雷射平面定位系統及其實現方法
2023-06-06 01:59:31
專利名稱：雷射平面定位系統及其實現方法
技術領域：
本發明涉及一種互動遊戲的平面定位系統，尤其涉及一種用於互動遊戲的雷射平面定位系統；此外，本發明還涉及該雷射平面定位系統的實現方法。
背景技術：
隨著體感遊戲、空中滑鼠相關概念的出現，產生了許多基於此類概念而應用的新技術，比如，基於微機電系統技術的陀螺儀通過積分等算法獲得平面滑鼠的相對移動，基於光點成像技術的平面定位技術，基於加速度傳感器的動作識別分析技術等等。以上相關技術解決了目前平面定位的多種應用需要，但隨著新的系統需求，之前的多種方案已經存在了下述缺陷基於微機電系統技術的陀螺儀通過積分等算法獲得平面滑鼠的相對移動定位方面，由於獲得的定位是一個相對量，用戶獲得平面定位絕對位置的方法是對相對量的累加， 在誤差存在的情況下，累加得到的累積誤差也會相應的擴大，在一段時間後，控制器的實際指向與主機獲得的平面定位存在較大的差距。在射擊類體感遊戲中，如果控制器的實際指向與平面定位差距較大的情況下，將會使射擊體感大打折扣。為了克服累積誤差的問題，相關機構提出了基於光點成像技術的平面定位技術。 它的主要原理是通過CMOS光學組件拍攝外部人造特殊光點的移動來確定平面定位的具體位置。該技術的主要優點是能夠無累積誤差的確定平面定位的絕對位置，適合於射擊類等指向性要求較高的系統中。但隨之也有一些限制，比如抗光幹擾性比較差，算法複雜，需要為算法提供的運算資源較大等。目前，雷射筆已經應用比較廣泛，比如與幻燈片配合使用，可以在展示相關信息時提供必要的輔助引導。但它的缺陷主要是不能對指向的目標進行直接的操作。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種雷射平面定位系統，能提高平面定位的指向性性能，使平面定位指向與實際的指向保持一致，且簡化平面指向定位的實現算法，節約處理器和內存等資源消耗。為此，本發明還提供該雷射平面定位系統的實現方法。為了解決上述技術問題，本發明通過如下技術方案實現本發明提供一種雷射平面定位系統，該系統包括一個或多個雷射發射器，每個雷射發射器安裝於一個移動控制設備上；一個光感陣列，其位於主機顯示器上，該光感陣列的布局與該主機顯示器平行對應；該移動控制設備與主機通過有線或無線的方式建立連接；該移動控制設備中的雷射發射器通過將雷射束投影到主機顯示器上的光感陣列上，通過光感陣列獲得平面定位的具體位置。當該系統中包含有多個雷射發射器時，每個雷射發射器發出的雷射顏色不同，以使該光感陣列可區分不同的雷射發射器。所述移動控制設備與主機可實現雙向傳輸，該主機可發送命令控制該移動控制設備，該移動控制設備可將按鍵、搖杆以及其它傳感器信息上傳到主機。所述光感陣列外貼於主機顯示器表面或集成於主機顯示器內部。所述光感陣列的點陣數量，根據定位精度的不同，可調整為與主機顯示器相同或不同；所述光感陣列可以調整對光強的靈敏度，只有達到一定強度以上的光強才能被光感陣列確定為有效投影；在同時存在多個雷射發射器的情況下，所述光感陣列按照預先設定的光源頻率進行光點掃描。此外，本發明還提供一種上述雷射平面定位系統的實現方法，包括如下步驟(1)移動控制設備與主機建立連接；(2)主機根據內部設置和需要，通過發送命令控制移動控制設備雷射發射器的開關和雷射顏色；(3)主機根據光感陣列按照已知的外部移動控制設備雷射發射頻率掃描外部光點投影；(4)根據掃描到的光點分析目前外部雷射投影的光強，根據該光強值調整光感陣列的靈敏度；(5)採集獲得雷射投影的光感陣列的每一個感光點的位置和感光的顏色信息；(6)分析同一種顏色感光點的點數大小，根據經驗值將無效光點濾除；(7)按照重心法或中心點法求平面定位的坐標。步驟O)中，所述控制雷射顏色具體為主機根據移動控制設備的多少以及雷射發射器可變波長的範圍，來控制具體移動控制設備雷射發射的波長大小。步驟(3)中，對於單個移動控制設備的系統，光感陣列只掃描這個固定波長的投影點。步驟中，所述根據該光強值調整光感陣列的靈敏度，調整的結果儘量使靈敏度降低。步驟(6)中，通過實際的雷射發射器的性能獲得大概在光感陣列上的投影光點大小範圍，超過該範圍的光點作為無效光點濾除。本發明的有益效果在於本發明提出了一個全新的平面定位方法，通過將雷射束投影到顯示屏幕上的光感元器件陣列上，通過感光的光感元件位置直接獲得平面定位的具體位置。與現有的平面定位方法相比，有以下優點指向性強、抗幹擾能力強、算法簡單等。 本發明在極少佔用系統的內存資源、處理器資源的情況下，很好的解決了平面定位的指向性問題，能夠使控制器的實際指向與定位點保持一致，並且不會隨時間的累積而產生相應的累積誤差。
圖1是本發明雷射平面定位系統的實現方法的流程示意圖；圖2是本發明實施例1包含單個雷射發射器的雷射平面定位系統的結構示意圖；圖3是本發明實施例2包含兩個雷射發射器的雷射平面定位系統的結構示意圖；圖4是本發明光感陣列感光點坐標示意圖。
圖5是本發明中心法雷射點定位示意圖；圖6是本發明重心法雷射點定位示意圖。其中，1是移動控制設備，2是雷射發射器，3是主機顯示器，4是光感陣列。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。實施例1如圖2所示，本發明提供一種雷射平面定位系統，該系統中包含一個雷射發射器2，一個光感陣列(接收模塊)4 ；雷射發射器2安裝於移動控制設備1上，光感陣列 4位於主機顯示器3端；移動控制設備1與主機端通過有線或無線的方式建立連接，可實現輸出的雙向傳輸，即主機可以發送命令控制移動控制設備1，比如控制雷射發射器2的開關或改變雷射顏色(波長)，移動控制設備1可以將按鍵、搖杆以及其它傳感器信息上傳到主機；光感陣列4的布局與主機顯示器3平行對應，可以外貼於主機顯示器3表面或與集成於主機顯示器3內部；光感陣列4的點陣數量可與主機顯示器3相同，也可不同，具體體現在定位的精度的不同；為了排除外界其它光源對光感陣列4的幹擾，光感陣列4可以調整對光強的靈敏度，只有達到一定強度以上的光強才能被光感陣列4確定為有效投影。實施例2如圖3所示，本發明提供一種雷射平面定位系統，該系統中包含兩個雷射發射器2，一個光感陣列4 ；每個雷射發射器2安裝於一個移動控制設備1上，光感陣列4位於主機顯示器3端；當系統中包含有多個雷射發射器2時，每個雷射發射器2發出的雷射顏色(波長)不同，以便光感陣列4可以區分不同的發射設備(雷射發射器幻；在同時存在多個外部移動控制設備1的情況下，光感陣列4可以按照預先設定的光源頻率進行光點掃描。該實施例2除了具有兩個雷射發射器和兩個移動控制設備之外，其他與實施例1相同。如圖1和圖2所示，本發明實現的是一個通過雷射平面的指向系統，該系統中移動控制設備1中的雷射發射器2的雷射發射頭髮出的雷射束投影到主機顯示器3，通過主機顯示器3上的光感陣列4直接獲取雷射投影位置，並將該信息傳遞給主機進行平面定位。如圖1所示，本發明提供的一種雷射平面定位系統的實現方法，包含如下步驟(1)移動控制器與主機建立連接，該連接可以是有線的連接，也可以是無線連接；(2)主機根據內部設置和需要，通過發送命令控制移動控制設備雷射發射器的開關和雷射顏色(波長)；(3)主機根據光感陣列按照已知的外部移動控制設備雷射發射頻率掃描外部光點投影，對於單個外部移動控制設備的系統，光感陣列只掃描這個固定波長的投影點；(4)根據掃描到的光點分析目前外部雷射投影的光強，根據該光強值調整光感陣列的靈敏度，調整的結果儘量使靈敏度降低，因為雷射在光感陣列上的光強一般會比周圍的幹擾光源的光強大許多；(5)採集獲得雷射投影的光感陣列的每一個感光點的位置和感光的顏色信息，每個雷射投影可能不止佔據一個陣列點，往往會佔據多個，後續的定位需要由多個點綜合計算得到；(6)分析同一種顏色感光點的點數大小，根據經驗值將無效光點濾除，由於雷射束的集聚性，在障礙物上的投影大小也相對穩定，可以通過實際的雷射發射器的性能獲得大概在光感陣列上的投影光點大小範圍，超過該範圍的光點作為無效光點濾除；
(7)按照重心法或中心點法求平面定位的坐標，該部分已經在申請號為 200910057410. 9，發明名稱為「基於紅外光點定位方法」的專利申請中得到了具體的描述。本發明方法的具體實現方式如下移動控制設備與主機之間信息交互可以通過有線或無線的方式，有線方式比如 USB總線等，無線方式比如Bluetooth，ZigBee, RF4CE,以及目前一般的2. 4GHz無線通訊。主機和移動控制設備之間支持雙向數據傳輸，主機可以通過命令的方式控制移動控制設備， 移動控制設備可以將相關的按鍵信息、搖杆、其它輔助傳感器信息發送給主機，比如，下面是一個主機到移動控制設備的數據傳輸格式(見表1)和一個移動控制設備到主機的數據傳輸格式(見表2):表1主機到移動控制設備
命令頭雷射開關控制雷射波長選擇0x010 關，1 開0 Orffff 波長範圍選擇表2移動控制設備到主機
數據頭按鍵信息搖杆信息雷射器狀態信息輔助傳感器數據0x102個字節的按鍵信息2個字節的搖杆狀態信息3個字節雷射器開關及波長信息6位元組的輔助傳感器數據其中，波長範圍的選擇與實際採用的雷射發射器可變波長的範圍有關，根據實際設計的系統來定，比如，雷射發射器的發射波長範圍為可見光的全範圍，波長範圍的選擇中的0 Oxffff中，「0」對應的是可見光與紫外線交界的點，「Oxffff」對應的是可見光與紫外線交界的點。輔助傳感器可以是加速度傳感器、陀螺儀等，在某些遊戲中可以起到輔助控制的作用。為了能夠更好的體現指向性，系統對光感陣列和主機顯示器的位置關係有一定的要求，一般情況下，要求光感陣列與主機顯示器從平面位置上能夠重合。比如，如果光感陣列可以以透明薄膜的方式貼於顯示器表面，光感陣列大小與顯示器大小相當，或者光感陣列直接集成於顯示器內部。對應含單一移動控制設備的系統，可以採用固定波長的雷射發射器，主機也不需要選擇移動控制設備雷射發射的波長，但對於同一系統中包含多個移動控制設備的情況下，雷射發射器需要採用可變波長技術，否則很難分辨出點位點與具體移動控制設備的對應關係。主機會根據移動控制設備的多少以及可變波長的範圍，來控制具體移動控制設備雷射發射的波長大小。一般情況下，為了能夠更好的區分不同的移動控制設備，會將多雷射發射器之間的波長間隔儘量拉大。因為雷射對光感陣列投影的光強一般會比外界自然光的光強大，所以在抗幹擾方面會比其它光學定位方法要穩定，為了進一步增強抗幹擾的能力，本方法會結合光點大小進行輔助分析。對應某一類型的雷射發射器，發射的光束在光感陣列上的投影點大小會相對固定，根據實際的測試結果獲得光點大小的範圍，超過該範圍的光點作為幹擾去除。比如，通過對一類雷射發射器中不同遠近，不同角度方向照射光感陣列獲得的光點大小分別如下35、四、33、30、41、35、36、36、30，最大的點為41，最小的點為29，擴充一定的餘量，可以認為光點大小在25 45之間的點為有效的投影點。主機可以直接從感光陣列中讀到每一個感光點的坐標，如圖4所示，A點坐標(X = 4，Y = 2)，B 點坐標(X = N-2，Y = M-1)。最後是具體平面定位位置的計算，通常可以採用重心法或中心點法，具體的實施過程可以參考申請號為200910057410. 9，發明名稱為「基於紅外光點定位方法」的專利申請。重心法參考圖6，通過以下公式得到雷射點定位PositlX = (Pl(x) +P2(x)+—+Pn (χ) /nPositlY = (PI (y) +P2 (y) +··· +Pn (y) /nPositlX 雷射點定位點坐標X ；PositlY 雷射點定位點坐標Y ；P1(X)、P2(X)、…、Pn(X)雷射點中像素點坐標X ；Pl(y)、P2(y)、…、Pn (y)雷射點中像素點坐標Y ；η:雷射點中包含的像素點個數。中心法參考圖5，通過以下公式獲得雷射點定位PositlX= (Xmax+Xmin)/2 ；PositlY= (Ymax+Ymin)/2 ；PositlX 雷射點定位點坐標X ；PositlY 雷射點定位點坐標Y ；Xmax 坐標X上的雷射點最大值；Xmin 坐標X上的雷射點最小值；Ymax 坐標Y上的雷射點最大值；Ymin 坐標Y上的雷射點最小值。
權利要求
1.一種雷射平面定位系統，其特徵在於，該系統包括一個或多個雷射發射器，每個雷射發射器安裝於一個移動控制設備上； 一個光感陣列，其位於主機顯示器上，該光感陣列的布局與該主機顯示器平行對應； 該移動控制設備與主機通過有線或無線的方式建立連接；該移動控制設備中的雷射發射器通過將雷射束投影到主機顯示器上的光感陣列上，通過光感陣列獲得平面定位的具體位置。
2.如權利要求1所述的雷射平面定位系統，其特徵在於，當該系統中包含有多個雷射發射器時，每個雷射發射器發出的雷射顏色不同，以使該光感陣列可區分不同的雷射發射ο
3.如權利要求1所述的雷射平面定位系統，其特徵在於，所述移動控制設備與主機可實現雙向傳輸，該主機可發送命令控制該移動控制設備，該移動控制設備可將按鍵、搖杆以及其它傳感器信息上傳到主機。
4.如權利要求1所述的雷射平面定位系統，其特徵在於，所述光感陣列外貼於主機顯示器表面或集成於主機顯示器內部。
5.如權利要求1所述的雷射平面定位系統，其特徵在於，所述光感陣列的點陣數量，根據定位精度的不同，可調整為與主機顯示器相同或不同；所述光感陣列可以調整對光強的靈敏度，只有達到一定強度以上的光強才能被光感陣列確定為有效投影；在同時存在多個雷射發射器的情況下，所述光感陣列按照預先設定的光源頻率進行光點掃描。
6.一種如權利要求1所述的雷射平面定位系統的實現方法，其特徵在於包括如下步驟(1)移動控制設備與主機建立連接；(2)主機根據內部設置和需要，通過發送命令控制移動控制設備雷射發射器的開關和雷射顏色；(3)主機根據光感陣列按照已知的外部移動控制設備雷射發射頻率掃描外部光點投影；(4)根據掃描到的光點分析目前外部雷射投影的光強，根據該光強值調整光感陣列的靈敏度；(5)採集獲得雷射投影的光感陣列的每一個感光點的位置和感光的顏色信息；(6)分析同一種顏色感光點的點數大小，根據經驗值將無效光點濾除；(7)按照重心法或中心點法求平面定位的坐標。
7.如權利要求6所述的雷射平面定位系統的實現方法，其特徵在於步驟(2)中，所述控制雷射顏色具體為主機根據移動控制設備的多少以及雷射發射器可變波長的範圍，來控制具體移動控制設備雷射發射的波長大小。
8.如權利要求6所述的雷射平面定位系統的實現方法，其特徵在於步驟(3)中，對於單個移動控制設備的系統，光感陣列只掃描這個固定波長的投影點。
9.如權利要求6所述的雷射平面定位系統的實現方法，其特徵在於步驟(4)中，所述根據該光強值調整光感陣列的靈敏度，調整的結果儘量使靈敏度降低。
10.如權利要求6所述的雷射平面定位系統的實現方法，其特徵在於步驟(6)中，通過實際的雷射發射器的性能獲得大概在光感陣列上的投影光點大小範圍，超過該範圍的光點作為無效光點濾除。
全文摘要
本發明公開了一種雷射平面定位系統，包括一個或多個雷射發射器和一個光感陣列，每個雷射發射器安裝於一個移動控制設備上，光感陣列位於主機顯示器上，該光感陣列的布局與該主機顯示器平行對應；該移動控制設備與主機通過有線或無線的方式建立連接；該移動控制設備中的雷射發射器通過將雷射束投影到主機顯示器上的光感陣列上，通過光感陣列獲得平面定位的具體位置。此外，本發明還公開了該雷射平面定位系統的實現方法。本發明能提高平面定位的指向性性能，使平面定位指向與實際的指向保持一致，還能簡化平面指向定位的實現算法，節約處理器和內存等資源消耗。
文檔編號G06F3/033GK102279656SQ20101019755
公開日2011年12月14日 申請日期2010年6月10日 優先權日2010年6月10日
發明者喻應東 申請人:鼎億公司, 鼎億數碼科技(上海)有限公司