CN114500823B - 跟踪可移动对象的方法、跟踪装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种跟踪可移动对象的方法、跟踪装置及控制拍摄参数的方法。所述方法包含：判定跟踪装置的摄像机的第一开启持续时间，其中第一开启持续时间包括开始时间和结束时间；通过在开始时间之前添加第一保护时间和在结束时间之后添加第二保护时间来判定装设于可移动对象上的多个发光元件的第二开启持续时间；基于第二开启持续时间开启发光元件；以及控制摄像机在第一开启持续时间中捕获发光元件的特定图像且据以跟踪可移动对象。藉此，可更容易控制发光元件住第二开启持续时间中发光，同时降低功率消耗。

Description

跟踪可移动对象的方法、跟踪装置
技术领域
本公开大体上涉及跟踪机制，具体来说，涉及一种用于跟踪可移动对象的方法、跟踪装置以及用于动态地控制摄像机的拍摄参数的方法。
背景技术
现今，用于在增强现实(augmented reality；AR)系统或虚拟现实(virtualreality；VR)系统等系统中跟踪对象的机制大体上包含由内而外跟踪(inside-outtracking)和由外而内跟踪(outside-in tracking)。在由内而外跟踪机制中，待跟踪对象可装设有用于让头戴式显示器上的摄像机捕获光线的发光元件，且可据以判定待跟踪对象的姿势。
在这种情况下，如果未恰当地设计摄像机的拍摄参数，那么可能出现一些问题。举例来说，如果未恰当地设计摄像机和发光元件的开启持续时间(on duration)，那么可能引入不必要的功率消耗或无法准确地判定待跟踪对象的姿势。举另一例来说，如果用于执行环境检测和对象跟踪的拍摄参数相同，那么无法准确地判定待跟踪对象的姿势或无法准确地检测环境。
发明内容
因此，本发明针对一种用于跟踪可移动对象的方法、跟踪装置以及用于动态地控制摄像机的拍摄参数的方法，其可用于解决上述技术问题。
本公开的实施例提供一种适用于跟踪装置的用于跟踪可移动对象的方法。方法包含：判定跟踪装置的摄像机的第一开启持续时间，其中第一开启持续时间包括开始时间和结束时间；通过在开始时间之前添加第一保护时间和在结束时间之后添加第二保护时间来判定装设于可移动对象上的多个发光元件的第二开启持续时间；基于第二开启持续时间开启发光元件；以及控制摄像机以在第一开启持续时间中捕获发光元件的特定图像且据以跟踪可移动对象。
本公开的实施例提供一种包含摄像机和处理器的跟踪装置。处理器耦合到摄像机，且配置成执行：判定跟踪装置的摄像机的第一开启持续时间，其中第一开启持续时间包括开始时间和结束时间；通过在开始时间之前添加第一保护时间和在结束时间之后添加第二保护时间来判定装设于可移动对象上的多个发光元件的第二开启持续时间；基于第二开启持续时间开启发光元件；以及控制摄像机以在第一开启持续时间中捕获发光元件的特定图像且据以跟踪可移动对象。
本公开的实施例提供一种用于动态地控制摄像机的拍摄参数的方法。方法包含：判定多个时间帧，其中时间帧包括多个第一时间帧和多个第二时间帧；控制跟踪装置的摄像机以在各第一时间帧中用第一曝光参数拍摄第一图像且据以执行环境检测；控制跟踪装置的摄像机以在各第二时间帧中用第二曝光参数拍摄第二图像且据以执行第一特定检测，其中第二曝光参数低于第一曝光参数。
附图说明
包含附图以提供对本发明的进一步理解，且附图并入本说明书中且构成本说明书的一部分。图式示出本发明的实施例，且与描述一起用以解释本发明的原理。
图1绘示根据本公开的实施例的跟踪装置和可移动对象的功能图。
图2A绘示根据本公开的实施例的第一开启持续时间和第二开启持续时间的第一组合。
图2B绘示根据本公开的实施例的第一开启持续时间和第二开启持续时间的第二组合。
图3绘示根据本公开的实施例的用于跟踪可移动对象的方法的流程图。
图4绘示根据本公开的实施例的第一开启持续时间和第二开启持续时间的第三组合。
图5绘示根据本公开的实施例的用于动态地控制摄像机的拍摄参数的方法的流程图。
图6绘示根据本公开的第一实施例的时间帧。
图7绘示根据本公开的第二实施例的时间帧。
附图标号说明
100：跟踪装置；
102：摄像机；
104：处理器；
199：可移动对象；
211、221、411：第一开启持续时间；
212、412：第二开启持续时间；
F11、F12…F1N：第一时间帧；
F21、F22…F2N：第二时间帧；
F31、F32…F3N：第三时间帧；
G1：第一保护时间；
G2：第二保护时间；
S310、S320、S330、S340、S510、S520、S530：步骤；
T1：开始时间；
T2：结束时间。
具体实施方式
现将详细参考本发明的当前优选实施例，其实例在附图中示出。在可能的情况下，在图式和描述中使用相同的附图标号来指代相同或类似部件。
参看图1，其绘示根据本公开的实施例的跟踪装置和可移动对象的功能图。在图1中，跟踪装置100可为能够通过使用任何已知跟踪机制跟踪可移动对象199的任何装置。在一些实施例中，跟踪装置100可为用于AR系统或VR系统中的头戴式显示器(head-mounteddisplay；HMD)，且可移动对象199可为需要跟踪的AR/VR系统的组件，例如手持式控制器，但本公开不限于此。
在本公开的实施例中，跟踪装置100包含摄像机102和处理器104。在各种实施例中，摄像机102可为具有电荷耦合装置(charge coupled device；CCD)透镜、互补金属氧化物半导体晶体管(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)透镜的摄像机，但本公开不限于此。
处理器104耦合到摄像机102，且可为例如通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(digital signal processor；DSP)、多个微处理器、与DSP内核相关联的一或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit；ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array；FPGA)电路、任何其它类型的集成电路(integrated circuit；IC)、状态机等。
在本公开的实施例中，处理器104可控制摄像机102以捕获可移动对象199的图像且据以判定可移动对象199的姿势。在一些实施例中，可移动对象199可装设有多个发光元件(例如常规发光二极管(light emitting diode；LED)和/或红外LED)。在这种情况下，处理器104可基于由摄像机102捕获的图像中的发光元件的光分布而执行由内而外跟踪。
在本公开的实施例中，摄像机102可经配置以在对应的开启持续时间(以下称为第一开启持续时间)中捕获图像。也就是说，摄像机102将不在除了第一开启持续时间以外的持续时间中执行捕获/拍摄。类似地，可移动对象199上的发光元件具有其自身的开启持续时间(以下称为第二开启持续时间)。在这种情况下，发光元件将不在除第二开启持续时间以外的持续时间中发光。
在本公开的实施例中，第一开启持续时间和第二开启持续时间需要(部分地)彼此重叠以让摄像机102能够捕获发光元件的光。然而，如果未恰当地设计第一开启持续时间和第二开启持续时间，那么可能引发一些不必要的后果。
参看图2A，其绘示根据本公开的实施例的第一开启持续时间和第二开启持续时间的第一组合。在图2A中，第一开启持续时间211长于第二开启持续时间212。在这种情况下，由第一开启持续时间211所导致的长曝光将调亮所捕获图像中的背景，使得不需要跟踪的对象也被捕获在图像中。因此，跟踪可移动对象199的效果将降低。另外，由于摄像机102的曝光持续时间通常非常短，因此难以精确地控制发光元件在第二开启持续时间212中发光。
参看图2B，其绘示根据本公开的实施例的第一开启持续时间和第二开启持续时间的第二组合。在图2B中，可移动对象199上的发光元件设计为始终开启。在这种情况下，第一开启持续时间221可设计为较短，此避免不必要地调亮所捕获图像中的背景。然而，发光元件的功率消耗将较高。
为解决上述问题，本公开的实施例提供一种用于跟踪可移动对象的方法，且在下文中将提供详细论述。
参看图3，其绘示根据本公开的实施例的用于跟踪可移动对象的方法的流程图。此实施例的方法可通过图1中的跟踪装置100执行，且下文将用图1中所绘示的组件描述图3中的各步骤的细节。为了更好地理解本公开的概念，图4将用作实例，其中图4绘示根据本公开的实施例的第一开启持续时间和第二开启持续时间的第三组合。
在步骤S310中，处理器104判定跟踪装置100的摄像机102的第一开启持续时间411。在本实施例中，处理器104可将第一开启持续时间411的长度判定为不会因过长而过度调亮所捕获图像中的背景，例如，16微秒，但本公开不限于此。在图4中，第一开启持续时间411具有开始时间T1和结束时间T2。
在步骤S320中，处理器104通过在开始时间T1之前添加第一保护时间G1和在结束时间T2之后添加第二保护时间G2来判定装设于可移动对象199上的发光元件的第二开启持续时间412。在各种实施例中，可基于设计者的需求任意选择第一保护时间G1和第二保护时间G2的长度。
接着，在步骤S330中，处理器104基于第二开启持续时间412开启发光元件。在一个实施例中，如果可移动对象199上的发光元件可经独立地控制，那么处理器104可直接或间接地控制发光元件在第二开启持续时间412中发光。在一个实施例中，如果发光元件由可移动对象199供电和控制，那么处理器104可控制可移动对象199以在第二开启持续时间412中开启发光元件以用于在第二开启持续时间412期间发光。
在一个实施例中，处理器104可与可移动对象199和/或发光元件同步以通知应在第二开启持续时间412中开启发光元件。
在步骤S340中，处理器104控制摄像机102以在第一开启持续时间411中捕获发光元件的特定图像且据以跟踪可移动对象199。
在一个实施例中，处理器104可通过使用由内而外跟踪机制基于特定图像中的发光元件的光分布来判定可移动对象199的姿势，但本公开不限于此。
不同于图2A中的情境，由于图4的第二开启持续时间412长于第一开启持续时间411，因此将更容易控制发光元件在第二开启持续时间412中发光。另外，与图2B相比，图4的功率消耗将低得多，这改进了可移动对象199和/或发光元件的电池使用时间。
另外，如上文中所提及，如果用于执行环境检测和对象跟踪的拍摄参数相同，那么无法准确地判定待跟踪对象的姿势或无法准确地检测环境。因此，本公开进一步提出用于动态地控制摄像机的拍摄参数的方法，其可用于解决此问题。
参看图5，其绘示根据本公开的实施例的用于动态地控制摄像机的拍摄参数的方法的流程图。此实施例的方法可通过图1中的跟踪装置100执行，且下文将用图1中所绘示的组件描述图5中的各步骤的细节。
在步骤S510中，处理器104判定多个时间帧，其中所述多个时间帧包括多个第一时间帧和多个第二时间帧。
在步骤S520中，处理器104控制跟踪装置100的摄像机102以在各第一时间帧中用第一曝光参数拍摄第一图像且据以执行环境检测。
在步骤S530中，处理器104控制跟踪装置100的摄像机102以在各第二时间帧中用第二曝光参数拍摄第二图像且据以执行第一特定检测，其中第二曝光参数低于第一曝光参数。
为了更好地理解图5的概念，图6和图7将用作论述的实例。
参看图6，其绘示根据本公开的第一实施例的时间帧。在图6中，处理器104可将时间轴划分为多个时间帧，所述多个时间帧绘示为矩形框。在本实施例中，时间帧可划分成多个第一时间帧F11至第一时间帧F1N和多个第二时间帧F21至第二时间帧F2N。
在一个实施例中，第一时间帧F11～F1N和第二时间帧F21～F2N彼此交错。也就是说，所述多个时间帧的第(2i+1)个时间帧属于第一时间帧F11～F1N，且所述多个时间帧的第(2i+2)个时间帧属于第二时间帧F21～F2N，其中ⅰ为索引。
举例来说，当ⅰ为0时，所述多个时间帧的第(2i+1)个时间帧可为第1个时间帧，其为第一时间帧F11。另外，当ⅰ为0时，所述多个时间帧的第(2i+2)个时间帧可为第2个时间帧，其为第二时间帧F21。再举例来说，当ⅰ为1时，所述多个时间帧的第(2i+1)个时间帧可为第3个时间帧，其为第一时间帧F12。另外，当ⅰ为1时，所述多个时间帧的第(2i+2)个时间帧可为第4个时间帧，其为第二时间帧F22。
在一个实施例中，处理器104可控制摄像机102以在各第一时间帧F11～F1N中用第一曝光参数拍摄第一图像且据以执行环境检测。在一个实施例中，处理器104可基于同时定位与地图构建(simultaneous localization and mapping；SLAM)机制执行环境检测，但本公开不限于此。
在一个实施例中，第一特定检测可用于跟踪装设有发光元件的可移动对象199，如上文所教示。
在一个实施例中，由于处理器104需要环境的更多特征点以较佳地检测环境，因此处理器104使用较高的第一曝光参数(例如，较高曝光值和/或较长曝光时间)来保证可在第一图像中恰当地调亮环境。因此，可在各第一时间帧F11～F1N中实现较佳的环境检测性能。
另一方面，当执行第一特定检测(例如，跟踪可移动对象199)时，处理器104可使用较低第二曝光参数(例如，较低曝光值和/或较短曝光时间)来调暗来自第二图像中的环境的光，使得仅有来自发光元件的光会保留在第二图像中。因此，可在各第二时间帧F21～F2N中实现较佳的第一特定检测性能。
在第二实施例中，所述多个时间帧可还包含多个第三时间帧，且处理器104可控制摄像机102以在各第三时间帧中用第三曝光参数拍摄第三图像且据以执行第二特定检测，其中第三曝光参数高于第二曝光参数，且可等于或不等于第一曝光参数。
在一个实施例中，第一特定检测用于跟踪可移动对象199，第二特定检测用于手势检测或手部跟踪。
参看图7，其绘示根据本公开的第二实施例的时间帧。在图7中，处理器104可将时间轴划分为多个时间帧，所述多个时间帧绘示为矩形框。在本实施例中，时间帧可划分为多个第一时间帧F11～F1N、多个第二时间帧F21～F2N以及多个第三时间帧F31～F3N，其中第一时间帧F11～F1N、第二时间帧F21～F2N以及第三时间帧F31～F3N彼此交错。
也就是说，所述多个时间帧的第(3i+1)个时间帧属于第一时间帧F11～F1N，所述多个时间帧的第(3i+2)个时间帧属于第二时间帧F21～F2N，所述多个时间帧的第(3i+3)个时间帧属于第三时间帧F31～F3N，其中ⅰ为索引。
举例来说，当ⅰ为0时，所述多个时间帧的第(3i+1)个时间帧可为第1个时间帧，其为第一时间帧F11。当ⅰ为0时，所述多个时间帧的第(3i+2)个时间帧可为第2个时间帧，其为第二时间帧F21。当ⅰ为0时，所述多个时间帧的第(3i+3)个时间帧可为第3个时间帧，其为第三时间帧F31。
再举例来说，当ⅰ为1时，所述多个时间帧的第(3i+1)个时间帧可为第4个时间帧，其为第一时间帧F12。当ⅰ为1时，所述多个时间帧的第(3i+2)个时间帧可为第5个时间帧，其为第二时间帧F22。当ⅰ为1时，所述多个时间帧的第(3i+3)个时间帧可为第6个时间帧，其为第三时间帧F32。
在一个实施例中，处理器104可控制摄像机102以在各第一时间帧F11～F1N中用第一曝光参数拍摄第一图像且据以执行环境检测。在一个实施例中，处理器104可基于SLAM机制执行环境检测，但本公开不限于此。
在一个实施例中，第一特定检测可用于跟踪装设有发光元件的可移动对象199，如上文所教示。
在一个实施例中，由于处理器104需要环境的更多特征点以较佳地检测环境，因此处理器104使用较高第一曝光参数来保证可在第一图像中恰当地调亮环境。因此，可在各第一时间帧F11至第一时间帧F1N中实现较佳的环境检测性能。
另一方面，当执行第一特定检测(例如，跟踪可移动对象199)时，处理器104可使用较低第二曝光参数以调暗来自第二图像中的环境的光，使得仅有来自发光元件的光保留在第二/第三图像中。因此，可在各第二时间帧F21～F2N中实现较佳的第一特定检测性能。
总起来说，本公开的实施例可在跟踪装置的摄像机的第一开启持续时间之前/之后添加保护时间以判定发光元件的第二开启持续时间，使得可更容易控制发光元件住第二开启持续时间中发光，同时降低功率消耗。
另外，当在各第一时间帧中执行环境检测时，本公开的实施例可使用较高第一曝光参数(例如，较高曝光值和/或曝光时间)来取得第一图像中的环境的更多特征点。因此，可在各第一时间帧中实现较佳的环境检测性能。
另一方面，本公开的实施例可使用较低第二曝光参数(例如，较低曝光值和/或曝光时间)来确保仅有来自发光元件的光保留在第二图像中。因此，可在各第二时间帧中实现较佳的第一特定检测性能。
对本领域的技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明的结构作出各种修改和变化。鉴于前文，希望本发明涵盖对本发明的修改和变化，条件是所述修改和变化落在所附权利要求书和其等效物的范围内。

Claims (10)

1.一种用于跟踪可移动对象的方法，适用于跟踪装置，其特征在于，包括：
判定所述跟踪装置的摄像机的第一开启持续时间，其中所述第一开启持续时间包括开始时间和结束时间；
通过在所述开始时间之前添加第一保护时间和在所述结束时间之后添加第二保护时间来判定装设于所述可移动对象上的多个发光元件的第二开启持续时间；
基于所述第二开启持续时间开启所述多个发光元件；以及
控制所述摄像机以在所述第一开启持续时间中捕获所述多个发光元件的特定图像且据以跟踪所述可移动对象。
2.根据权利要求1所述的用于跟踪可移动对象的方法，其中所述跟踪装置为头戴式显示器，且所述可移动对象为连接到所述头戴式显示器的手持式控制器。
3.根据权利要求1所述的用于跟踪可移动对象的方法，其中所述多个发光元件为多个红外发光二极管。
4.根据权利要求1所述的用于跟踪可移动对象的方法，其中跟踪所述可移动对象的步骤包括：
基于所述特定图像中的所述多个发光元件的光分布而判定所述可移动对象的姿势。
5.根据权利要求1所述的用于跟踪可移动对象的方法，其中在控制所述可移动对象以基于所述第二开启持续时间开启所述多个发光元件的步骤之前，所述方法还包括：
与所述可移动对象同步以通知应在所述第二开启持续时间开启所述多个发光元件。
6.一种跟踪装置，其特征在于，包括：
摄像机；以及
处理器，耦合到所述摄像机且经配置以执行：
判定所述跟踪装置的所述摄像机的第一开启持续时间，其中所述第一开启持续时间包括开始时间和结束时间；
通过在所述开始时间之前添加第一保护时间和在所述结束时间之后添加第二保护时间来判定装设于可移动对象上的多个发光元件的第二开启持续时间；
基于所述第二开启持续时间开启所述多个发光元件；以及
控制所述摄像机以在所述第一开启持续时间中捕获所述多个发光元件的特定图像且据以跟踪所述可移动对象。
7.根据权利要求6所述的跟踪装置，其中所述跟踪装置为头戴式显示器，且所述可移动对象为连接到所述头戴式显示器的手持式控制器。
8.根据权利要求6所述的跟踪装置，其中所述多个发光元件为红外发光二极管。
9.根据权利要求6所述的跟踪装置，其中所述处理器执行：
基于所述特定图像中的所述多个发光元件的光分布而判定所述可移动对象的姿势。
10.根据权利要求6所述的跟踪装置，其中在控制所述可移动对象以基于所述第二开启持续时间开启所述多个发光元件之前，所述处理器还执行：
与所述可移动对象同步以通知应在所述第二开启持续时间开启所述多个发光元件。
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