CN1785465A

CN1785465A - 游戏光枪及其信号处理方法

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Publication number: CN1785465A
Application number: CNA2004100773769A
Authority: CN
Inventors: 何江
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2024-12-08
Also published as: CN100413557C

Abstract

本发明公开了一种游戏光枪及其信号处理方法，要解决的技术问题是让游戏玩家可以在任何显示器下都能够进行射击游戏，本发明的游戏光枪，与连接在显示器上的游戏主机连接配合，包括图像传感器、信号处理单元，显示器屏幕上设置有定位元件，信号经图像传感器、信号处理单元至游戏主机，其信号处理方法的步骤：(1)图像传感器采集显示器屏幕的图像信息；(2)信号处理单元计算处理，得到游戏光枪的瞄准点坐标资料；(3)信号处理单元扫描按键单元；(4)信号处理单元将按键状态资料和游戏光枪的瞄准点坐标资料一起打包送给游戏主机，与现有技术相比，不需要主机在发弹时让屏幕发出白色帧，则游戏中可以避免画面的闪烁，增加了游戏的可玩性和趣味性。

Description

游戏光枪及其信号处理方法

技术领域

本发明涉及一种配合游戏主机的光枪装置及信号处理方法，特别是一种配合该游戏主机执行射击游戏的光枪装置和信号处理方法。

背景技术

目前在射击类电玩游戏中，通常利用光枪取代一般摇杆来瞄准屏幕上的目标物，以提高游戏模拟的真实性。

现有技术的光枪只能用在CRT显示器上，其技术原理如图1所示，光枪的电缆线连接到游戏主机3的摇杆连接器，电缆线中有一根视讯信号线，光枪可以从这个信号中利用同步信号分离单元21取出水平同步信号212或垂直同步信号211，并利用垂直同步信号211重置Y轴计数器23，该Y轴计数器23是计数水平同步信号212的个数；当光枪的光接收器8接收到电视机1阴极射线管电子打到荧光屏产生的光点时，即保留在Y轴计数器23已计数的值到Y轴资料缓冲器25，即从重置后到收到光点这段时间已经有几个水平同步信号，并且一直到下一个视讯信号所分离出的垂直同步信号211到来时，再作清除Y轴资料缓冲器25内所存储的值和Y轴计数器的计数动作。X轴资料由任一个水平同步脉冲到下一个水平同步脉冲来时这段其间所决定，水平同步信号212用来重置X轴计数器22，该X轴计数器22计数高频时钟源的振荡器6所产生出来的脉冲。当使用者对准屏幕上一瞄准点，光枪的光接收器8接收到电视机1阴极射线管电子打到荧光屏产生的光点信号，此信号会保留住X轴计数器22已计数到的值到X轴缓冲器24，一直到主机读取X轴资料后清除X轴缓冲器中的值。经过以上步骤光枪已经有该瞄准点对应的X、Y轴的值了，在游戏主机3读取光枪的状态时光枪就将按钮4的资料和X、Y轴资料传回给游戏主机3。在上述光接收器感应屏幕光信号过程中，由于游戏画面不一定是白色，还会有其它颜色如黑色，这样光接收器不能正确接收到光信号，因此在玩家发弹时，游戏主机3为了能够使光枪正确读取瞄准点的坐标，需要在屏幕显示一幅白色帧，使光接收能够正常接收到光信号。这样我们在发弹时就会看到屏幕上会闪烁一下。因此现有技术的光枪存在以下缺点：只能支持CRT显示器，对于等离子电视、液晶电视等，光枪却不能支持；光枪在发弹时屏幕会闪烁，这样当发弹频率高时特别是两个人同时玩时画面闪烁非常厉害，使人的眼睛很容易疲劳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种游戏光枪及其信号处理方法，要解决的技术问题是让游戏玩家可以在任何显示器下都能够进行射击游戏，避免显示画面的闪烁，增加了游戏的可玩性。

本发明采用以下技术方案：一种游戏光枪，与连接在显示器上的游戏主机连接配合，包括图像传感器、信号处理单元，所述显示器屏幕上设置有定位元件，从显示器屏幕和定位元件发出的信号经图像传感器、信号处理单元至游戏主机。

本发明的定位元件设置在显示器屏幕的四周。

本发明的定位元件有八个，均匀设置在显示器屏幕的四周。

本发明的信号处理单元与按键单元连接，信号处理单元将按键单元输出的信号传递给游戏主机。

本发明的信号处理单元包括图像处理单元和主机接口单元，图像处理单元接收图像传感器输出的信号，主机接口单元将图像处理单元和按键单元输出的信号传递给游戏主机。

本发明的定位元件采用红外线发射管，图像传感器采用MT9V011，图像处理单元采用TMS320LF2401A，主机接口单元采用WT6561F；MT9V011的DOUT4脚、DOUT9脚、PIXCLK脚、FRAME_VALID脚、LINE_VALID脚、SCLK脚和SDATA脚，分别接TMS320LF2401A的IOPA0脚、IOPA5脚、IOPB4脚、IOPB3脚、IOPB1脚、IOPB2脚和IOPB5脚，TMS320LF2401A的IOPA6脚和IOPA7脚分别接WT6561F的PC0脚和PC1脚，WT6561F将按键值和屏幕瞄准点坐标信号，通过其DM0脚和DP0脚传递给游戏主机。

一种游戏光枪的信号处理方法，包括以下步骤：(1)图像传感器采集显示器屏幕的图像信息，将其转换为电信号；(2)信号处理单元接收到图像电信号后，经过计算处理，得到游戏光枪的瞄准点坐标资料；(3)信号处理单元扫描按键单元，获得所有按键状态资料；(4)信号处理单元将按键状态资料和游戏光枪的瞄准点坐标资料一起打包送给游戏主机，使游戏主机发出新指令。

本发明的信号处理单元的图像处理单元接收到图像电信号后，经过计算处理，得到游戏光枪的瞄准点坐标资料，输出给信号处理单元的主机接口单元；主机接口单元扫描按键单元，得到所有按键状态资料，将按键状态资料和游戏光枪的瞄准点坐标资料一起打包送给游戏主机。

本发明的图像传感器采集显示器屏幕的图像信息包括屏幕上的图像和定位元件的信息。

本发明的图像处理单元计算处理图像电信号时，根据其中三个定位元件的坐标值计算出屏幕中心点的坐标值；再将图像中点与屏幕中心点进行比较，得出游戏光枪瞄准点的坐标值。

本发明与现有技术相比，游戏光枪的图像传感器接收包括显示器屏幕定位元件在内的图像信号，通过信号处理单元计算处理，得到游戏光枪的瞄准点坐标资料，并将按键单元资料一起打包送给游戏主机，使游戏主机发出新指令，游戏玩家可以在任何显示器下都能够顺利的进行射击游戏，并且不需要主机在发弹时让屏幕发出白色帧，则游戏中可以避免画面的闪烁，增加了游戏的可玩性和趣味性。

附图说明

图1是现有技术的游戏光枪结构示意图。

图2是本发明游戏光枪、游戏主机和屏幕的连接示意图。

图3是本发明游戏光枪实施例的结构框图。

图4是本发明游戏光枪信号处理流程图。

图5是本发明游戏光枪瞄准点的坐标运算方法示意图。

图6是本发明游戏光枪使用时得到的一帧图像。

图7是本发明实施例图像传感器光感应曲线850um到950um区域的示意图。

图8是本发明游戏光枪实施例的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。如图2所示，本发明的游戏光枪4与游戏主机3连接，游戏主机3与显示器屏幕1连接，显示器屏幕1周边附着有定位元件2。玩游戏时，玩家将游戏光枪4对准显示器屏幕1上的某个瞄准点，显示器屏幕1周边的定位元件2能够发出特殊的光，此时游戏光枪4读取显示器屏幕1上包括定位元件在内的图像信息经处理得到瞄准点在显示器屏幕1的坐标，并将游戏光枪4本身的按键值一起打包送到游戏主机3中执行游戏程序。

本发明的游戏光枪4与游戏主机3连接配合，如图3所示，游戏光枪4包括图像传感器、信号处理单元，图像传感器与信号处理单元相连，图像传感器采集显示器屏幕1的图像信息并将其转换为电信号作为图像处理单元的输入信号，信号处理单元连接游戏主机3及按键单元；与游戏主机3相连的显示器屏幕1上设有的定位元件2，定位元件2能够发出特殊的光波，被图像传感器接收，作为光枪瞄准点在屏幕上坐标的定位信息。

如图4所示，信号处理单元可以由图像处理单元和主机接口单元组成，图像传感器与图像处理单元相连，图像处理单元与主机接口单元相连，主机接口单元分别连接游戏主机3及按键单元。

如图8所示，为本发明游戏光枪在XBOX游戏主机上的一个应用实例。图像传感器采用MT9V011，MT9V011将采集的图像数据通过DOUT4(25)脚、DOUT9(20)脚、PIXCLK(5)脚、FRAME_VALID(6)脚、LINE_VALID(7)脚、SCLK(8)脚、SDATA(9)脚、信号线送给图像处理单元TMS320LF2401A的IOPA0(32)脚、IOPA5(11)脚、IOPB4(2)脚、IOPB3(3)脚、IOPB1(4)脚、IOPB2(23)脚、IOPB5(24)脚，图像处理单元TMS320LF2401A将图像数据转换成屏幕瞄准点坐标通过IOPA6(12)脚、IOPA7(22)脚、两条信号线送给主机接口单元WT6561F的PC0(34)脚、PC1(35)脚，主机接口单元WT6561F读取按键值A、B、X、Y、WH、BL和屏幕瞄准点坐标，打包后通过DM0(3)脚、DP0(2)脚送给游戏主机。

本发明游戏光枪的工作原理：图像传感器采集屏幕的图像信息，包括屏幕周围的定位元件所发的光信息，转换为图像数据作为图像处理单元的输入信号；图像处理单元将图像传感器送来的图像数据处理后，得到光枪瞄准点的坐标值，输入至主机接口单元；主机接口单元读取按键单元的键值资料和图像处理单元所送的瞄准点坐标，并将这两种资料打包成为数据包送给游戏主机3。

本发明游戏光枪的信号处理方法，包括以下步骤：(1)图像传感器采集显示器屏幕的图像和定位元件的信息，将其转换为电信号；(2)信号处理单元的图像处理单元接收到图像电信号后，根据其中三个定位元件的坐标位值计算出屏幕中心点的坐标值，再将屏幕中心点与图像中心点进行比较，得出游戏光枪瞄准点的坐标资料，输出给信号处理单元的主机接口单元；(3)主机接口单元扫描按键单元，获得所有按键状态资料；(4)主机接口单元将按键状态资料和游戏光枪的瞄准点坐标资料一起打包送给游戏主机，使游戏主机发出新指令。

游戏光枪瞄准点在屏幕上的坐标定义为：以屏幕中点为坐标原点，瞄准点相对与屏幕中点的坐标偏移(CX，CY)。光枪瞄准点坐标的计算方法，如图5所示，为一帧图像数据，V为该帧图像的宽度，H为该帧图像的高度，这两个数值为已知，A1至A8为屏幕上的定位元件的图形，SC(SCX，SCY)为屏幕中点在图像中的位置，可以根据A1至A8定位元件的坐标计算出来。IC(ICX，ICY)为该帧图像的中点，该点也就是光枪瞄准点在屏幕上的位置。由图可以看出，如果IC(ICX，ICY)落在屏幕区域内则表示光枪瞄准了屏幕上的某一点，如果IC(ICX，ICY)落在屏幕区域外则表示光枪没有瞄准屏幕。因此游戏光枪瞄准点坐标可以计算如下：

CX＝ICX-SCX CY＝SCY-ICY

一帧图像中屏幕中点坐标的计算方法如下：点A2、A5、A7、A4均设置在A1和A3、A3和A8、A8和A6、A6和A1的中点。只要找到A1、A2、A4或A3、A2、A5或A6、A4、A7或A8、A7、A5四组中的一组定位点则可以计算出屏幕的中点坐标。如已知定位点A1、A2、A4的坐标为(A1X，A1Y)，(A2X，A2Y)，(A4X，A4Y)，则根据两点间距离公式

| P_{1} P_{2} | = \sqrt{(x_{2} - {x 1}^{2} + {(y_{2} - y_{1})}^{2}}

可以得出A1到A2、A1到A4、A2到A4之间的距离，也就是由A1、A2、A4组成的三角形的三条边。利用余弦公式cosA＝(b²+c²-a²)/2bc，可以计算出顶点为A1的角为直角，则屏幕中点为过A4点与A1A2平行的直线和过A2点与A1A4平行的直线相交的点。

由A1、A2两点的坐标可得A1A2的两点式直线方程：

(y-A1y)/(A2y-A1y)＝(x-A1X)/(A2X-A1X)

整理后可得：Y-A1Y＝[(A2Y-A1Y)/(A2X-A1X)](X-A1X)

上式为直线A1A2过点A1的点斜式方程，其中(A2Y-A1Y)/(A2X-A1X)为直线A1A2的斜率，则过点A4(A4X，A4Y)平行于直线A1A2的直线方程为：

Y-A4Y＝[(A2Y-A1Y)/(A2X-A1X)](X-A4X) 方程式1

同理可得过点A2(A2X，A2Y)平行于A1A4的直线方程为：

Y-A2Y＝[(A4Y-A1Y)/(A4X-A1X)](X-A2X) 方程式2

则屏幕中点坐标SC可解由方程式1和方程式2组成的方程式组1得到。

Y-A4Y＝[(A2Y-A1Y)/(A2X-A1X)](X-A4X)

Y-A2Y＝[(A4Y-A1Y)/(A4X-A1X)](X-A2X) 方程组1

利用上述算法可以得到光枪瞄准点的正确坐标。

图6为实际得到的另一幀图像，由于图像中点IC不在屏幕区域内，因此游戏光枪未瞄准在屏幕上。

在屏幕上的定位元件可以使用红外线发射管发射红外线，由于现在通用的红外线发射管发射的红外线波长在850um到950um，如图7所示，图像传感器光感应曲线的850um到950um区域，可以较容易的将定位元件与正常图像区分出来。

本发明的游戏光枪与现有技术相比，综合使用了屏幕定位、图像传感和图像识别技术，能够让游戏玩家可以在任何显示器下都能够顺利的进行射击游戏，不需要主机在发弹时让屏幕发出白色帧，如果修改相应游戏程序，则游戏中还可以避免画面的闪烁，增加了游戏的可玩性。

Claims

1.一种游戏光枪，与连接在显示器上的游戏主机连接配合，包括图像传感器、信号处理单元，其特征在于：所述显示器屏幕上设置有定位元件，从显示器屏幕和定位元件发出的信号经图像传感器、信号处理单元至游戏主机。

2.根据权利要求1所述的游戏光枪，其特征在于：所述定位元件设置在显示器屏幕的四周。

3.根据权利要求2所述的游戏光枪，其特征在于：所述定位元件有八个，均匀设置在显示器屏幕的四周。

4.根据权利要求1、2或3所述的游戏光枪，其特征在于：所述信号处理单元与按键单元连接，信号处理单元将按键单元输出的信号传递给游戏主机。

5.根据权利要求4所述的游戏光枪，其特征在于：所述信号处理单元包括图像处理单元和主机接口单元，图像处理单元接收图像传感器输出的信号，主机接口单元将图像处理单元和按键单元输出的信号传递给游戏主机。

6.根据权利要求5所述的游戏光枪，其特征在于：所述定位元件采用红外线发射管，图像传感器采用MT9V011，图像处理单元采用TMS320LF2401A，主机接口单元采用WT6561F；MT9V011的DOUT4脚、DOUT9脚、PIXCLK脚、FRAME_VALID脚、LINE_ALID脚、SCLK脚和SDATA脚，分别接TMS320LF2401A的IOPAO脚、IOPA5脚、IOPB4脚、IOPB3脚、IOPB1脚、IOPB2脚和IOPB5脚，TMS320LF2401A的IOPA6脚和IOPA7脚分别接WT6561F的PCO脚和PC1脚，WT6561F将按键值和屏幕瞄准点坐标信号，通过其DMO脚和DPO脚传递给游戏主机。

7.一种游戏光枪的信号处理方法，包括以下步骤：(1)图像传感器采集显示器屏幕的图像信息，将其转换为电信号；(2)信号处理单元接收到图像电信号后，经过计算处理，得到游戏光枪的瞄准点坐标资料；(3)信号处理单元扫描按键单元，获得所有按键状态资料；(4)信号处理单元将按键状态资料和游戏光枪的瞄准点坐标资料一起打包送给游戏主机，使游戏主机发出新指令。

8.根据权利要求7所述的游戏光枪的信号处理方法，其特征在于：所述信号处理单元的图像处理单元接收到图像电信号后，经过计算处理，得到游戏光枪的瞄准点坐标资料，输出给信号处理单元的主机接口单元；主机接口单元扫描按键单元，得到所有按键状态资料，将按键状态资料和游戏光枪的瞄准点坐标资料一起打包送给游戏主机。

9.根据权利要求8所述的游戏光枪的信号处理方法，其特征在于：所述图像传感器采集显示器屏幕的图像信息包括屏幕上的图像和定位元件的信息。

10.根据权利要求9所述的游戏光枪的信号处理方法，其特征在于：所述图像处理单元计算处理图像电信号时，根据其中三个定位元件的坐标值计算出屏幕中心点的坐标值；再将图像中点与屏幕中心点进行比较，得出游戏光枪瞄准点的坐标值。