一種x形光斑的交點(diǎn)定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種X形光斑的交點(diǎn)定位方法，包括以下步驟：a.獲取X形光斑與定位區(qū)邊界的4個交點(diǎn)的坐標(biāo)；b.每一個交點(diǎn)坐標(biāo)采集n幀，對應(yīng)計算每一個交點(diǎn)坐標(biāo)的長期變化率△ll和瞬時變化率△ls；c.驗(yàn)證每一個交點(diǎn)坐標(biāo)的有效性；d.將交點(diǎn)分別作為端點(diǎn)兩兩相連形成6條線段，計算線段之間夾角得到與X形光斑夾角相符的1個匹配集合；e.對該匹配集合中的2條線段的二維坐標(biāo)方程式進(jìn)行亞像素優(yōu)化得到優(yōu)化方程式，計算優(yōu)化方程式的交點(diǎn)坐標(biāo)，即為X形光斑的中心坐標(biāo)。本發(fā)明的實(shí)時性好、精確度高。
【專利說明】
一種X形光斑的交點(diǎn)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種X形光斑的交點(diǎn)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 很多人在將電腦桌面顯示到投影熒幕上演示的場合有過以下經(jīng)歷:演示者時而在 投影熒幕前通過激光筆指示講解，時而到電腦前操作鼠標(biāo)演示。其原因在于激光筆與電腦 沒有交互，不能實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的功能。
[0003] 目前有一種通過攝像頭對投影熒幕進(jìn)行拍攝取得視頻流，并進(jìn)行圖像處理識別激 光筆光斑，再與電腦交互實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)的功能的系統(tǒng)，其顯著限制包括:一、實(shí)時性:處理速度的 上限無法突破攝像頭的拍攝幀率;二、魯棒性:極端情況不滿足圖像處理的假定，導(dǎo)致算法 失效;三、集成性:傳統(tǒng)系統(tǒng)中攝像頭必須安裝在特定位置，占用空間變大，或者需要額外的 標(biāo)定步驟，操作難度變大。
[0004] 還有一種用激光直線實(shí)現(xiàn)無線鼠標(biāo)的方法，采用一條水平、一條豎直的激光直線 組成一個坐標(biāo)系，結(jié)合一個X向和Y方向都裝有微型激光感應(yīng)器的激光接收裝置，組成一 個可以遠(yuǎn)距離，精確定位的無線鼠標(biāo)系統(tǒng)，無需接觸屏幕，就可以達(dá)到遠(yuǎn)距離定位的目的。 這種方法要求兩條激光直線必須在移動中保持水平和豎直狀態(tài)，現(xiàn)有技術(shù)的最佳解決方案 就是采用陀螺儀，這會使激光發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化;此外，通過陀螺儀調(diào)節(jié)激光直線狀態(tài) 需要一定的時間，限制了激光接收裝置的信號采集速度，進(jìn)而會影響實(shí)時性，而且無法確定 激光接收裝置所采集信號的有效性，精確度沒有保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種X形光斑的交點(diǎn)定位方法，可以解決現(xiàn)有用 激光直線實(shí)現(xiàn)無線鼠標(biāo)的方法采用一條水平、一條豎直的激光直線組成坐標(biāo)系，導(dǎo)致激光 發(fā)射裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，以及實(shí)時性差、精確度沒有保障的問題。
[0006] 本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)： 一種X形光斑的交點(diǎn)定位方法，包括以下步驟： a. 在定位區(qū)邊界設(shè)置多個光敏傳感器，將X形光斑投射在定位區(qū)，對多個光敏傳感器 進(jìn)行二維坐標(biāo)標(biāo)記，X形光斑與定位區(qū)邊界的4個交點(diǎn)分別觸發(fā)光敏傳感器獲得對應(yīng)的坐 標(biāo)； b. 每一個交點(diǎn)坐標(biāo)采集η幀，對應(yīng)計算每一個交點(diǎn)坐標(biāo)的長期變化率Λ?ι和瞬時變化 率 Als; c. 根據(jù)長期變化率Λ?ι和瞬時變化率Als驗(yàn)證每一個交點(diǎn)坐標(biāo)的有效性； d. 當(dāng)同一時間的各交點(diǎn)坐標(biāo)全部驗(yàn)證有效時，將交點(diǎn)分別作為端點(diǎn)，兩兩相連形成6 條線段，將其中端點(diǎn)不重復(fù)且覆蓋所有端點(diǎn)的2條線段納入1個集合，形成3個線段集合，分 別計算3個線段集合中的2條線段之間夾角，得到與X形光斑夾角相符的1個匹配集合； e. 對該匹配集合中的2條線段的二維坐標(biāo)方程式進(jìn)行亞像素優(yōu)化得到優(yōu)化方程式，計 算優(yōu)化方程式的交點(diǎn)坐標(biāo)，即為X形光斑的中心坐標(biāo)。
[0007] 本發(fā)明的進(jìn)一步方案是，還包括步驟f:計算優(yōu)化方程式與定位區(qū)邊界的4個優(yōu)化 交點(diǎn)坐標(biāo)，對4個優(yōu)化交點(diǎn)坐標(biāo)記錄η幀，對應(yīng)計算每一個交點(diǎn)坐標(biāo)的長期變化率Λ11和瞬 時變化率Al s，再根據(jù)長期變化率Ah和瞬時變化率八13驗(yàn)證每一個交點(diǎn)坐標(biāo)的有效性，從 而判斷步驟e得到的X形光斑中心坐標(biāo)的有效性。
[0008] 本發(fā)明的更進(jìn)一步方案是，步驟C驗(yàn)證每一個交點(diǎn)的坐標(biāo)有效性，是先對長期變化 率Λ?ι和瞬時變化率Als進(jìn)行加權(quán)求和，計算瞬時變化率Al s的權(quán)重e，再計算最終變化率 Λ1，根據(jù)最終變化率Λ1計算各交點(diǎn)的下一幀預(yù)測坐標(biāo)，將下一幀實(shí)際坐標(biāo)代入以預(yù)測坐 標(biāo)為中心、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)f為方差的高斯分布計算結(jié)果，若結(jié)果大于預(yù)設(shè)值則下一幀實(shí)際坐標(biāo)有 效。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于： 一、 通過線段夾角匹配識別組成X形光斑的兩條光線，不受限于光線的水平或豎直狀 態(tài)，簡化光線發(fā)射裝置的結(jié)構(gòu)，而且不會限制傳感器的信號采集速度，有效提高實(shí)時性;根 據(jù)長期變化率和瞬時變化率驗(yàn)證坐標(biāo)的有效性，通過亞像素優(yōu)化克服傳感器分辨率不足以 及傳感器安裝位置的誤差，有效提高精確度； 二、 將優(yōu)化方程式與定位區(qū)的四個交點(diǎn)坐標(biāo)采集η幀后計算長期變化率和瞬時變化率 驗(yàn)證坐標(biāo)的有效性，從而驗(yàn)證計算結(jié)果的有效性； 三、 將實(shí)際坐標(biāo)代入以預(yù)測坐標(biāo)為中心、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)f為方差的高斯分布計算結(jié)果以判斷 有效性，可靠度高。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0011] 圖2為獲取交點(diǎn)坐標(biāo)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 如圖1所示的一種X形光斑的交點(diǎn)定位方法，包括以下步驟： a. 如圖2所示，在矩形的投影熒幕邊界設(shè)置四組光敏傳感器陣列，投影熒幕上方和下 方的兩組水平的傳感器陣列分別包含X個傳感器，投影熒幕左方和右方的兩組豎直的傳感 器陣列分別包含y個傳感器;將X形光斑投射在投影熒幕上，假設(shè)X形光斑與投影熒幕的四條 邊界分別相交形成4個交點(diǎn)，投影熒幕上方的傳感器陣列采集到的一維信號數(shù)據(jù)為a，投影 熒幕左方的傳感器陣列采集到的一維信號數(shù)據(jù)為b，投影熒幕下方的傳感器陣列采集到的 一維信號數(shù)據(jù)為c，投影熒幕右方的傳感器陣列采集到的一維信號數(shù)據(jù)為d;設(shè)定投影熒幕 上方的傳感器陣列所采集信號的Y軸方向?yàn)椹?投影熒幕左方的傳感器陣列所采集信號的X 軸方向?yàn)椹?投影熒幕下方的傳感器陣列所采集信號的Y軸方向?yàn)閥，投影熒幕右方的傳感器 陣列所采集信號的X軸方向?yàn)閄，則4個交點(diǎn)坐標(biāo)的二維信號分別為：（a，0)、（0，b)、（c，y)、 (x，d); b. 每一個交點(diǎn)坐標(biāo)采集10幀二維信號，記其中的某幀為第i幀，則對應(yīng)的4個交點(diǎn)坐標(biāo) 的二維信號分別記為：（ai，0)、（0，bi)、（Ci，y)、（X，di)，其上一幀的二維信號分別記為： ( ai-OJd-hyhUtcU-根據(jù)10幀二維信號的平均變化值計算長期變化率Λ 11=(11〇-11)/9，其中1=3，13，(3，(1，并計算瞬時變化率八13=]^-1卜1，其中1=3，13，(3，(1 ; C.為了同時刻畫X形光斑相應(yīng)的均勻速度趨勢和瞬時速度變化，先對長期變化率Λ?ι 和瞬時變化率Λ ls進(jìn)行加權(quán)求和，根據(jù)公式：
求得瞬時變化率Als所占的權(quán)重e，瞬時變化率Als相較于長期變化率差別越大，其所 占的權(quán)重越高;再計算最終變化率Al=e X Als+ (1-e) X Λ?ι，其中l(wèi)=a，b，c，d; 貝1J4個交點(diǎn)的下一幀預(yù)測坐標(biāo)為：
4個交點(diǎn)下一幀實(shí)際坐標(biāo)(ai+i，0)、（0，bi+i)、（Ci+i，y)、（x，di+i)應(yīng)該分別滿足以預(yù)測坐 標(biāo)為中心、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)f為方差的高斯分布，其中f取值范圍為:3~5;若下一幀實(shí)際坐標(biāo)在該高 斯分布中計算得到的結(jié)果大于預(yù)設(shè)值〇. 5，則確定為有效數(shù)據(jù);若確定為無效數(shù)據(jù)，則重新 米集?目號； d. 當(dāng)同一時間的4個交點(diǎn)坐標(biāo)全部驗(yàn)證有效時，將(ai+1，0)作為端點(diǎn)A，將(0，bi+1)作 為端點(diǎn)B，將(c i+1，y)作為端點(diǎn)C，將(x，di+1)作為端點(diǎn)D，兩兩相連形成6條線段:AB、AC、AD、 8(：、80工0，將其中端點(diǎn)不重復(fù)且覆蓋所有端點(diǎn)的2條線段納入1個集合，形成3個線段集合： (AB、⑶）、以(^0)、(40、8〇，分別計算3個線段集合中的2條線段之間夾角，得到與父形光斑 夾角相符的1個匹配集合識別光斑，假設(shè)匹配集合為(ABXD)，其中線段AB的二維坐標(biāo)方程 式為:y = Sab * X + Tab，線段⑶的二維坐標(biāo)方程式為:y = Sd * X + Τ"!，其中S表示斜率， T表示截距； e. 對該匹配集合中的2條線段的二維坐標(biāo)方程式進(jìn)行亞像素優(yōu)化得到線段AB的優(yōu)化 方程式：f二^^概+毯:，線段CD的優(yōu)化方程式:少;優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為：
其中斜率S的優(yōu)化和截距T的優(yōu)化分開迭代進(jìn)行，進(jìn)行斜率S的優(yōu)化時將截距T固定不 變，進(jìn)行截距T的優(yōu)化時將斜率S固定不變;進(jìn)行斜率S的優(yōu)化時利用奇異值分解保證兩條線 段的夾角不變;計算優(yōu)化方程式的交點(diǎn)坐標(biāo)：，即為X形光斑 的中心坐標(biāo)；
f. 計算優(yōu)化方程式與定位區(qū)邊界的4個優(yōu)化交點(diǎn)坐標(biāo)，對4個優(yōu)化交點(diǎn)坐標(biāo)記錄η幀， 對應(yīng)計算每一個交點(diǎn)坐標(biāo)的長期變化率Λ?ι和瞬時變化率Al s，再根據(jù)長期變化率Λ?ι和 瞬時變化率Λ Is驗(yàn)證每一個交點(diǎn)坐標(biāo)的有效性，從而判斷步驟e得到的X形光斑中心坐標(biāo)的 有效性。
【主權(quán)項】
1. 一種X形光斑的交點(diǎn)定位方法，其特征在于包括以下步驟： a. 在定位區(qū)邊界設(shè)置多個光敏傳感器，將X形光斑投射在定位區(qū)，對多個光敏傳感器 進(jìn)行二維坐標(biāo)標(biāo)記，X形光斑與定位區(qū)邊界的4個交點(diǎn)分別觸發(fā)光敏傳感器獲得對應(yīng)的坐 標(biāo)； b. 每一個交點(diǎn)坐標(biāo)采集η幀，對應(yīng)計算每一個交點(diǎn)坐標(biāo)的長期變化率Λ?ι和瞬時變化 率 Als; c. 根據(jù)長期變化率Λ?ι和瞬時變化率Als驗(yàn)證每一個交點(diǎn)坐標(biāo)的有效性； d. 當(dāng)同一時間的各交點(diǎn)坐標(biāo)全部驗(yàn)證有效時，將交點(diǎn)分別作為端點(diǎn)，兩兩相連形成6 條線段，將其中端點(diǎn)不重復(fù)且覆蓋所有端點(diǎn)的2條線段納入1個集合，形成3個線段集合，分 別計算3個線段集合中的2條線段之間夾角，得到與X形光斑夾角相符的1個匹配集合； e. 對該匹配集合中的2條線段的二維坐標(biāo)方程式進(jìn)行亞像素優(yōu)化得到優(yōu)化方程式，計 算優(yōu)化方程式的交點(diǎn)坐標(biāo)，即為X形光斑的中心坐標(biāo)。2. 如權(quán)利要求1所述的一種X形光斑的交點(diǎn)定位方法，其特征在于:還包括步驟f:計算 優(yōu)化方程式與定位區(qū)邊界的4個優(yōu)化交點(diǎn)坐標(biāo)，對4個優(yōu)化交點(diǎn)坐標(biāo)記錄η幀，對應(yīng)計算每一 個交點(diǎn)坐標(biāo)的長期變化率Λ11和瞬時變化率Λ1 s，再根據(jù)長期變化率Λ11和瞬時變化率Λ ls驗(yàn)證每一個交點(diǎn)坐標(biāo)的有效性，從而判斷步驟e得到的X形光斑中心坐標(biāo)的有效性。3. 如權(quán)利要求1或2所述的一種X形光斑的交點(diǎn)定位方法，其特征在于：步驟c驗(yàn)證每一 個交點(diǎn)的坐標(biāo)有效性，是先對長期變化率Λ?ι和瞬時變化率Al s進(jìn)行加權(quán)求和，計算瞬時變 化率Als的權(quán)重e，再計算最終變化率Λ1，根據(jù)最終變化率Λ1計算各交點(diǎn)的下一幀預(yù)測坐 標(biāo)，將下一幀實(shí)際坐標(biāo)代入以預(yù)測坐標(biāo)為中心、經(jīng)驗(yàn)參數(shù)f為方差的高斯分布計算結(jié)果，若 結(jié)果大于預(yù)設(shè)值則下一幀實(shí)際坐標(biāo)有效。
【文檔編號】G06F3/0354GK106095138SQ201610376197
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】姜仲秋, 趙昊, 毛學(xué)軍, 管曙亮, 孫云龍, 梅堅
【申請人】淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院