相对位置包括:
如图3所示,以测试位置为原点O建立一个空间三维直角坐标系OXYZ,其具有横轴(X轴)OX、纵轴(Y轴)OY和竖轴(Z轴)OZ,其中竖轴OZ为铅垂线方向;假设平面XOZ为与测试平面平行的面。其中,第一标注点P1与第二标注点P2的X轴与Y轴的坐标相等,Z轴的坐标差即为第一标注点P1与第二标注点P2之间的第一距离d1。
从左向右观察图3中的图形,结果如图4所示,其中测试平面成为了以第一标注点P1与第二标注点P2为端点的线段。
获取由原点O指向第一标注点P1的第一单位向量Vp1和由原点O指向第二标注点P2的第二单位向量Vp2。如图5所示,将测试平面及第一单位向量Vp1和第二单位向量为Vp2投影至平面YOZ。将第一单位向量Vp1放大至与第二单位向量为Vp2位于同一铅垂线上得到向量Vp1’;Vp1’-Vp2即为一个与第二标注点P2指向第一标注点P1的向量平行且长度比为n的向量。
计算比例系数n,其中n=(|VP1’-VP2|)/d1;
根据比例系数n得出测试位置相对测试平面的距离nL。
在一实施方式当中,当已知测试平面基本为竖直设置时,nL可以认为是所述测试位置相对所述测试平面的相对位置。
在一实施方式当中,如果不能已知测试平面基本为竖直设置,或者想要获得更精确的测试结果时,在得出测试位置相对测试平面的距离nL后可进一步计算出第一标注点P1或第二标注点P2相对平面XOY的距离、以及第一标注点P1或第二标注点P2相对平面XOZ的距离,也即是说,得出第一标注点P1或该第二标注点P2在Y轴和Z轴的坐标。
获取由原点O指向第三标注点P3的第三单位向量Vp3;根据第三单位向量Vp3得出测试位置相对测试平面的相对位置。
具体地,如图6所示,计算出第三标注点P3垂直于穿过第一标注点P1与第二标注点P2的直线的垂足P,根据第一单位向量Vp1和第二单位向量为Vp2以及由第一标注点P1、第二标注点P2和第三标注点P3所形成的三角形的边长计算出由原点O指向垂足P的第四单位向量Vp4以及第三标注点P3至垂足P的距离d2。
如图7所示,将测试平面及第三单位向量Vp3和第四单位向量Vp4投影至平面XOY。将第三单位向量Vp3放大至与第四单位向量Vp4位于同一水平线上得到向量Vp4’;Vp4’-Vp3即为一个与垂足P4指向第三标注点P3的向量平行且长度比为m的向量。
计算比例系数m,其中m=(|VP3’-VP4|)/d2;
根据比例系数m得出第一标注点P1、第二标注点P2或第三标注点P3相对平面YOZ的距离,也即是说,得出第一标注点P1、第二标注点P2或第三标注点P3在X轴的坐标。
由上述方法即可得出测试位置相对测试平面的相对位置。
后续每次得到一个新的指向单位向量,则将这个向量放大到Y坐标与nL相等即可得到Z轴坐标,即测试位置在测试平面沿竖边上(Z轴方向)的移动量。可以理解,测试位置在测试平面沿横边(X轴方向)的移动量也可同理得出。
在本发明另一个实施例中,三个标注点优选为一直角三角形的三个端点。即垂足P就是第一标注点P1或第二标注点P2,以简化计算过程。
[第二实施例]
如图8所示,本发明第二实施例提供的位置检测方法与第一实施大致相同,不同之处在于,其中两个标注点位于同一水平线位置。
第二实施例可先计算出第一标注点P1或第二标注点P2相对平面XOY的距离、以及第一标注点P1或第二标注点P2相对平面YOZ的距离,然后再计算第一标注点P1、第二标注点P2或第三标注点P3相对平面XOZ的距离。
本实施例的其它步骤可参考第一实施例,在此不再赘述。
[第三实施例]
如图9所示,本发明第三实施例提供的位置检测方法与第一实施大致相同,不同之处在于,标注点的数量为四个,为一矩形的四个端点。
本实施例的其它步骤可参考第一实施例,在此不再赘述。提供四个标注点后,可任选其中三个标注点得出四组关于测试位置相对测试平面的相对位置的数据,将该些数据做平均值,以得到更准确的测试位置相对测试平面的相对位置的数值。
[第四实施例]
本发明还涉及一种光标控制方法,其利用上述的位置检测方法得出所述测试位置200相对所述测试平面的相对位置,在测试平面100实时显示该测试位置200指向该测试平面100的光标位置,该光标的显示位置即是测试位置200的指向与测试平面100的交点。
[第五实施例]
如图10所示,本发明第五实施例的位置检测系统包括测试平面100、数据采集模块210、第一收发模块220、处理模块310和第二收发模块320,其中,数据采集模块210与第一收发模块220相连,处理模块310和第二收发模块320相连,第一收发模块220与第二收发模块320通过无线信号连接,测试平面100与处理模块310相连。
测试平面100用于显示预设的至少三个非共线的标注点。其中,至少三个标注点中的其中两个位于同一铅垂线位置或同一水平线位置。
数据采集模块210用于获取由测试位置200指向每一个标注点的单位向量。
第一收发模块220和第二收发模块320用于发送和接数据采集模块210和处理模块310之间的数据信息。
处理模块310用于根据接收单位向量以及每两个标注点之间的距离确定测试位置相对该测试平面的相对位置,并根据相对位置获取光标在测试平面100的显示位置。
本发明的实施例带来的有益效果是,光标控制方法以及位置检测方法和系统在测试平面预设至少三个标注点,分别获取测试位置和每一所述标注点之间的单位向量,以及每两个所述标注点之间的距离得出测试位置相对测试平面的相对位置,再根据相对位置获取光标在测试平面的显示位置,该光标的显示位置即是测试位置的指向与测试平面的交点。有效地解决现有的测试位置得到的光标位置与使用者指向不匹配的问题。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种位置检测方法,用于检测测试位置相对测试平面的相对位置,其特征在于,
在竖直设置的测试平面上提供至少三个非共线的标注点,包括第一标注点P1、第二标注点P2和第三标注点P3,其中,所述第一标注点P1和所述第二标注点P2位于同一铅垂线位置或同一水平线位置;
以所述测试位置为原点O建立空间三维直角坐标系OXYZ,其中竖轴OZ为铅垂线方向;
获取第一标注点P1与第二标注点P2的第一距离d1;
获取由原点O指向所述第一标注点P1的第一单位向量Vp1和由原点O指向所述第二标注点P2的第二单位向量Vp2;
当所述第一标注点P1和所述第二标注点P2位于同一铅垂线位置时,将所述测试平面及所述第一单位向量Vp1和所述第二单位向量为Vp2投影至平面YOZ,将所述第一单位向量Vp1放大至与第二单位向量Vp2终点位于同一铅垂线上得到向量vp1’;或者当所述第一标注点P1和所述第二标注点P2位于同一水平线位置时,将所述测试平面及所述第一单位向量Vp1和所述第二单位向量为Vp2投影至平面XOY,将所述第一单位向量Vp1放大至与第二单位向量Vp2终点位于同一水平线上得到向量vp1’;
计算比例系数n,其中n=(|VP1’-VP2|)/d1;以及
根据所述比例系数n得出所述测试位置相对所述测试平面的垂直距离nL。
2.根据权利要求1所述的位置检测方法,其特征在于,获取指向所述第三标注点P3的第三单位向量Vp3;根据所述第三单位向量Vp3得出所述测试位置相对所述测试平面的相对位置。
3.根据权利要求2所述的位置检测方法,其特征在于,
计算出所述第三标注点P3垂直于穿过所述第一标注点P1与所述第二标注点P2的直线的垂足P,根据所述第一单位向量Vp1和所述第二单位向量Vp2以及由所述第一标注点P1、所述第二标注点P2和所述第三标注点P3所形成的三角形的边长计算出由所述原点O指向所述垂足P的第四单位向量Vp4以及所述第三标注点P3至垂足P的距离d2;
将所述第三单位向量Vp3放大至与所述第四单位向量Vp4位于同一水平线上得到向量Vp4’;
计算比例系数m,其中m=(|VP3’-VP4|)/d2;
根据比例系数m得出所述第一标注点P1、所述第二标注点P2或所述第三标注点P3相对平面XOZ的距离。
4.根据权利要求1所述的位置检测方法,其特征在于,所述第一标注点P1、所述第二标注点P2和所述第三标注点P3为一直角三角形的三个端点。
5.根据权利要求1所述的位置检测方法,其特征在于,所述标注点的数量为四个,为一矩形的四个端点。
6.一种光标控制方法,其特征在于,利用权利要求1至4任一项所述的位置检测方法得出所述测试位置(200)相对所述测试平面(100)的相对位置,在所述测试平面(100)实时显示所述测试位置(200)指向所述测试平面(100)的光标位置。
7.一种位置检测系统,其特征在于,包括测试平面(100)、数据采集模块(210)和处理模块(310),所述处理模块(310)分别与所述测试平面(100)和所述数据采集模块(210)信号连接,其中:
所述测试平面(100)竖直设置并用于显示预设的至少三个非共线的标注点,包括第一标注点P1、第二标注点P2和第三标注点P3,其中,所述第一标注点P1和所述第二标注点P2位于同一铅垂线位置或同一水平线位置;
所述数据采集模块(210)用于获取由测试位置(200)指向每一个所述标注点的单位向量以及每两个所述标注点之间的距离,包括:以所述测试位置(200)为原点O建立空间三维直角坐标系OXYZ,其中竖轴OZ为铅垂线方向,获取所述第一标注点P1与所述第二标注点P2的第一距离d1,获取由原点O指向所述第一标注点P1的第一单位向量Vp1和由原点O指向所述第二标注点P2的第二单位向量Vp2;并发送至所述处理模块(310);
所述处理模块(310)用于根据接收的所述单位向量和所述距离得出所述测试位置(200)相对所述测试平面(100)的相对位置,并根据所述相对位置获取光标在所述测试平面(100)的显示位置,包括:当所述第一标注点P1和所述第二标注点P2位于同一铅垂线位置时,将所述测试平面及所述第一单位向量Vp1和所述第二单位向量为Vp2投影至平面YOZ,将所述第一单位向量Vp1放大至与第二单位向量Vp2终点位于同一铅垂线上得到向量vp1’;或者当所述第一标注点P1和所述第二标注点P2位于同一水平线位置时,将所述测试平面及所述第一单位向量Vp1和所述第二单位向量为Vp2投影至平面XOY,将所述第一单位向量Vp1放大至与第二单位向量Vp2终点位于同一水平线上得到向量vp1’;计算比例系数n,其中n=(|VP1’-VP2|)/d1;根据所述比例系数n得出所述测试位置(200)相对所述测试平面(100)的垂直距离nL。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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