專利名稱：嵌入式屏幕光點(diǎn)定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種對(duì)屏幕上的光點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和準(zhǔn)確定位的專用嵌入式系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，由投影機(jī)和大屏幕構(gòu)成的大屏幕顯示系統(tǒng)已被廣泛的應(yīng)用到了社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。但是，普通的大屏幕只是一個(gè)顯示工具，如果用戶要對(duì)屏幕上的內(nèi)容進(jìn)行拖拽、點(diǎn)擊等操作，就不得不借助于鼠標(biāo)來(lái)完成。隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，基于激光筆的大屏幕交互方式使得這一現(xiàn)狀有所改變。用戶可以通過(guò)激光筆直接控制大屏幕，實(shí)現(xiàn)控制鼠標(biāo)移動(dòng)，點(diǎn)擊等常用鼠標(biāo)功能。其基本原理和實(shí)現(xiàn)方法在很多文章中都有很詳盡的描述，如中國(guó)圖形圖像學(xué)報(bào)的《基于激光筆的遠(yuǎn)程人機(jī)交互技術(shù)》一文。
激光筆交互系統(tǒng)的核心技術(shù)是激光點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，即通過(guò)分析攝像機(jī)拍攝到的圖像，獲得激光點(diǎn)相對(duì)于投影屏幕的坐標(biāo)位置，進(jìn)而可以作為用戶輸入。在本發(fā)明提出以前，已有的激光點(diǎn)定位系統(tǒng)都是基于PC機(jī)+視頻采集卡的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。這種方式下，視頻采集卡將攝像頭輸出的模擬信號(hào)量化為數(shù)字視頻流，PC主機(jī)程序通過(guò)分析視頻流中的數(shù)據(jù)獲取激光點(diǎn)的位置。這樣做有如下幾個(gè)缺點(diǎn)1.成本高系統(tǒng)需要配備一臺(tái)性能較高的計(jì)算機(jī)提供計(jì)算能力；2.實(shí)時(shí)性不好PC+Widows(或是Unix、Linux)的通用軟硬件平臺(tái)不能保證視頻信號(hào)被實(shí)時(shí)處理；3.硬件部署困難攝像頭必須通過(guò)視頻線和插在PC機(jī)上的視頻采集卡相連，硬件布置需要綜合考慮屏幕、投影儀和主機(jī)三者位置等因素。4.可靠性不高激光點(diǎn)的識(shí)別能力容易受到環(huán)境光的干擾，通過(guò)在攝像頭前安裝紅色濾光片可以解決這個(gè)問(wèn)題，但是也需要手工調(diào)節(jié)攝像頭的光圈來(lái)適應(yīng)不同光照條件的影響，操作麻煩。由于以上原因，激光點(diǎn)交互系統(tǒng)的應(yīng)用并沒(méi)有普及開(kāi)來(lái)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明采用嵌入式的設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)激光筆交互過(guò)程中的激光點(diǎn)定位技術(shù)，主要是為了解決現(xiàn)有方案成本高，實(shí)時(shí)性差，硬件部署困難，可靠性不高等問(wèn)題，并通過(guò)操作自動(dòng)化的設(shè)計(jì)，使用戶不必干預(yù)就可以方便的使用。
本發(fā)明的特征在于，含有鏡頭前裝有650nm高透濾光片的攝像機(jī)、視頻解碼器和視頻編碼器、圖像處理器、單片機(jī)、多通道的RF收/發(fā)器、固化有激光光點(diǎn)定位程序的Flash存儲(chǔ)器、光圈驅(qū)動(dòng)器、自動(dòng)光圈鏡頭及投影機(jī)，其中攝像機(jī)，采用480線黑白攝像機(jī)，其AV視頻輸出端與所述視頻解碼器的模擬視頻輸入端相連，該攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)視投影屏幕，并將采集到的圖像交給系統(tǒng)其他部分進(jìn)行處理；投影機(jī)，其AV視頻輸入端和所述視頻編碼器的模擬視頻輸出端相連，當(dāng)投影機(jī)工作在AV輸入模式下，顯示由視頻編碼芯片產(chǎn)生的校準(zhǔn)圖像。
視頻解碼器，采用飛利浦公司的SAA7113視頻解碼芯片，其數(shù)字視頻信號(hào)輸出端與所述圖像處理器的視頻數(shù)據(jù)輸入端相連，作用是將所述攝像機(jī)輸入的模擬視頻信號(hào)抽樣量化為數(shù)字視頻信號(hào)供圖像處理器進(jìn)行處理；視頻編碼器，采用飛利浦公司的SAA7121視頻編碼芯片，其數(shù)字視頻信號(hào)輸入端與所述圖像處理器的視頻數(shù)據(jù)輸出端相連，作用是將圖像處理器產(chǎn)生的數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬視頻信號(hào)，并由投影機(jī)投影顯示；圖像處理器，采用15萬(wàn)門的FPGA器件，設(shè)有視頻編解碼芯片控制端，分別與所述視頻編碼器和視頻解碼器的控制輸入端相連；在系統(tǒng)初始化時(shí)，圖像處理器負(fù)責(zé)配置視頻編解碼芯片的各種運(yùn)行參數(shù)；在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，圖像處理器對(duì)由視頻數(shù)據(jù)輸入端接收到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，確定圖像中是否存在激光點(diǎn)、激光點(diǎn)的位置坐標(biāo)以及光點(diǎn)亮度等信息；同時(shí)，在進(jìn)行屏幕自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)，圖像處理器負(fù)責(zé)產(chǎn)生黑白棋盤格模式的校準(zhǔn)圖像，并對(duì)含有黑白棋盤格圖像的圖像進(jìn)行分析，定位出各角點(diǎn)的位置，從而確定投影屏幕在圖像中的位置參數(shù)；通過(guò)這些參數(shù)，由激光點(diǎn)在圖像中的位置求出激光點(diǎn)相對(duì)于投影屏幕的位置；兩個(gè)同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，分別與所述圖像處理器互連，并通過(guò)乒乓操作對(duì)收到的連續(xù)視頻圖像進(jìn)行分時(shí)存儲(chǔ)和處理；單片機(jī)，設(shè)有圖像處理器控制端和圖像處理結(jié)果輸入端；其中，圖像處理器控制端與所述圖像處理器的控制輸入端相連，單片機(jī)通過(guò)該端口向圖像處理器發(fā)出各種初始化、控制命令；圖像處理結(jié)果輸入端與所述圖像處理器的結(jié)果輸出端相連，單片機(jī)通過(guò)該端口接收?qǐng)D像處理器分析的結(jié)果；單片機(jī)是系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的初始化和運(yùn)行控制；RF收/發(fā)器，采用2.4GHz無(wú)線單片收發(fā)芯片nRF2401構(gòu)成，通過(guò)RF數(shù)據(jù)收發(fā)端與所述單片機(jī)的通用端口相連；接收狀態(tài)下，RF收/發(fā)器接收由PC主機(jī)發(fā)出的以無(wú)線RF信號(hào)為載體圖像處理程序，并解調(diào)為數(shù)字信號(hào)通過(guò)該端口送給單片機(jī)；發(fā)射狀態(tài)下，RF收/發(fā)器接收來(lái)自單片機(jī)的激光點(diǎn)位置信息，并調(diào)制為無(wú)線RF信號(hào)發(fā)射出；紅外接收器，設(shè)有遙控信號(hào)輸出端口和所述單片機(jī)的通用端口相連，接收紅外遙控信號(hào)，進(jìn)行解調(diào)后送給單片機(jī)處理；
Flash存儲(chǔ)器，設(shè)有數(shù)據(jù)端口和地址端口與所述單片機(jī)的通用端口相連；負(fù)責(zé)存儲(chǔ)單片機(jī)的固件程序和圖像處理程序，單片機(jī)通過(guò)可以通過(guò)讀寫操作來(lái)訪問(wèn)其中數(shù)據(jù)；光圈驅(qū)動(dòng)器，設(shè)有光圈控制輸入端，和所述單片機(jī)的通用端口相連，接收單片機(jī)發(fā)送來(lái)的5位光圈控制信號(hào)；光圈控制輸出端口，與所述自動(dòng)光圈鏡頭的四針插孔相連，光圈驅(qū)動(dòng)器通過(guò)該端口驅(qū)動(dòng)所述自動(dòng)光圈鏡頭里的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制光圈變化；為了適應(yīng)自動(dòng)屏幕校準(zhǔn)和激光點(diǎn)識(shí)別兩種情況下光圈大小的不同要求，攝像機(jī)在進(jìn)行自動(dòng)屏幕校準(zhǔn)時(shí)，增大鏡頭光圈，攝入屏幕校準(zhǔn)圖像；在進(jìn)行激光點(diǎn)識(shí)別時(shí)，調(diào)小鏡頭光圈，這種情況下，只有激光點(diǎn)的紅光可以透過(guò)鏡頭成像，從而提高了信噪比。
本發(fā)明將光點(diǎn)定位技術(shù)與嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行了有機(jī)的結(jié)合，可以從復(fù)雜的背景中定位出光點(diǎn)在屏幕上的位置。系統(tǒng)采用了自動(dòng)屏幕校準(zhǔn)方案和自動(dòng)光圈控制方案，無(wú)需用戶干預(yù)便可完成屏幕校準(zhǔn)過(guò)程。650nm高透濾光片的設(shè)計(jì)也大大增加了系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明可以方便的嵌入到基于投影儀正投或背投的大屏幕顯示系統(tǒng)中來(lái)為用戶提供激光筆交互方式，比如多媒體教室里或背投電視中。整個(gè)系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可靠性高、軟硬件配置簡(jiǎn)單靈活，易于維護(hù)等顯著優(yōu)點(diǎn)，生產(chǎn)使用成本也明顯低于現(xiàn)有產(chǎn)品。


圖1、本發(fā)明嵌入式屏幕光點(diǎn)定位裝置的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2、本發(fā)明中RF接收板結(jié)構(gòu)框圖。
圖3、本發(fā)明嵌入式屏幕光電定位裝置的工作流程圖。
圖4、本發(fā)明中光點(diǎn)定位程序流程圖。
圖5、本發(fā)明中自動(dòng)屏幕校準(zhǔn)程序流程圖。
圖6、本發(fā)明中圖象處理程序無(wú)線下載方案流程圖。
具體實(shí)施為了解決現(xiàn)有的基于PC+視頻采集卡結(jié)構(gòu)的方案高成本、部署困難和可靠性不高等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種嵌入式屏幕光點(diǎn)定位裝置。該裝置不僅具有嵌入式系統(tǒng)成本低、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特點(diǎn)，而且具有軟硬件配置簡(jiǎn)單靈活、可靠性高等特點(diǎn)。
通常，激光點(diǎn)定位系統(tǒng)需要解決兩個(gè)主要問(wèn)題激光點(diǎn)識(shí)別和屏幕校正。因?yàn)椋獪?zhǔn)確定位激光點(diǎn)的位置，首先要能在攝像機(jī)拍攝到的圖像中準(zhǔn)確識(shí)別出激光點(diǎn)。其次，由于攝像頭相對(duì)于屏幕的位置是不確定的，所以屏幕在圖像中的位置也是不確定的。這樣，為了從激光點(diǎn)在圖像中的位置得到激光點(diǎn)在屏幕上的位置，需要事先知道屏幕在圖像中出現(xiàn)的位置，這是由屏幕校正過(guò)程來(lái)完成的。
已有的激光點(diǎn)定位系統(tǒng)的屏幕校正過(guò)程是由人用激光點(diǎn)照亮屏幕上幾個(gè)特殊的點(diǎn)來(lái)完成的。這種方式操作麻煩，精度不高。為此，本發(fā)明設(shè)計(jì)了自動(dòng)屏幕校正技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化用戶的操作。其原理是，由嵌入式屏幕光點(diǎn)定位裝置產(chǎn)生特殊的校準(zhǔn)圖像信號(hào)作為投影機(jī)的輸入，在屏幕上投影出該圖像。典型的，該圖像采用6×8的黑白格(黑白交錯(cuò)的棋盤格)圖像，該圖像經(jīng)攝像頭拍攝后，可以由圖像處理模塊進(jìn)行分析，得到校準(zhǔn)圖像中各角點(diǎn)位置。由于各角點(diǎn)相對(duì)于投影屏幕的位置是事先知道的，所以可以建立圖像中檢測(cè)到的角點(diǎn)和相應(yīng)屏幕坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而完成屏幕校準(zhǔn)過(guò)程。整個(gè)過(guò)程不需要用戶的參與，而且用時(shí)很短。
此外，為了提高激光點(diǎn)識(shí)別的可靠性，不少系統(tǒng)在攝像機(jī)鏡頭前安裝了紅色濾光片來(lái)提高信噪比。但是，實(shí)際使用中，當(dāng)背景也是紅色的時(shí)候，效果并不佳；而且，裝上了紅色濾光片之后，鏡頭只能透過(guò)紅光，限制了攝像機(jī)的能力。為此，本發(fā)明特別訂制了650m高透濾光片。和一般的紅色濾光片不同，該濾光片對(duì)中心波長(zhǎng)為650nm的窄帶范圍內(nèi)的可見(jiàn)光的具有較高的透射率，這個(gè)范圍正是紅色激光的波長(zhǎng)范圍，從而進(jìn)一步提高了信噪比；而對(duì)該窄帶范圍之外的可見(jiàn)光具有較低的透射率。因此，當(dāng)鏡頭光圈比較小時(shí)，只有紅色激光點(diǎn)可以被攝像頭拍到，而背景是一片漆黑；當(dāng)鏡頭光圈比較大時(shí)，可見(jiàn)光都可以通過(guò)鏡頭而被攝像頭捕獲，相當(dāng)于一個(gè)普通的攝像機(jī)。這樣，在進(jìn)行自動(dòng)屏幕校準(zhǔn)時(shí)，通過(guò)增大光圈使攝像機(jī)能拍攝到校正圖像；在進(jìn)行激光點(diǎn)識(shí)別時(shí)，通過(guò)調(diào)小光圈，突出激光點(diǎn)。為了可控的對(duì)鏡頭光圈進(jìn)行調(diào)解，本發(fā)明還設(shè)計(jì)了光圈驅(qū)動(dòng)模塊，由單片機(jī)給出控制信號(hào)，對(duì)鏡頭光圈進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。
視頻信號(hào)的數(shù)據(jù)量是很大的，以一秒鐘內(nèi)拍攝25幀800×600的圖像計(jì)算，系統(tǒng)頻率至少為12M才能滿足要求。為了能對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，需要有運(yùn)算速度足夠快的處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像處理模塊。為此，本發(fā)明采用FPGA來(lái)處理視頻。FPGA的時(shí)鐘頻率可達(dá)數(shù)百兆，完全可以勝任視頻圖像的實(shí)時(shí)處理任務(wù)，而且，其豐富的可重復(fù)編程的邏輯資源和靈活的配置方式也保證了系統(tǒng)的可靠性。
最后，為了便于用戶的操作，本發(fā)明還加入了紅外遙控模塊，使用戶可以使用遙控器發(fā)出命令或?qū)ο到y(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行設(shè)置；激光點(diǎn)定位的結(jié)果，采用無(wú)線的RF方式傳遞給接收板，并進(jìn)一步通過(guò)USB接口傳入主機(jī)；同時(shí)，為了便于系統(tǒng)的維護(hù)和升級(jí)，本發(fā)明還設(shè)計(jì)了FPGA圖像處理程序的無(wú)線下載方案。在這種方式下，由PC主機(jī)通過(guò)RF無(wú)線信道將FPGA的配置文件傳送到嵌入式屏幕光點(diǎn)定位裝置中的單片機(jī)上，由單片機(jī)將該配置文件寫入Flash，并對(duì)FPGA進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的配置實(shí)現(xiàn)升級(jí)；考慮到同一室內(nèi)環(huán)境中可能布置多個(gè)嵌入式激光點(diǎn)定位系統(tǒng)，因此RF模塊采用了多頻道的機(jī)制形成多個(gè)互不干擾的無(wú)線信道。
下面結(jié)合附圖對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明。
見(jiàn)圖1，嵌入式屏幕光點(diǎn)定位裝置，其特征在于，包括單片機(jī)1、FPGA圖像處理模塊2、SAA7113視頻解碼器3、SAA7121視頻編碼器4、2個(gè)外部同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器5、RF收/發(fā)器6、紅外接收器7、能將光點(diǎn)定位程序固化在其內(nèi)的Flash存儲(chǔ)器8、光圈驅(qū)動(dòng)模塊9、攝像機(jī)10、投影機(jī)11和自動(dòng)光圈鏡頭12；其中，單片機(jī)1通過(guò)控制線、數(shù)據(jù)線跟RF收/發(fā)器6、紅外接收器7、Flash存儲(chǔ)器8、光圈驅(qū)動(dòng)模塊9和FPGA圖像處理模塊2相連，F(xiàn)PGA圖像處理模塊2通過(guò)控制線、數(shù)據(jù)線和SAA7113視頻解器3和SAA7121視頻編碼器4相連，并通過(guò)地址線和數(shù)據(jù)線和2塊同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器5相連，SAA7113視頻解碼器3接攝像機(jī)10，SAA7121視頻編碼器4接投影機(jī)11，光圈驅(qū)動(dòng)模塊9接自動(dòng)光圈鏡頭12。
單片機(jī)1本系統(tǒng)的中心控制器件。在系統(tǒng)初始化階段，它負(fù)責(zé)配置RF收/發(fā)器6和FPGA圖像處理模塊2；在運(yùn)行階段，它負(fù)責(zé)響應(yīng)由RF收/發(fā)器接6收到的主機(jī)控制信號(hào)和數(shù)據(jù)、以及由紅外接收器7接收到的用戶遙控信息，并通過(guò)圖像分析結(jié)果輸入端接收FPGA圖像處理的結(jié)果，并根據(jù)該結(jié)果控制光圈驅(qū)動(dòng)模塊來(lái)調(diào)整鏡頭光圈大小。當(dāng)FPGA圖像處理模塊2定位出光點(diǎn)位置后，它將該結(jié)果通過(guò)RF收/發(fā)器發(fā)出。此外，在FPGA圖像處理程序無(wú)線下載過(guò)程中，它將由RF收/發(fā)器6接收的FPGA配置程序數(shù)據(jù)寫入Flash，并對(duì)FPGA進(jìn)行在線配置。
FPGA圖像處理模塊2為了滿足圖像處理數(shù)據(jù)量大、實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)，本模塊選擇采用15萬(wàn)門的Altera FPGA器件EP1C6Q240C8來(lái)實(shí)現(xiàn)。該模塊通過(guò)視頻編解芯片控制端對(duì)分別對(duì)視頻編解碼芯片進(jìn)行控制，并對(duì)從SAA7113視頻解碼器3獲得視頻數(shù)據(jù)流進(jìn)行分析；當(dāng)進(jìn)行自動(dòng)屏幕校準(zhǔn)時(shí)，該模塊產(chǎn)生黑白棋盤格模式的校準(zhǔn)圖像的數(shù)字信號(hào)輸出給SAA7121視頻編碼器4進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，最后由投影機(jī)投到顯示屏幕上，同時(shí)對(duì)含有黑白棋盤格圖像的圖像進(jìn)行分析，定位出各角點(diǎn)的位置，從而確定投影屏幕在圖像中的位置參數(shù)；通過(guò)這些參數(shù)，可以由激光點(diǎn)在圖像中的位置求出激光點(diǎn)相對(duì)于投影屏幕的位置；同時(shí)，該模塊將圖像處理的結(jié)果，包括亮度信息和激光點(diǎn)位置信息通過(guò)圖像分析結(jié)果輸出端，向單片機(jī)1實(shí)時(shí)的發(fā)出。
同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器5采用2片1M×16bit的SDRAM實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻圖像的乒乓操作，即通過(guò)數(shù)據(jù)選擇開(kāi)關(guān)對(duì)連續(xù)的視頻圖像進(jìn)行分時(shí)的存儲(chǔ)和處理，保證數(shù)據(jù)處理的連續(xù)性。
RF收/發(fā)器6采用2.4GHz無(wú)線單片收發(fā)芯片nRF2401，該芯片支持125個(gè)頻道，傳輸速率高達(dá)1Mb/s，可以滿足同一室內(nèi)多個(gè)本裝置同時(shí)工作的情況。
自動(dòng)光圈鏡頭12采用直接驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈鏡頭computar公司的TG2314FCS-3，由光圈驅(qū)動(dòng)模塊通過(guò)其上四針接口控制光圈大小。
SAA7113視頻解碼器3和SAA7121視頻編碼器4采用飛利浦公司的視頻編解碼芯片，采用I2C總線進(jìn)行配置。
光圈驅(qū)動(dòng)模塊9接受單片機(jī)的5bit控制信號(hào)，產(chǎn)生32個(gè)級(jí)別的模擬電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)自動(dòng)光圈的四針接口。
Flash存儲(chǔ)器8存儲(chǔ)單片機(jī)和FPGA固件程序，采用32MB的配置。
紅外接受器7接受紅外遙控信號(hào)。
權(quán)利要求
1.嵌入式屏幕光點(diǎn)定位裝置，其特征在于，含有鏡頭前裝有650nm高透濾光片的攝像機(jī)、視頻解碼器和視頻編碼器、圖像處理器、單片機(jī)、多通道的RF收/發(fā)器、固化有激光光點(diǎn)定位程序的Flash存儲(chǔ)器、光圈驅(qū)動(dòng)器、自動(dòng)光圈鏡頭及投影機(jī)，其中攝像機(jī)，采用480線黑白攝像機(jī)，其AV視頻輸出端與所述視頻解碼器的模擬視頻輸入端相連，該攝像機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)視投影屏幕，并將采集到的圖像交給系統(tǒng)其他部分進(jìn)行處理；投影機(jī)，其AV視頻輸入端和所述視頻編碼器的模擬視頻輸出端相連，當(dāng)投影機(jī)工作在AV輸入模式下，顯示由視頻編碼芯片產(chǎn)生的校準(zhǔn)圖像。視頻解碼器，采用飛利浦公司的SAA7113視頻解碼芯片，其數(shù)字視頻信號(hào)輸出端與所述圖像處理器的視頻數(shù)據(jù)輸入端相連，作用是將所述攝像機(jī)輸入的模擬視頻信號(hào)抽樣量化為數(shù)字視頻信號(hào)供圖像處理器進(jìn)行處理；視頻編碼器，采用飛利浦公司的SAA7121視頻編碼芯片，其數(shù)字視頻信號(hào)輸入端與所述圖像處理器的視頻數(shù)據(jù)輸出端相連，作用是將圖像處理器產(chǎn)生的數(shù)字視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬視頻信號(hào)，并由投影機(jī)投影顯示；圖像處理器，采用15萬(wàn)門的FPGA器件，設(shè)有視頻編解碼芯片控制端，分別與所述視頻編碼器和視頻解碼器的控制輸入端相連；在系統(tǒng)初始化時(shí)，圖像處理器負(fù)責(zé)配置視頻編解碼芯片的各種運(yùn)行參數(shù)；在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，圖像處理器對(duì)由視頻數(shù)據(jù)輸入端接收到的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，確定圖像中是否存在激光點(diǎn)、激光點(diǎn)的位置坐標(biāo)以及光點(diǎn)亮度等信息；同時(shí)，在進(jìn)行屏幕自動(dòng)校準(zhǔn)時(shí)，圖像處理器負(fù)責(zé)產(chǎn)生黑白棋盤格模式的校準(zhǔn)圖像，并對(duì)含有黑白棋盤格圖像的圖像進(jìn)行分析，定位出各角點(diǎn)的位置，從而確定投影屏幕在圖像中的位置參數(shù)；通過(guò)這些參數(shù)，由激光點(diǎn)在圖像中的位置求出激光點(diǎn)相對(duì)于投影屏幕的位置；兩個(gè)同步動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，分別與所述圖像處理器互連，并通過(guò)乒乓操作對(duì)收到的連續(xù)視頻圖像進(jìn)行分時(shí)存儲(chǔ)和處理；單片機(jī)，設(shè)有圖像處理器控制端和圖像處理結(jié)果輸入端；其中，圖像處理器控制端與所述圖像處理器的控制輸入端相連，單片機(jī)通過(guò)該端口向圖像處理器發(fā)出各種初始化、控制命令；圖像處理結(jié)果輸入端與所述圖像處理器的結(jié)果輸出端相連，單片機(jī)通過(guò)該端口接收?qǐng)D像處理器分析的結(jié)果；單片機(jī)是系統(tǒng)的控制核心，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的初始化和運(yùn)行控制；RF收/發(fā)器，采用2.4GHz無(wú)線單片收發(fā)芯片nRF2401構(gòu)成，通過(guò)RF數(shù)據(jù)收發(fā)端與所述單片機(jī)的通用端口相連；接收狀態(tài)下，RF收/發(fā)器接收由PC主機(jī)發(fā)出的以無(wú)線RF信號(hào)為載體圖像處理程序，并解調(diào)為數(shù)字信號(hào)通過(guò)該端口送給單片機(jī)；發(fā)射狀態(tài)下，RF收/發(fā)器接收來(lái)自單片機(jī)的激光點(diǎn)位置信息，并調(diào)制為無(wú)線RF信號(hào)發(fā)射出；紅外接收器，設(shè)有遙控信號(hào)輸出端口和所述單片機(jī)的通用端口相連，接收紅外遙控信號(hào)，進(jìn)行解調(diào)后送給單片機(jī)處理；Flash存儲(chǔ)器，設(shè)有數(shù)據(jù)端口和地址端口與所述單片機(jī)的通用端口相連；負(fù)責(zé)存儲(chǔ)單片機(jī)的固件程序和圖像處理程序，單片機(jī)通過(guò)可以通過(guò)讀寫操作來(lái)訪問(wèn)其中數(shù)據(jù)；光圈驅(qū)動(dòng)器，設(shè)有光圈控制輸入端，和所述單片機(jī)的通用端口相連，接收單片機(jī)發(fā)送來(lái)的5位光圈控制信號(hào)；光圈控制輸出端口，與所述自動(dòng)光圈鏡頭的四針插孔相連，光圈驅(qū)動(dòng)器通過(guò)該端口驅(qū)動(dòng)所述自動(dòng)光圈鏡頭里的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制光圈變化；為了適應(yīng)自動(dòng)屏幕校準(zhǔn)和激光點(diǎn)識(shí)別兩種情況下光圈大小的不同要求，攝像機(jī)在進(jìn)行自動(dòng)屏幕校準(zhǔn)時(shí)，增大鏡頭光圈，攝入屏幕校準(zhǔn)圖像；在進(jìn)行激光點(diǎn)識(shí)別時(shí)，調(diào)小鏡頭光圈，這種情況下，只有激光點(diǎn)的紅光可以透過(guò)鏡頭成像，從而提高了信噪比。
全文摘要
本發(fā)明涉及投影屏幕上的激光點(diǎn)自動(dòng)識(shí)別和定位技術(shù)，其特征在于在裝在攝像機(jī)鏡頭中的650nm高透濾光片的配合下，對(duì)圖像中的激光點(diǎn)進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)自動(dòng)屏幕校準(zhǔn)過(guò)程獲得的屏幕坐標(biāo)信息計(jì)算出激光點(diǎn)相對(duì)于屏幕的實(shí)際坐標(biāo)，并通過(guò)光圈驅(qū)動(dòng)模塊控制鏡頭光圈大小，來(lái)適應(yīng)屏幕校準(zhǔn)和激光點(diǎn)定位情況下對(duì)鏡頭光圈大小的不同要求，圖像的處理和分析由FPGA處理器來(lái)完成，單片機(jī)將激光點(diǎn)定位結(jié)果通過(guò)多通道RF收/發(fā)器向PC主機(jī)發(fā)出，該單片機(jī)同時(shí)通過(guò)RF收/發(fā)器接收PC主機(jī)發(fā)來(lái)的圖像處理器配置文件，實(shí)現(xiàn)配置程序的無(wú)線升級(jí)。本發(fā)明同時(shí)實(shí)現(xiàn)了屏幕自動(dòng)校準(zhǔn)、光圈自動(dòng)控制、光點(diǎn)自動(dòng)定位和配置程序無(wú)線下載功能，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，配置簡(jiǎn)單靈活易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06K11/06GK101025656SQ20071006286
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月19日
發(fā)明者史元春, 喻純, 姜皓, 張亮 申請(qǐng)人:清華大學(xué)