專利名稱：一種空間三維定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子顯示系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及一種空間三維定位方法。
背景技術(shù)：
電子顯示系統(tǒng)的定位裝置作為 一種新型的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，使人機(jī)交互更 為直觀。由于能給用戶帶來極大的便利，電子顯示系統(tǒng)的定位技術(shù)除了廣泛應(yīng) 用于個(gè)人便攜式信息產(chǎn)品外，也已遍及信息家電、公共信息、電子游戲和自動(dòng) 化辦公設(shè)備等各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)有電子顯示系統(tǒng)的定位裝置有多種實(shí)現(xiàn)形式，但大 多是觸摸式定位形式，其要通過直接觸摸到顯示屏來實(shí)現(xiàn)定位。如公開號(hào)為
CN1896919A的中國發(fā)明專利公開了 一種接觸式投影屏幕及其實(shí)現(xiàn)方法，其通過 安裝在屏幕后方的攝像頭對(duì)屏幕上的觸摸點(diǎn)進(jìn)行拍攝分析，以此實(shí)現(xiàn)觸摸定位。 上述定位裝置必須直接在屏幕上進(jìn)行觸摸才能實(shí)現(xiàn)定位，而且操作不夠靈活。
隨著人們對(duì)交互體驗(yàn)要求的日益提升，非接觸式的空間三維定位成了必然 趨勢(shì)。目前，有通過將兩個(gè)或兩個(gè)以上的攝像頭放置在顯示屏前方，以不同視 角指向顯示屏進(jìn)行拍攝，使顯示屏完全處于攝像頭的取景范圍內(nèi)，捕捉取景范 圍內(nèi)的指尖，根據(jù)拍攝圖片中指尖坐標(biāo)確定其垂直投影到屏幕上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)位 置的技術(shù)方案。但其缺點(diǎn)在于難以應(yīng)用在大屏幕觸摸屏上，這是由于該技術(shù)方 案是根據(jù)拍攝圖片中指尖坐標(biāo)來確定其垂直投影到屏幕上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)位置的， 當(dāng)屏幕較大，且無法用指尖坐標(biāo)對(duì)應(yīng)到屏幕某些部分時(shí)，才乘作者難以對(duì)整個(gè)屏 幕范圍進(jìn)行定位操作，同時(shí)，操作者的身體容易遮擋住攝像頭的拍攝，使得無 法進(jìn)行定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，提供一種能實(shí)現(xiàn)三維 定位，而且操作靈活，尤其適合應(yīng)用于大屏幕的空間三維定位方法。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 一種空間三維定位方法，實(shí)現(xiàn)本定
4位方法的空間三維定位裝置包括顯示屏和用于定位操作且能提取出特征點(diǎn)的目 標(biāo)物，還包括依次連接的圖像處理模塊、接口模塊和計(jì)算機(jī)模塊，其中，圖像 處理模塊包括至少兩個(gè)攝像頭，該圖像處理模塊放置在顯示屏的前方且不遮擋 到顯示屏的位置，各個(gè)攝像頭拍攝范圍的重疊區(qū)域覆蓋顯示屏前方一定空間， 攝像頭光軸與顯示屏垂直線的夾角為直角，或攝像頭光軸與顯示屏垂直線的夾
角為大于45度的銳角；而所述目標(biāo)物在該重疊區(qū)域內(nèi)操作；本發(fā)明定位方法在 進(jìn)行定位之前或定位開始時(shí)，首先對(duì)圖像處理模塊中的各個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定， 然后依次進(jìn)行以下操作
(l)攝像頭進(jìn)行拍攝，獲取圖像數(shù)據(jù)；
(2 )根據(jù)步驟(1)獲取的圖像數(shù)據(jù)捕獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)；
(3) 確定步驟(2)中所述目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)；
(4) 根據(jù)步驟(3)中所述目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)，確定目標(biāo)物的空間 方向指向線；
(5) 確定沿步驟(4)所述目標(biāo)物空間方向指向線在顯示屏上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)， 即為目標(biāo)物在顯示屏上對(duì)應(yīng)指向的定位坐標(biāo)。
上述方法中，所述對(duì)各個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，其方法為建立世界坐標(biāo)系和 各個(gè)攝像頭的圖像平面坐標(biāo)系，確定各個(gè)攝像頭的圖像平面坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)
系的轉(zhuǎn)^:關(guān)系。
上述方法中，步驟(2)所述捕獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)，優(yōu)選為 根據(jù)所捕獲到的目標(biāo)物特征點(diǎn)的顏色進(jìn)行篩選，進(jìn)行圖像二值化處理，再根據(jù) 目標(biāo)物特征點(diǎn)的大小進(jìn)行篩選，以從中提取兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)；也 可以先根據(jù)所捕獲到的目標(biāo)物的大小和顏色先排除干擾并確定目標(biāo)物，然后再 根據(jù)目標(biāo)物上特征點(diǎn)的顏色進(jìn)行篩選，進(jìn)行圖像二值化處理，再根據(jù)目標(biāo)物特 征點(diǎn)的大小進(jìn)行篩選，以從中確定兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)；或直4妄4巴所 捕獲到的兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物的特殊位置點(diǎn)作為目標(biāo)物特征點(diǎn)。
上述方法中，步驟(3)所述確定目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)，優(yōu)選為先確 定各個(gè)攝像頭拍攝圖像中目標(biāo)物特征點(diǎn)的平面坐標(biāo)，再將平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為目標(biāo) 物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)。
上述方法中，步驟(4)所述空間方向指向線，是指由所述兩個(gè)或以上目標(biāo)
物特征點(diǎn)所確定的直線。
上述方法中，步驟(5)所述的定位坐標(biāo)的確定方法為將步驟(4)所述面的方程聯(lián)立求解，得到的坐標(biāo) 即為定位坐標(biāo)。
上述方法中，步驟(2)所述捕獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)、步驟(3) 所述確定目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)、步驟(4)所述確定目標(biāo)物的空間方向指向 線，以及步驟(5 )所述確定沿目標(biāo)物空間方向指向線在顯示屏上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)， 可以采用以下方式
a. 攝像頭獲取的圖像數(shù)據(jù)通過接口模塊將圖像數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)模塊，由 計(jì)算機(jī)模塊根據(jù)圖像數(shù)據(jù)依次進(jìn)行步驟(2 )、 ( 3 )、 ( 4 )和步驟(5 )的操作； 具體是由計(jì)算機(jī)模塊依次進(jìn)行捕獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)，以及確定目 標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)、目標(biāo)物空間方向指向線和沿目標(biāo)物空間方向指向線在 顯示屏上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)；
b. 由所述圖像處理模塊，或者具體由攝像頭設(shè)置的圖像處理芯片讀取圖像 數(shù)據(jù)，并根據(jù)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行步驟(2 )、 ( 3 )、 ( 4 )和步驟(5 )中前1個(gè)、2個(gè)或 前3個(gè)步驟的操作，然后將操作所得數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)模塊，由計(jì)算機(jī)才莫塊進(jìn) 行剩余步驟的操作；例如由所述圖像處理模塊，或者具體由攝像頭設(shè)置的圖像 處理芯片根據(jù)圖像數(shù)據(jù)捕獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)，確定目標(biāo)物特征點(diǎn) 的空間坐標(biāo)，然后通過接口模塊將目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)傳輸至計(jì)算機(jī)模塊， 由計(jì)算機(jī)模塊依次進(jìn)行目標(biāo)物空間方向指向線和沿目標(biāo)物空間方向指向線在顯 示屏上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)的確定；
c. 由所述圖像處理模塊，或者具體由攝像頭設(shè)置的圖像處理芯片讀取圖像 數(shù)據(jù)，并根據(jù)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行依次進(jìn)行步驟(2 )、 ( 3 )、 ( 4 )和步驟(5 )的操作； 具體是由圖像處理模塊，或者具體由攝像頭設(shè)置的圖像處理芯片，依次進(jìn)行捕 獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)，以及確定目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)、目標(biāo)物 空間方向指向線和沿目標(biāo)物空間方向指向線在顯示屏上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)；然后將該
對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)通過接口模塊送至計(jì)算機(jī)模塊。
所述顯示屏可為背投、前投影、等離子(PDP)、液晶(LCD)或拼接顯示屏 幕等類型的顯示屏。
所述接口模塊可以采用串行接口或USB接口等數(shù)據(jù)接口。
優(yōu)選的，所述目標(biāo)物為才喿作筆或手指。
所述目標(biāo)物特征點(diǎn)，是指目標(biāo)物中能被攝像頭拍攝到的涂有特殊顏色的點(diǎn)， 或目標(biāo)物中能被攝像頭拍攝到的特殊位置點(diǎn)。優(yōu)選的，在攝像頭的拍攝方向設(shè)置一個(gè)單一顏色的背景物，有利于將目標(biāo) 物特征點(diǎn)更好的區(qū)分出來。
所述攝像頭包括鏡頭，以及CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器。攝像頭可 拍攝到在顯示屏前方的拍攝范圍內(nèi)的目標(biāo)物。這樣，通過確定目標(biāo)物特征點(diǎn)的 空間坐標(biāo)，進(jìn)而確定目標(biāo)物的空間方向指向，最終利用目標(biāo)物的空間方向指向 來求取沿著目標(biāo)物空間方向指向線與顯示屏平面相交的坐標(biāo)點(diǎn)，也即定位坐標(biāo)。
當(dāng)所述步驟(2)、 (3)、 (4)和(5)中有1個(gè)或任意幾個(gè)步驟是由所述4聶 像頭來完成時(shí)，所述攝像頭還包括圖像處理芯片。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果如下
定位操作筒單，且實(shí)現(xiàn)本定位的空間三維定位裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，基于兩個(gè)或 兩個(gè)以上的攝像頭，只需要將各個(gè)攝像頭放置在顯示屏的前方且不遮擋到顯示 屏的位置，各攝像頭拍攝的區(qū)域不需要覆蓋整個(gè)顯示屏，并沒有增加其他設(shè)備， 成本底，安裝方便，且操作靈活；各個(gè)攝像頭的標(biāo)定可以預(yù)先設(shè)定，這樣減少 每次定位操作的時(shí)間，大大提高了工作效率；目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)、目標(biāo) 物的空間方向指向線，以及沿目標(biāo)物空間方向指向線在顯示屏上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)的 確定，可以由圖像處理模塊、攝像頭設(shè)置的圖像處理芯片，計(jì)算機(jī)模塊三者進(jìn) 行分工計(jì)算或獨(dú)立計(jì)算，計(jì)算方式靈活，當(dāng)由計(jì)算機(jī)模塊進(jìn)行獨(dú)立計(jì)算時(shí)，所 述攝像頭可以不設(shè)置圖像處理芯片，圖像處理模塊也可以不具備數(shù)據(jù)處理功能， 更是降低了成本和對(duì)攝像頭的性能要求；由于本發(fā)明通過目標(biāo)物的方向指向線 來確定定位坐標(biāo)，而不是通過單個(gè)目標(biāo)物特征點(diǎn)在屏幕上的垂直投影來確定定 位坐標(biāo)，這樣能方便地實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)三維空間定位，另外，當(dāng)顯示屏較大，用指尖 無法垂直對(duì)應(yīng)到顯示屏某些部分，通過本發(fā)明沿目標(biāo)物空間方向指向線進(jìn)行在 顯示屏上對(duì)應(yīng)定位的方式，依然可以輕松地實(shí)現(xiàn)三維定位，因此本發(fā)明尤其適 合應(yīng)用于大屏幕定位。


圖1-1、圖1-2、圖1-3、圖1-4是本發(fā)明一種空間三維定位裝置的4種不 同攝4象頭方文置方式的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明實(shí)施例l一種空間三維定位裝置的定位方法流程示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例1的世界坐標(biāo)系和攝像頭圖像平面坐標(biāo)系的示意圖；圖4-1、 4-2、 4-3 、 4-4和4-5是本發(fā)明實(shí)施例1的目標(biāo)物示意圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施例1沿目標(biāo)物空間方向指向線在顯示屏上對(duì)應(yīng)的定位坐 標(biāo)示意圖6-1、 6-2、 6-3和6-4是本發(fā)明實(shí)施例2的目標(biāo)物示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式 不限于此。 實(shí)施例1
實(shí)現(xiàn)空間三維定位方法的空間三維定位裝置，如圖1-1所示，該裝置包括 顯示屏3、用于定位操作且能提取出特征點(diǎn)的目標(biāo)物4、圖像處理模塊、USB接 口 5和計(jì)算機(jī)模塊6,所述圖像處理模塊與USB接口 5、計(jì)算機(jī)模塊6依次連接。
所述圖像處理模塊包括攝像頭1和攝像頭2，攝像頭1和攝像頭2均放置 在顯示屏3的前方且不遮擋到顯示屏3的位置，兩攝像頭光軸與顯示屏垂直線 的夾角可為直角，或攝像頭光軸與顯示屏垂直線的夾角為大于45度的銳角，本 實(shí)施例中采用，兩攝像頭放置在顯示屏3的上方空間，兩攝像頭光軸與顯示屏 垂直線的夾角均為直角。各個(gè)攝像頭拍攝范圍的重疊區(qū)域覆蓋顯示屏3前方一 定空間。圖1中的斜線填充區(qū)域7即為該重疊區(qū)域與垂直于顯示屏3底線的平 面的相交區(qū)域。其中，攝像頭的放置方式不受限于本實(shí)施例，所迷攝像頭1和 攝像頭2的采用放置方式是多樣的，如圖1-2所示，攝像頭1和攝像頭2放置 在顯示屏3的下方空間，兩攝像頭光軸與顯示屏垂直線的夾角均為a，其中a為 60度。如圖1-3所示，攝像頭1和攝像頭2放置在顯示屏3的左側(cè)空間，兩攝 像頭光軸與顯示屏垂直線的夾角均為直角。如圖1-4所示，攝^^頭1和攝#_頭2 放置在顯示屏3的右側(cè)空間，兩攝像頭光軸與顯示屏垂直線的夾角均為直角。
本實(shí)施例在圖1-1所示的斜線填充區(qū)域7處，設(shè)置一塊黑色毯子，作為背 景物，有利于將目標(biāo)物特征點(diǎn)從背景物中區(qū)分出來。
攝像頭1和攝像頭2,是設(shè)置有鏡頭、圖像處理芯片，以及CCD圖像傳感器 或CMOS圖像傳感器的完整4菱像頭。
所述顯示屏3可為背投、前投影、等離子(PDP)、液晶(LCD)或拼^接顯示
屏幕等類型的顯示屏。
8所述目標(biāo)物4可以選用操作筆或手指。
所述特征點(diǎn)，是指目標(biāo)物4中能被攝像頭1和攝像頭2拍攝到的涂有特殊 顏色的點(diǎn)，或目標(biāo)物4中能被攝像頭1和攝像頭2拍攝到的特殊位置點(diǎn)。進(jìn)行 定位時(shí)，所述目標(biāo)物4在該重疊區(qū)域內(nèi)才喿作；
如圖2所示，上述空間三維定位裝置的定位方法，在進(jìn)行定位之前或定位 開始時(shí)，首先對(duì)攝像頭1和攝像頭2進(jìn)行標(biāo)定，然后依次進(jìn)行以下操作 (1)攝像頭1和攝像頭2進(jìn)行拍攝，分別獲取圖像數(shù)據(jù)； (2 )根據(jù)步驟(1)獲取的圖像數(shù)據(jù)捕獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)； (3 )確定步驟(2 )中所述目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)；
(4) 根據(jù)步驟(3)中所述目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)，確定目標(biāo)物的空間 方向指向線；
(5) 確定沿步驟(4)所述目標(biāo)物空間方向指向線在顯示屏3上對(duì)應(yīng)的坐 標(biāo)，即為目標(biāo)物4在顯示屏3上對(duì)應(yīng)指向的定位坐標(biāo)。
如圖3所示，是本實(shí)施例為實(shí)現(xiàn)定位所建立的世界坐標(biāo)系和攝像頭圖像平 面坐標(biāo)系。所述世界坐標(biāo)系為在環(huán)境中選取的一個(gè)基準(zhǔn)坐標(biāo)系，用于描述攝像 頭1和攝像頭2的位置，本實(shí)施例中設(shè)定為0-XYZ,以顯示屏3的左下角為原點(diǎn) 0，顯示屏3的橫方向?yàn)閄軸、縱方向?yàn)閅軸，垂直顯示屏3的方向?yàn)閆軸。
各個(gè)攝像頭的圖像平面坐標(biāo)系是各個(gè)攝像頭的以像素點(diǎn)為刻度單位的圖像 平面坐標(biāo)系，具體針對(duì)攝像頭1和攝像頭2,本實(shí)施例中分別設(shè)定為Oi-x⑦、 o2-x2y2。
如圖3所示，P ( X， Y， Z )為目標(biāo)物4的世界坐標(biāo)，Pi ( x!, yi)為目標(biāo)物4 在攝像頭1拍攝圖像中的成像坐標(biāo)，P2 ( x2, y2)為目標(biāo)物4在攝像頭2拍攝圖 像中的成像坐標(biāo)。
世界坐標(biāo)系和攝像頭1的圖像平面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系如下面公式(1 )所示:
<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，Si為非零參數(shù)，a, ，a2......, an為系統(tǒng)轉(zhuǎn)換矩陣的元素，與攝像頭1
的光軸中心、焦距等內(nèi)部參數(shù)，也與攝像機(jī)l的放置位置等外部參數(shù)有關(guān)。 而世界坐標(biāo)系和攝像頭2的圖像平面坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系如公式(2)所示<formula>formula see original document page 10</formula>
其中S2為非零參數(shù)，bi,b2......， bn為系統(tǒng)轉(zhuǎn)換矩陣的元素，與才聶像頭2的
光軸中心、焦距等內(nèi)部參數(shù)，也與攝像機(jī)2的放置位置等外部參數(shù)有關(guān)。
確定a!，a2......， au以及b，b2......, bn等系統(tǒng)轉(zhuǎn)換矩陣的元素，也即確定各個(gè)
攝像頭的圖像平面坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系，稱為攝像頭的標(biāo)定。其標(biāo) 定方法是通過黑白相間的方格模板進(jìn)行多角度的圖像采集，選取方格模板中6 個(gè)已知點(diǎn)，分別代入公式(1)和公式(2),用最小二乘法就可以確定上述兩個(gè)
系統(tǒng)轉(zhuǎn)換矩陣的元素，完成攝像頭1和攝像頭2的標(biāo)定。
圖4-1、 4-2、 4-3、 4-4和4-5所示為目標(biāo)物4優(yōu)選的其中5種形式，該目
標(biāo)物4為操作筆，其中，黑色部分均表示為涂有特殊顏色區(qū)。
本實(shí)施例中，選取的目標(biāo)物4如圖4-1所示的操作筆，攝像頭1和攝像頭2
要捕獲的是操作筆的兩個(gè)特征點(diǎn)。特征點(diǎn)為兩個(gè)涂有特殊顏色且有一定間距的
顏色點(diǎn)，其與操作筆筆桿顏色不同，例如筆桿顏色選擇為黑色，特殊顏色為摻
雜有熒光金粉的黃色，如圖4-1所示的特殊顏色區(qū)401和特殊顏色區(qū)402,目的
在于與應(yīng)用環(huán)境中的其他物體相區(qū)分。當(dāng)然，操作筆的形式可以是多樣的，只
要能提取出兩個(gè)或兩個(gè)以上特征點(diǎn)即可。如圖4-2所示，特征點(diǎn)為特殊顏色區(qū)
的起點(diǎn)403，以及特殊顏色區(qū)的終點(diǎn)404;如圖4-3所示，特征點(diǎn)為特殊顏色區(qū)
的起點(diǎn)405,以及特殊顏色區(qū)的終點(diǎn)406;如圖4-4所示，特征點(diǎn)為特歹朱顏色區(qū)
的終點(diǎn)407、目標(biāo)物頂端點(diǎn)408;如圖4-5所示，特征點(diǎn)為特歹朱顏色區(qū)409、目
標(biāo)物頂端點(diǎn)410。
步驟(2 )所述捕獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物4的特征點(diǎn)，優(yōu)選為根據(jù)所捕獲 到的目標(biāo)物4的特征點(diǎn)的顏色進(jìn)行篩選，再進(jìn)行圖像二值化處理，以從圖像中 提取兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)顏色的區(qū)域或點(diǎn)。根據(jù)目標(biāo)物特征點(diǎn)的大小 范圍，對(duì)提取到的不符合大小范圍的區(qū)域或點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步的排除，最終得到目 標(biāo)物特征點(diǎn)。其中，所述圖像二值化處理，是將目標(biāo)物4特征點(diǎn)的灰度值設(shè)定 為二值化的閾值，完成圖像的二值化。
如圖5所示，上述方法中，步驟(3)所述確定目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)， 優(yōu)選為根據(jù)步驟(2)中各攝像頭所捕獲目標(biāo)物特征點(diǎn)，確定攝像頭l拍攝圖
10像中目標(biāo)物特征點(diǎn)的平面坐標(biāo)(X (x:，yj、 02 (x2，y2)和攝像頭2拍攝圖像中 目標(biāo)物4的特征點(diǎn)的平面坐標(biāo)Or (Xi，yJ、 02， (x2,y2)，代入上述已知系統(tǒng)轉(zhuǎn) 換矩陣的元素的公式(1)和公式(2)中，即可求解出目標(biāo)物特征點(diǎn)相應(yīng)的空 間坐才示Oi(Xi，L，Zj、 02 (X2， Y2, Z2)。
將目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)(h (X，Y,， ZJ 、 02 (X2， Y2, Z2)代入下面公式(3 ):
n！ = ^ — z-z, (3) x—:k2-" 一z廣z'
其中，公式(3)表示目標(biāo)物的空間方向指向線，是指由所述目標(biāo)物4的特
征點(diǎn)所確定的直線。
本實(shí)施例中，顯示屏3的平面在建立的世界坐標(biāo)系中，表示式為Z=0 (4) 將上述公式(3)和公式(4)聯(lián)立求解，可以得到沿目標(biāo)物4空間方向指 向線在顯示屏3上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)0(X，Y，0)，如圖5所示。
實(shí)施例2
本實(shí)施例中，目標(biāo)物如圖6-1所示，直接用手指才喿作，其中，手指上套有 兩個(gè)具有特殊顏色的大小可伸縮的指環(huán)，其目的在于與應(yīng)用環(huán)境中的其他物體 相區(qū)分。凝J象頭1和揭J象頭2捕獲到手指上的有一定間距的特 朱顏色點(diǎn)作為兩 個(gè)特;f正點(diǎn)。如圖6-1圖的601和602。除此外，本實(shí)施例的其^f也組件及其結(jié)構(gòu)與 實(shí)施例1相同。當(dāng)然，目標(biāo)物特征點(diǎn)的選定也可以按照特殊位置點(diǎn)進(jìn)行選定。 例如，圖6-2中，特征點(diǎn)為603和604;圖6-3中，特征點(diǎn)為605和606;圖6-4 中，特4正點(diǎn)為607和608.
本實(shí)施例中，捕獲目標(biāo)物特征點(diǎn)的方法為先根據(jù)手的大小和顏色排除干 擾并確定目標(biāo)物4，然后再根據(jù)手指上特征點(diǎn)的顏色進(jìn)行篩選，進(jìn)行圖^f象二值化 處理，再根據(jù)目標(biāo)物特征點(diǎn)的大小進(jìn)行篩選，以確定目標(biāo)物4的特征點(diǎn)。
當(dāng)操作手指超過一個(gè)時(shí)，例如有兩個(gè)手指在操作，且每個(gè)手指均套上了兩 個(gè)有特殊顏色的指環(huán)。這種情況，在拍攝圖像中存在四個(gè)特征點(diǎn)，判斷哪兩個(gè) 特征點(diǎn)為同 一個(gè)手指上的特征點(diǎn)，可以通過統(tǒng)計(jì)圖像中任意兩個(gè)特征點(diǎn)的連線 經(jīng)過的像素灰度值符合人手膚色灰度值的數(shù)目，當(dāng)此數(shù)目超過一定閾值，如20， 則認(rèn)為這兩個(gè)特征點(diǎn)在同 一個(gè)手指上。判斷了在同 一個(gè)手指上的兩個(gè)特征點(diǎn)為 一組特征點(diǎn)后，后續(xù)的定位坐標(biāo)確定步驟均與實(shí)施例l相同。上述實(shí)施例是一種空間三維定位裝置及其定位方法，但本發(fā)明的實(shí)施方式 并不受上述實(shí)施例的限制，可以在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上增加攝像頭，進(jìn)行組合 拍攝，利用本發(fā)明所闡述的方法進(jìn)行定位，隨著攝像頭的增加，其定位精度也 P逸之提高，因此，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、 修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范 圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種空間三維定位方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)本定位方法的空間三維定位裝置包括顯示屏和用于定位操作且能提取出特征點(diǎn)的目標(biāo)物，還包括依次連接的圖像處理模塊、接口模塊和計(jì)算機(jī)模塊，其中，圖像處理模塊包括至少兩個(gè)攝像頭，該圖像處理模塊放置在顯示屏的前方且不遮擋到顯示屏的位置，各個(gè)攝像頭拍攝范圍的重疊區(qū)域覆蓋顯示屏前方一定空間；而所述目標(biāo)物在該重疊區(qū)域內(nèi)操作；本發(fā)明定位方法在進(jìn)行定位之前或定位開始時(shí)，首先對(duì)圖像處理模塊中的各個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定，然后依次進(jìn)行以下操作(1)攝像頭進(jìn)行拍攝，獲取圖像數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)步驟(1)獲取的圖像數(shù)據(jù)捕獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)；(3)確定步驟(2)中所述目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)；(4)根據(jù)步驟(3)中所述目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)，確定目標(biāo)物的空間方向指向線；(5)確定沿步驟(4)所述目標(biāo)物空間方向指向線在顯示屏上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，即為目標(biāo)物在顯示屏上對(duì)應(yīng)指向的定位坐標(biāo)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種空間三維定位方法，其特征在于所述對(duì)各個(gè)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定的方法為建立世界坐標(biāo)系和各個(gè)攝像頭的圖像平面坐標(biāo)系，確定各個(gè)攝像頭的圖像平面坐標(biāo)系與世界坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種空間三維定位方法，其特征在于步驟(2)所述捕獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)，具體為根據(jù)所捕獲到的目標(biāo)物特征點(diǎn)的顏色進(jìn)行篩選，進(jìn)行圖像二值化處理，再根據(jù)目標(biāo)物特征點(diǎn)的大小進(jìn)行篩選，以從中提取兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)；也可以先根據(jù)所捕獲到的目標(biāo)物的大小和顏色先排除干擾并確定目標(biāo)物，然后再根據(jù)目標(biāo)物上特征點(diǎn)的顏色進(jìn)行篩選，進(jìn)行圖像二值化處理，再根據(jù)目標(biāo)物特征點(diǎn)的大小進(jìn)行篩選，以從中確定兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)；或直接把所捕獲到的兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物的特 朱位置點(diǎn)作為目標(biāo)物特征點(diǎn)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1、 2或3所述的一種空間三維定位方法，其特征在于步驟(3)所述確定目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)，具體為先確定各個(gè)攝像頭拍攝圖像中目標(biāo)物特征點(diǎn)的平面坐標(biāo)，再將平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種空間三維定位方法，其特征在于步驟(4)所述空間方向指向線，是指由所述兩個(gè)或以上目標(biāo)物特征點(diǎn)所確定的直線。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的一種空間三維定位方法，其特征在于步驟(5)所述的定位坐標(biāo)的確定方法為將步驟(4)所述的空間方向指向線的直線方程與顯示屏所在平面的方程聯(lián)立求解，得到的坐標(biāo)即為定位坐標(biāo)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間三維定位方法，其特征在于步驟(2)所述捕獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)、步驟(3 )所述確定目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)、步驟(4)所述確定目標(biāo)物的空間方向指向線，以及步驟(5)所述確定沿目標(biāo)物空間方向指向線在顯示屏上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，采用以下方式中的任意一種a. 攝像頭獲取的圖像數(shù)據(jù)通過接口模塊將圖像數(shù)據(jù)傳輸至計(jì)算機(jī)模塊，由計(jì)算機(jī)模塊根據(jù)圖像數(shù)據(jù)依次進(jìn)行步驟(2 )、 ( 3 )、 ( 4 )和步驟(5 )的操作；b. 由所述圖像處理模塊，或者具體由攝像頭設(shè)置的圖像處理芯片讀取圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行步驟(2 )、 ( 3 )、 ( 4 )和步驟(5 )中前1個(gè)、2個(gè)或前3個(gè)步驟的操作，然后將操作所得數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)模塊，由計(jì)算機(jī)模塊進(jìn)行剩余步驟的操作；c. 由所述圖像處理模塊，或者具體由攝像頭設(shè)置的圖像處理芯片讀取圖像數(shù)據(jù)，并根據(jù)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行依次進(jìn)行步驟(2)、 (3)、 (4)和步驟(5)的操作。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種空間三維定位方法，其特征在于各才聶像頭光軸與顯示屏垂直線的夾角為直角，或攝像頭光軸與顯示屏垂直線的夾角為大于45度的銳角。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間三維定位方法，其特征在于所述目標(biāo)物特征點(diǎn)，是指目標(biāo)物中能被攝像頭拍攝到的涂有特殊顏色的點(diǎn)，或目標(biāo)物中能被攝像頭拍攝到的特殊位置點(diǎn)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間三維定位方法，其特征在于在攝像頭的拍:fe方向設(shè)置一個(gè)單一顏色的背景物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空間三維定位方法，采用用于定位操作且能提取出特征點(diǎn)的目標(biāo)物，各個(gè)攝像頭拍攝范圍的重疊區(qū)域覆蓋顯示屏前方一定空間，目標(biāo)物在該重疊區(qū)域內(nèi)操作。定位步驟如下對(duì)攝像頭進(jìn)行標(biāo)定；捕獲兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)物特征點(diǎn)；確定目標(biāo)物特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)；確定目標(biāo)物的空間方向指向線；確定沿目標(biāo)物空間方向指向線在顯示屏上對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，即定位坐標(biāo)。本發(fā)明定位操作簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)三維空間定位；當(dāng)顯示屏較大時(shí)，通過本發(fā)明沿目標(biāo)物空間方向指向線進(jìn)行在顯示屏上對(duì)應(yīng)定位的方式，依然可以輕松實(shí)現(xiàn)三維定位，因此本發(fā)明尤其適合應(yīng)用在大屏幕定位。
文檔編號(hào)G06F3/041GK101639747SQ200910042320
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月31日
發(fā)明者盧如西, 鐘杰婷 申請(qǐng)人:廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司