CN107533765A - 跟踪光学物体的装置，方法和*** - Google Patents

跟踪光学物体的装置，方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于识别一个或多个光源的方法。所述方法可以包括通过成像装置拍摄图像，所述成像装置具有卷帘式快门。该方法还可以包括通过至少一个处理器接收所拍摄的图像，以及通过所述至少一个处理器检测所述图像是否包括一组交替条纹。所述方法还可以包括：通过所述至少一个处理器测量所述图像是否包括一组交替的条纹；如果所述图像包括一组交替的条纹，通过至少一个处理器，基于所述测量的宽度识别引起所述交替条纹的光源。

Description

跟踪光学物体的装置，方法和***
技术领域
本发明主要涉及使用数字图像跟踪物体的技术领域。
背景技术
运动捕捉或运动跟踪是记录物体或人物运动的技术。在传统的解决方案中，用户可以在身体部位(例如，手臂)上佩戴一个或多个传感器，并且***可以通过跟踪传感器的位置来识别身体的运动。然而，虽然这种方法可能容易实现，但仍然存在一些缺点。例如，跟踪传感器的计算需求可能非常高，并且实时跟踪传感器(或使其具有最小延迟)可能非常困难。此外，现有方法和***的准确性可能会很大程度上取决于环境光。例如，当环境较暗时，精度可能会受到极大的影响，这些方法和***往往无法识别和跟踪传感器。本发明旨在解决上面这些问题中的至少一些。
发明内容
本发明的其中一方面涉及一种用于识别一个或多个光源的***。该***可以包括具有卷帘式快门并被配置为用于拍摄图像的成像装置。该***还可以包括存储指令的存储器和执行指令的至少一个处理器，并且可以被配置为从成像装置接收所拍摄的图像。所述至少一个处理器还可以被配置为检测所述图像是否包括第一组交替条纹。所述至少一个处理器还可以被配置为：如果所述图像包括第一组交替条纹，测量所述图像中的第一组交替条纹中的至少一个条纹的第一宽度，并基于所述测量的第一宽度，识别引起所述第一组交替条纹的第一光源。在一些实施例中，所述至少一个处理器还可被配置为检测所述图像是否包括第二组交替条纹，如果所述图像包括第二组交替条纹，测量所述第二组交替条纹中的至少一个条纹的第二宽度。至少一个处理器还可以被配置为基于所述测量的第二宽度，识别引起第二组交替条纹的第二光源。
本发明的另一方面涉及一种用于与游戏装置交互的控制设备。控制设备可以包括被配置为从用户接收一个或多个输入的输入端和第一光源。控制设备还可以包括一个控制器，其与游戏装置通信，该控制器被配置为基于所接收的一个或多个输入而生成用于控制第一光源的第一控制信号。所述第一控制信号具有与所述第一光源产生的光脉冲相对应的第一光脉冲频率。控制设备还可以包括一个光调制器，所述光调制器基于第一控制信号控制第一光源，以产生具有第一光脉冲频率的光脉冲。在一些实施例中，控制设备还可以包括第二光源。控制器还可以被配置为产生用于控制第二光源的第二控制信号，所述第二控制信号具有与所述第二光源产生的光脉冲相对应的第二光脉冲频率。所述光调制器还可以被配置为，基于第二控制信号来控制第二光源产生具有第二脉冲频率的光脉冲。
本发明的另一方面涉及一种用于识别一个或多个光源的方法。该方法可以包括：经由成像装置拍摄图像，该成像装置具有卷帘式快门。该方法还可以包括：通过至少一个处理器接收拍摄的图像，以及通过所述至少一个处理器检测图像是否包括第一组交替条纹。所述方法还可以包括：如果所述图像包括第一组交替条纹，通过所述至少一个处理器测量所述第一组交替条纹中的至少一个条纹的第一宽度；以及通过所述至少一个处理器，并基于所述测量的第一宽度识别引起所述第一组交替条纹的第一光源。在一些实施例中，该方法还可以包括：通过至少一个处理器检测图像是否包括第二组交替条纹，如果图像包括第二组交替条纹，通过所述至少一个处理器测量所述第二组交替条纹中的至少一个条纹的第二宽度，并且通过所述至少一个处理器，并基于所述测量的第二宽度，识别引起所述第二组交替条纹的所述第二光源。
本发明的另一方面涉及一种用于与游戏装置交互的方法，所述方法可以包括通过输入端接收来自用户的一个或多个输入，并且通过控制器生成用于控制所述第一光源的第一控制信号。第一控制信号包括基于所接收的一个或多个输入而使所述第一光源产生光脉冲的第一光脉冲频率。该方法还可以包括基于所述第一控制信号，通过光调制器控制第一光源以第一光脉冲频率产生光脉冲。在一些实施例中，该方法还可以包括通过所述控制器产生用于控制第二光源的第二控制信号。所述第二控制信号包括用于使所述第二光源产生光脉冲的第二光脉冲频率。该方法还可以包括基于所述第二控制信号，通过所述光调制器控制所述第二光源，以第二光脉冲频率产生光脉冲。
本发明的另一方面涉及一种用于存储指令的非暂时性计算机可读介质，其在执行时使得一个或多个处理器执行用于识别一个或多个光源的方法。该方法可以包括：通过成像装置拍摄图像，所述成像装置具有卷帘式快门。该方法还可以包括经由至少一个处理器接收所这拍摄的图像，以及经由至少一个处理器检测所述图像是否包括一组交替条纹。该方法可以进一步包括如果所述图像包括一组交替的条纹，通过至少一个处理器测量该组交替条纹中的至少一个条纹的宽度，并且经由至少一个处理器，基于所述测量的宽度识别引起所述交替条纹的光源。
本发明的另一方面涉及一种用于存储指令的非暂时性计算机可读介质，所述指令在被执行时使得一个或多个处理器执行与游戏装置交互的方法，所述方法可以包括通过输入端接收来自用户的一个或多个输入；基于所接收的一个或多个输入，并通过控制器产生用于控制光源的第一控制信号。第一控制信号可以包括使光源产生光脉冲的光脉冲频率。该方法还可以包括：基于所述控制信号，并通过光调制器控制光源以所述光脉冲频率产生光脉冲。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于跟踪一个或多个光源的***的结构框图。
图2是由图1所示的***所拍摄的示例性图像。
图3是图1所示的***所包含的游戏控制装置的结构框图。
图4是由图1所示的***执行的用于跟踪一个或多个光源的示例方法的流程图。
图5是由图1所示的***执行的用于跟踪一个或多个光源的另一示例方法的流程图。
图6是由图1的***在不同时间点拍摄的一系列示例性图像。
具体实施方式
以下通过参照实施例将本发明进行详细揭露，所列的示例将与附图相结合后进行说明。出于阅读方便的目的，在整个附图中将使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。
本发明的目的、特征、属性，以及方法的操作、结构及部件组合的相关要素的功能、制造的经济性可以在通过考虑结合了附图的以下描述时变得更加明显，而以上这些描述都是本说明书的一部分。然而，应当明确地指出，附图仅仅是为了说明和描述的目的，而不应当作本发明的限制条件。另外，在本申请中，短语“交替条纹图案”和“一组交替条纹”可以互换使用。
本发明涉及使用图像技术跟踪一个或多个光源(例如，发光二极管(LED)装置)的***和方法。在一些实施例中，***可以包括带有卷帘式快门的图像传感器的成像装置。成像装置可以用于在其视场中拍摄光源的一个或多个图像。光源可以是调制照明装置，并且被配置为以脉冲宽度调制(PWM)方式产生光脉冲。也就是说，光源可以开/关循环方式的脉冲频率(也称为PWM切换频率)产生光脉冲。由成像装置拍摄的图像可以包括由光源产生的光脉冲引起的(或一组)白/暗交替条纹图案。交替条纹的特征(例如，条纹的宽度或数量)可能与PWM占空比时间有关(即，开/关周期中的“开”时间)和光的脉冲频率源产生光脉冲。例如，占空比时间越长，条纹的宽度越大；脉冲频率越高，条纹的宽度就越小。该***还可以包括控制器，该控制器可被配置在测量交替条纹中至少一个的宽度的拍摄图像中。控制器可以基于测量的条纹宽度进一步识别光源。
因此，在一些实施例中，本发明提供了通过分析单个图像帧来识别一个或多个光源的实施例。与现有的解决方案相比，本发明的实施例能够较好地抵抗来自环境光的干扰。此外，本发明的实施例在复杂的光环境中识别目标光源时具有更好的精度。另外，在本申请公开的实施例中，可以基于对一个图像帧的分析来确定光源的频率，从而避免了对光源的脉冲频率进行同步的需要，并且进一步提高了识别光源的效率。
图1是用于跟踪一个或多个光源的***的示例性实施例的框图。如图1所示。***1可以包括游戏装置10，游戏控制装置20，网络30和显示器40。游戏装置10可以是计算设备，例如通用或笔记本计算机、移动设备、平板电脑、智能手机、可穿戴设备(如Google GlassTM)或智能手表，游戏机或这些计算机和/或附属组件的任意组合。在一些实施例中，游戏装置10可以包括被配置为拍摄出现在成像装置的视场2内的物体的图像的一个或多个成像装置110。
成像装置110可以是能够在其视场2内拍摄物体的图像的任何装置。在一些实施例中，成像装置110可以设置在固定位置。例如，它可以放置在显示器40或电视架上。在一些实施例中，它可以是游戏装置10的一部分，其可以放置在桌子或电视架上。在其他实施例中，成像装置110可以不具有固定位置。例如，它可能被用户佩戴(例如，在用户的手臂或头部上)，并且用户可以移动。成像装置110可以被配置为在不同位置拍摄其视场内的物体的图像。
成像装置110可以包括图像传感器(未示出)。图像传感器可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器，电荷耦合器件(CCD)传感器或能够拍摄入射光子并以逐行方式读取像素数据的任何类型的图像传感器。换句话说，图像传感器的不同行依次曝光(例如，从顶部到底部，或反之亦然)。成像装置110还可以包括卷帘式快门(未示出)，其被配置为以不同的时间点并以逐行方式将图像传感器的不同行的像素单元进行曝光。卷帘式快门可以是电子的或机械的。拍摄图像的曝光时间可能是以行排列方式曝光(或“数字化”)所有行并从所有像素单元读取数据所需的时间。卷帘式快门可逐行收集图像数据，其类似一个开口的狭缝，顺序地扫描图像(例如，从顶部到底部或反之亦然)，当狭缝经过图像传感器时，图像传感器的每一行都被曝光，也就是说，图像的线并不是在同一时刻进行扫描的。在一些实施例中，当图像传感器拍摄图像，且所述图像包括产生光脉冲的光源并且光源的占空比时间等于或大于图像的曝光时间的两倍时，具有交替的黑/白条纹的图案的伪影(或图像失真)将出现在图像中，且条纹可能具有相同的宽度。该宽度可以与占空比时间成正比，与脉冲频率成反比，此外，包含在图案中的条纹的数量可以与脉冲频率成正比。
在一些实施例中，条纹可以具有不同的宽度。例如，当拍摄图像时，光源可以改变其脉冲频率。一些条纹可以具有相同的宽度，而其他条纹可能具有不同的宽度。可以基于诸如条纹图案的特征(例如，各条纹的宽度)来识别引起各种宽度的条纹的光源。在一些实施例中，可以确定两个或多个条纹的宽度，也可以基于所述确定的宽度来确定光源的频率。
图2是在某些实施例中由***1拍摄的示例性图像，其示出了这种现象。其中，图像300由具有视场2的成像装置110拍摄，其中存在两个光源210a和210b(如图1所示)。交替条纹图案301和302可以由游戏控制装置20的光源210a和210b分别产生的光脉冲引起。交替条纹图案301的每个条纹可以具有宽度W1，而交替条纹图案302的每个条纹可具有宽度W2。对应地，由于宽度W1大于W2，所以光源210a可以具有比光源210b更低的脉冲频率。另外，光源210a的占空比时间大于光源210b的占空比时间。
在一些实施例中，成像装置110可以被配置为在一段时间内的不同时间点拍摄多个图像。例如，当光源在成像装置110的视场内移动时，成像装置110可以在该时间段期间在不同位置拍摄光源的图像。成像装置110还可以在拍摄每个图像时获得时间信息。成像装置110还可以将时间信息连同图像一起发送到游戏装置10用于进一步处理。例如，游戏装置10可以被配置用于识别包括在图像中的一个或多个光源210，并且在该时间段上的时间点跟踪光源210的位置。游戏装置10还可被配置用于在一段时间内确定光源210的运动。
在一些实施例中，成像装置110还可以包括被配置为用于确定成像装置110的位置的位置传感器(未示出)。成像装置110还可以被配置为将位置数据传输到游戏装置10。例如，成像装置110可以包括被配置为定位其位置并将其坐标数据发送到游戏装置10的GPS传感器。在一些实施例中，如果成像装置110处于固定位置，则其位置信息可以存储在存储器122中并且可被处理器121所访问。
请再参考图1，成像装置110可以与控制器120通信并且被配置为将图像数据发送到控制器120。成像装置110还可以被配置为从控制器120接收设置用于拍摄图像的参数的命令信号。其中用于拍摄图像的示例性参数可以包括用于设置曝光时间、孔径、图像分辨率/尺寸，视场(例如，放大和缩小)和/或图像的颜色空间(例如，彩色或黑白色)和/或用于执行相机的其他类型的已知功能的参数。成像装置110和控制器120可以经由网络30或网络连接，总线或其他类型的数据链路(例如，硬线，无线(例如BluetoothTM)或本领域已知的其他连接)进行连接。
控制器120可以被配置为从***1的其他部件接收和处理数据/信号。例如，如本申请中所公开的，控制器120可以从成像装置110接收和处理图像数据和/或来自游戏控制装置20的输入数据。控制器120还可以将数据/信号发送到***1的其他组件，并且其他组件可以基于来自控制器120的数据/信号来执行某些功能。在一些实施例中，控制器120可以包括处理器121，存储器122和通信接口123。处理器101可以包括任何适当类型的通用或专用微处理器、数字信号处理器或微控制器。处理器101可以被配置为专用于跟踪物体的单独的处理器模块。或者，处理器101可以被配置为用于执行与跟踪物体无关的其他功能的共享处理器模块。
处理器121可以被配置为经由例如网络30从***1和/或游戏装置10的各种组件接收数据和/或信号。处理器还可处理数据和/或信号以确定本申请中公开的***1中的一个或多个操作条件。例如，处理器121可以从成像装置110接收图像并且确定图像是否包括(或一组)交替条纹的图案，处理器121还可以确定包含在图案中的至少一个条纹的宽度。作为附加或替代方式，处理器121可以确定包括在图案中的条纹的数量。处理器121还可以基于所述确定的条纹宽度和/或所述确定的条纹数量来确定光源产生导致交替条纹的光脉冲的脉冲频率。在一些实施例中，处理器121可以基于所述确定的脉冲频率来识别引起交替条纹的光源。
存储器122可以包括提供用于存储处理器121可能需要操作的任何类型的信息的任何适当类型的大容量存储器。存储器122可以是易失性或非易失性、磁性、半导体、磁带、光学、可擦除、不可擦除或其他类型的存储设备或有形(即，非暂时性)计算机可读介质，包括但不限于ROM，闪速存储器，动态RAM和静态RAM。存储器122可以被配置为存储可以由处理器121执行的且在本申请中公开的示例性物体跟踪功能的一个或多个计算机程序。例如，存储器102可以被配置为存储可由处理器121执行的程序，以测量包括在交替条纹图案中的条纹的宽度。
存储器122还可以被配置为存储由处理器121使用的信息和数据。例如，存储器122可以被配置为存储包括光源的身份标识和它们对应的脉冲频率(或其范围)的查找表。如果获知脉冲频率，处理器121可以通过查询查找表来确定产生图像中的一组交替条纹的光源的身份。
通信接口123可以被配置为便于通过诸如网络30的控制器120和***1的其他组件之间的通信。例如，控制器120可以经由通信接口123从游戏控制装置20接收输入数据/信号，以控制游戏中的角色。控制器120还可以经由通信接口123将数据/信号传送到用于呈现游戏(图像，视频和/或声音信号)的显示器40。
网络30可以包括或部分包括本领域技术人员已知的各种网络或其他类型的通信连接中的任何一种或多种。网络30可以包括网络连接，总线或其他类型的数据链路，例如本领域已知的硬线或其他连接。例如，网络30可以包括互联网，内联网，局域网或其它无线或其他硬连线，或者其它连接方式(例如，蓝牙，WiFi，4G，LTE蜂窝数据网络等)，***1的组件之间可以通过网络30实现通信。
显示器40可以被配置为基于从游戏装置10发送的信号呈现视频游戏。在一些实施例中，显示器40可以是与诸如独立标准电视，HDTV，数字电视或任何类型的游戏装置10分离的设备显示设备(例如，LED，OLED或LCD)等。在其他实施例中，显示器40可以是游戏装置10的一部分(例如，笔记本电脑的屏幕，移动设备，可穿戴设备等)。
游戏控制装置20可以与游戏装置10通信，用于与游戏中的一个或多个角色进行交互。例如，游戏控制装置20可以接收来自用户的输入，并且基于接收到的输入将信号发送到游戏装置10，所述游戏装置10可以基于该信号来处理信号和/或改变游戏。在一些实施例中，游戏控制装置20可以从游戏装置10接收用于控制其组件的数据/信号。例如，游戏装置10可以发送用于设置光源210(即，游戏控制装置20的一部分)的脉冲频率/频率的数据/信号，游戏控制装置20可以经由比如光调制器240并基于接收到的数据/信号设置脉冲频率/频率。
如图3所示，在一些实施例中，游戏控制装置20可以包括微控制器220，输入端230，一个或多个光调制器240以及一个或多个光源210(例如，图1所示的光源210a和210b)。微控制器220可以被配置为接收并且处理来自游戏控制装置20和/或***1的其他组件的数据/信号。例如，微控制器220可以从输入端230接收响应于用户的动作和/或输入而生成的输入数据。
微控制器220还可以基于用户的输入生成输入数据，并将数据发送到游戏装置10，以进行进一步的处理。在一些实施例中，微控制器220可以产生用于控制游戏控制装置20的其他部件的控制信号。例如，微控制器220可以产生用于驱动光源210的控制信号和/或基于来自用户的输入和/或从游戏装置10接收的信号产生用于设置光源210的脉冲频率的控制信号。
微控制器220可以包括微处理器221，存储器222，I/O接口223，控制接口224和通信接口225。微处理器221可以被配置为接收、生成和/或处理数据/信号，以执行游戏控制装置20的功能。微处理器221可以包括任何适当类型的通用或专用微处理器，数字信号处理器或微控制器。存储器222可以包括提供用于存储微处理器221可能需要操作的任何类型的信息的任何适当类型的大容量存储器。存储器222可以是易失性或非易失性的，磁性、半导体、磁带、光学、可移除、不可擦除的或其他类型的存储设备或有形的(即，非暂时的)计算机可读介质，包括但不限于ROM，闪存，动态RAM和静态RAM。存储器222可以被配置为存储可以由微处理器221执行的且在本申请中公开的示例性物体跟踪功能的一个或多个计算机程序。例如，存储器222可以被配置为存储可以由微处理器221执行且可以用以设置或调整光源210的脉冲频率的程序。
I/O接口223可以被配置为便于微处理器221和输入端230之间的通信。例如，微处理器221可以响应于用户的输入，经由I/O接口223从输入端230接收输入数据。控制接口224可以被配置为便于微处理器221和光调制器240之间的通信。例如，微处理器221可以经由控制接口224将控制信号发送到光调制器240，用于驱动和/或设置光源210的脉冲频率。通信接口225可以被配置为促进游戏控制装置20的组件与***1的其他组件之间的通信。例如，游戏控制装置20可以经由网络通过通信接口225与游戏装置10进行通信30。
输入端230可以被配置为响应于用户的动作和/或输入来生成输入数据。用户的示例性输入和/或动作可以包括触摸输入、手势输入(例如，手挥动等)、键击、力、声音、语音对话、面部识别、指印、手印、或者类似物及其组合。输入端230可以是多个按钮、操纵杆、触摸板、键盘、成像传感器、声音传感器(例如麦克风)、压力传感器、运动传感器或手指/手掌扫描仪、或者类似物及其组合。输入端230还可以被配置为经由I/O接口223将输入数据传送到微处理器221用于进一步处理。例如，输入端230可以响应于用户的致动按钮(即，输入端230的一部分)生成输入数据，并将输入数据发送到微处理器221。微处理器221可以基于输入数据产生一个或多个控制信号，以设置光源210的脉冲频率。微处理器221还可以将控制信号发送到光调制器240，光调制器240可以基于控制信号来控制光源210以由微处理器221指定的脉冲频率产生光脉冲。在一些实施例中，微处理器221可以经由通信接口225将从输入端230接收到的输入数据传送到游戏装置10，以进行进一步处理。
光调制器240可以被配置为从微处理器221接收用于控制光源210的一个或多个控制信号(例如，数字输入)。例如，光调制器240可以从微处理器221接收控制信号来驱动光源210。控制信号可以指定光源210可产生光脉冲的脉冲频率以及驱动光源210的持续时间。在一些实施例中，控制信号还可以指定光源210可以产生的光脉冲的颜色。光调制器240可以根据控制信号调制光源210。在一些实施例中，光调制器240可以被配置为通过基于控制信号允许或阻挡通过光源210的电流来打开或关闭光源210的单芯片微控制器。
光源210可以包括能够以由光调制器240指定的脉冲频率产生光脉冲的一个或多个光产生装置。例如，光源210可以包括一个或多个LED，其可以产生光脉冲。在一些实施例中，光源210的脉冲频率可以是1000至7000Hz之间的任何频率。在其他实施例中，频率可以被限制为诸如1000至2000Hz，2000至3000Hz，3000至4000Hz，4000至5000Hz，5000至6000或6000至7000Hz等的子范围。此外，光源210的脉冲频率可以是使得光源210的占空比时间可以等于或大于成像装置110拍摄的图像的曝光时间两倍的频率。例如，如果曝光时间为1/4000秒，则光源210的占空比时间可以等于或大于1/2000秒(或者脉冲频率可以等于或小于2000Hz)。这样，交替条纹的图案可以出现在由成像装置110拍摄的光源210产生的图像中。光源210的身份可以由游戏装置10基于对交替的图案的分析来确定，这些分析将揭露在本申请的其他地方。
在一些实施例中，当拍摄图像时，光源210可以改变其脉冲频率。例如，当拍摄图像时，光源210可将其脉冲频率从5,000改变为4000Hz。交替条纹组可以具有两个不同的宽度-具有第一宽度的条纹可能由光源210在5000Hz产生的光脉冲引起，并且具有第二宽度的条纹可能由在4000Hz产生的光脉冲引起。然而，实施例并不限于这两个不同的宽度。
在一些实施例中，交替条纹的两个或多个宽度可以按照本申请其他地方所公开的方式进行确定。也可以基于本申请其他地方所公开的测量宽度来确定光源210的身份。光脉冲的频率可以进一步基于本申请其他地方公开且已确定的宽度来进行确定。当拍摄图像时通过一个光源产生不同频率的光脉冲的优点是，通过使用相同类型的光源既增强了安全性又增强了配置的灵活性。例如，在一些实施例中，相同类型的光源可被配置为当拍摄图像时产生不同频率的光脉冲。光源A可以在拍摄图像时以频率1产生光脉冲，然后以频率2产生光脉冲。光源B可以在同一时间段内首先以频率2产生光脉冲，然后以频率1产生光脉冲。然而，光源C可以在同一时间段期间首先以频率1产生光脉冲，以频率2产生光脉冲，然后再次以频率1产生光脉冲。可以基于条纹的宽度和/或由光源引起的每组交替条纹中出现的具有不同宽度的条纹的顺序来确定光源A、B和C的身份标识。因此，一个相同类型的光源可以被配置成可获得许多看似“不同”的光源。此外，虽然事实上可以使用未经授权的设备来拍摄光源的图像并尝试识别光源。但通过各个光源以多个脉冲频率产生光脉冲可以防止未经授权的设备获得光源的身份信息，因为未经授权的设备只知道光源可以产生的特定频率，通过这样的方法可以提高***的安全性。
在一些实施例中，不同的光源210可被配置为产生不同脉冲频率的光脉冲。例如，光源210可以产生2000Hz的光脉冲，另一个光源210可产生3000Hz的光脉冲，另一个光源210还可产生3600Hz的光脉冲。在一些实施例中，如果存在两个或更多个光源210，则光源210的脉冲频率中的差可以等于或大于200Hz。例如，如果有三个光源210，则这三个光源的脉冲频率分别可以是2000Hz，2300Hz，2600Hz。在一些实施例中，光源210还可以被配置为产生由控制信号指定的不同颜色(例如，白色，红色，黄色，绿色，蓝色等)的光脉冲。游戏装置10可以被配置为基于光脉冲的颜色和/或出现在图像中的交替条纹的图案来识别光源210。
在一些实施例中，光源210和光调制器240可以与游戏控制装置20的其他部件(例如，输入端230)一起封装在相同的外壳中。在其他实施例中，光源210和/或光调制器240可以与游戏控制装置20的其他部件分离。例如，用户可佩戴光源210(例如，在手臂或头部)，同时手持游戏控制装置20。光源210和光调制器240可以经由例如网络30与游戏控制装置20的其他部件通信。在一些实施例中，两个或更多光源210可以穿戴在用户身体的不同部位。例如，用户可以在他或她的左手中握住第一光源210，并将第二光源210握在他或她的右手中。游戏装置10可以被配置为识别第一和第二光源210并且进一步根据本申请其他地方所公开的内容确定其位置。其他实施例甚至可以有多个用户，并且一个或多个光源210可以穿戴到每个用户身上。游戏装置10可以被配置为根据本申请其他地方所公开的内容检测在成像装置110的视场内位于用户身上的光源210。
图4是用于识别一个或多个光源的方法1000的示例性流程图。在步骤1001中，成像装置110可拍摄其视场内的一个或多个物体的一个或多个图像。在一些实施例中，成像装置110可以连续拍摄图像。作为附加方式或替代方式，拍摄图像可以由特殊事件或从游戏装置10和/或游戏控制装置20的控制器120发送的数据/信号所触发。例如，用户可以启动游戏控制装置20的输入端230。游戏控制装置20可以传送用于启动成像装置110的信号，以基于用户的输入拍摄一个或多个图像。或者，游戏控制装置20可以向游戏装置10发送输入数据，游戏装置10然后可以启动成像装置110以拍摄一个或多个图像。在一些实施例中，游戏中的事件可以通过成像装置110触发拍摄图像。作为附加或替代方式，成像装置110和/或游戏装置10可以包括用于在成像装置110的视场内检测物体的传感器(未示出)。例如，可以使用超声波传感器来检测成像装置110的视场中的一个或多个物体。在本实施例中，如果检测到物体，成像装置110可以启动以拍摄一个或多个图像。
在优选的实施例中，成像装置110可以被配置为将曝光时间设定为等于或短于光源210的占空比时间的一半。在其他实施例中，曝光时间可以被设置为长于光源的占空比时间210。用于设定曝光时间的参数可以存储在成像装置110(未示出)的存储器中。这样，成像装置110可以从多个预定曝光时间中选择一个合适的曝光时间。在一些实施例中，如果光源210的占空比时间是已知的，则成像装置110的最长曝光时间可以设置为等于或短于在光源210的所有占空比时间中为最短占空比时间的一半。例如，在一些实施例中，***1可以包括两个光源210，一个占空比时间为1/2000秒，另一个为1/2400秒。成像装置110可以将曝光时间设定为等于或小于1/4800秒(即，1/2400秒的一半，两个占空比时间之间的较短占空比时间)。在其他实施例中，曝光时间可以被设定为长于1/4800秒。
在一些实施例中，成像装置110还可以被配置为获得包含在图像中用于指示物体的位置的深度信息。成像装置110可以通过其位置传感器进一步确定自身的位置。在一些实施例中，成像装置110可以被配置为拍摄彩色或黑白图像。在一些实施例中，成像装置110可选择性地处理所拍摄的图像并将经处理的图像发送到游戏装置10。例如，成像装置110可以对图像进行大小调整、降噪和/或锐化处理。成像装置110还可以增加/减少图像的对比度和/或亮度。另外还考虑了其他类型的图像处理技术。成像装置110还可以将经处理的图像发送到游戏装置10。
在一些实施例中，成像装置110可以接收用于从游戏装置10和/或游戏控制装置20拍摄图像的参数。用于拍摄图像的示例性参数可以包括用于设置曝光时间、光圈、图像分辨率/尺寸、光场(放大和缩小)，和/或图像的颜色空间(例如，颜色或黑白)和/或用于执行相机的其他类型的已知功能的参数。
在步骤1002中，游戏装置10的控制器120可以从成像装置110接收图像。在一些实施例中，游戏装置10还可以接收指示光源的位置的深度信息和/或成像装置110的位置信息。
在一些实施例中，如步骤1002中，控制器120可选择性地处理所接收的图像以提高效率。例如，控制器120可以将彩色图像转换为黑白图像，和/或调整图像尺寸大小，从而减少本方法中的计算需求。作为附加或替代方式，控制器120可以降低图像中的噪声、锐化图像，和/或增加(或减小)图像的对比度和/或亮度，使得交替的条纹可以更容易被检测到，当然也可以考虑其它类型的图像处理技术。
在步骤1003中，控制器120可以确定所接收的图像(或经处理的图像，如果已被处理的话)是否包括一组或多组交替条纹。如果没有，则该方法可以在步骤1004结束。另一方面，如果检测到一组或多组交替条纹，则在步骤1005中，控制器120可以测量检测到的每组交替条纹中的至少一条纹的宽度。每组交替的条纹可能由一个单一的光源引起并且具有相同的宽度。在一些实施例中，控制器120可以通过沿竖直方向确定包括在条纹中的像素的数量来测量条纹的宽度。作为附加或替代方案，控制器120可以通过经由傅里叶变换处理图像来识别交替条纹的特征，例如条纹的宽度。作为示例，控制器120可以从成像装置110接收如图2所示的图像300。控制器120可以检测图像中的两组交替条纹301和302。控制器120可以测量交替条纹图案301和302中的至少一个条纹的宽度。
作为附加或替代方式，在步骤1005中，控制器120可以确定包含在一组交替条纹中的条纹的数量。例如，控制器120可以从成像装置110接收图像300(如图3所示)。控制器120可以检测图像中的两组交替条纹301和302。控制器120可以确定每个图案301和302中包括的条纹的数量。仅作为示例，控制器120可以通过傅里叶变换处理图像301和302来识别具有相同特征(例如，宽度、长度等)的交替条纹。
在步骤1006中，控制器120可以基于所述确定的条纹宽度和/或包括在交替条纹组中的条纹数量来确定引起交替条纹的光源的脉冲频率。
在步骤1007中，控制器120可以基于所述确定的条纹宽度和/或条纹数量来识别引起交替条纹的光源。作为附加或替代方式，控制器120可以基于确定的脉冲频率来识别光源。例如，控制器120可以访问存储在存储器122中的查找表，该查找表包括多个光源的相关信息以及它们对应的条纹宽度，条纹号，脉冲频率和/或光的颜色。作为示例，存储器122可以存储包括光源210a和210b的标识之间的相关信息(例如，ID和/或名称)及其相应条纹宽度W1和W2的查找表和/或包含在图案301和302中的条纹(如图3所示)的条纹号。
在步骤1008中，控制器120可以基于图像中交替条纹图案的位置来确定光源的位置。例如，控制器120可以基于图像中包括的深度数据和/或成像装置110的位置数据(例如，GPS数据)来确定光源的位置。作为附加或替代方式，控制器120还可以基于图像数据确定光源到成像装置110的相对位置，并基于该确定的相对位置和成像装置110的位置进一步确定光源的位置。
在步骤1009中，控制器120可以确定是否存在可用于分析的新图像。如果没有，方法1000可以在步骤1010中结束。如果存在要分析的新图像，则可以执行步骤1002至步骤1010(如果适用)。如本申请中所公开的，控制器120还可以基于光源的身份和/或确定的光源位置的至少部分，以进一步控制游戏。
在一些实施例中，***1可以被配置为确定一段时间内的一个或多个光源的移动。图5是用于确定一段或多段光源在一段时间内的移动的方法2000的示例性流程图。在步骤2001中，成像装置110可以被配置为在一段时间内的不同时间点拍摄多个图像。通过成像装置110可以类似于上述步骤1001的方法拍摄图像。成像装置110还可以获得与图像相关联的时间信息(例如，拍摄每个图像的时间点)。作为示例，如图6所示，成像装置110可以分别在时间点t1、t2、t3和t4拍摄四个图像610、620、630和640。图像610、620、630和640中的每一个可以包括由光源210a引起的交替条纹图案和/或由光源210b(图1所示)引起的交替条纹图案。图像620和640不具有这两种图案，因为当拍摄图像时光源210a和210b中的任一未启动。成像装置110还可以将时间信息(例如，t1、t2、t3和t4)连同图像数据一起发送到游戏装置10，以进行进一步处理。
在步骤2002中，游戏装置10的控制器120可以接收多个图像。接收图像的方法可以类似于上述步骤1003。控制器120还可以被配置为接收与每个图像相关联的时间信息，例如被拍摄的时间。在步骤2003中，控制器120可以被配置为检测如本申请的其他地方所公开的(例如，上述步骤1003)所接收的图像中的一个或多个交替条纹图案。控制器120还可以如本申请其他地方所公开的(例如，上述步骤1005的一部分)，被配置为测量检测到的每组交替条纹中的至少一个条纹的宽度。作为附加或替代方式，控制器120还可以如本申请其他地方所公开的(例如，上述步骤1005的一部分)，被配置为确定交替条纹组中的条纹的数量。控制器120还可以如本申请的其他地方所公开的(例如，上述步骤1006)，基于所述确定的条纹的宽度和/或包括在交替条纹中的条纹的数量来确定脉冲频率。
控制器120还可以被配置为识别图像的子集，每个图像的子集可以包括相似的交替条纹图案(例如，包括在子集的每个图像中的至少一些交替条纹具有相同的宽度)。作为示例，参考图6，控制器120可以确定包括图案611、612的图像610，包括图案622的图像620，包括图案631、632的图像630，以及包括图案641的图像640。控制器120还可以确定图案611、631和641可能共享一些相同的特征，并且图案612、622和632可能共享一些相同的特征。例如，图案611、631和641中的每一个可以包括至少一个具有第一相同宽度(即，宽度W1)的条纹，并且每个图案612、622和632可以包括至少一个具有第二相同宽度(即宽度W2)的条纹。在一些实施例中，图案611、631和641中的每一个可以具有第一相同数量的条纹，并且图案612、622和632中的每一个可以具有第二相同数量的条纹。控制器120还可以基于共享特征将图像610、630和640分为第一子集，并将图像610、620和630分为第二子集。控制器120还可以将图像的子集与其中包括的每个图像的时间信息相关联。
在步骤2004中，控制器120可通过本申请其他地方所公开的图像中检测到的交替条纹图案识别光源。控制器120还可以将图像的子集与光源的识别信息相关联。在一些实施例中，步骤2004可以在步骤2003之前执行。也就是说，控制器120可以在识别出具有共享特征的图像的子集之前，识别接收到的多个图像中的每个图像的光源。
在步骤2005中，对于识别的子集的每个图像，控制器120可以在每个图像被拍摄的时间点确定光源的位置。其中，位置确定方法可以类似于上述的步骤1008。作为示例，控制器120可以基于图像中的交替条纹图案的位置来确定光源210a和210b(图1所示)的位置。作为附加或替代方式，光源210a和210b的位置可以基于图形610(图6所示)中包含的图形611和612的深度数据和/或成像装置110的位置数据(例如，GPS数据)进行确定。控制器120还可以在时间点t2确定光源210b的位置，以及在时间点t3处确定光源210a和210b的位置。控制器120还可以将光源的位置与时间信息(例如，当拍摄图像时)相关联。
在步骤2006中，控制器120可以基于在某时间段期间的不同时间点处的位置来确定在一段时间内的光源的移动。作为示例，控制器120可以基于在t1，t2和t4处确定的光源210a的位置来确定从时间点t1到时间点t4的光源210a的移动。控制器120还可以基于确定的光源的移动来控制游戏。
虽然本申请已经描述了说明性实施例，但是具有等同元件、修改、省略、组合(例如，各种实施例的方面)、适配和/或改变产生的实施例的范围，本领域技术人员都可基于本申请公开的内容进行理解。权利要求中的限制将根据权利要求书中使用的语言进行广泛的解释，而不限于本说明书中描述的例子。这些例子将被解释为非排他性的。此外，本申请所公开的步骤可以以任何方式进行修改，包括通过重新排序步骤和/或***或删除步骤等。以上揭露的仅为本发明的实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (38)

1.一种用于识别一个或多个光源的***，所述***包括：
一个成像装置，其包括：
一个卷帘式快门；
一个图像传感器，其暴露于光中以拍摄图像；
一个控制器，其包括：
一个存储指令的存储器；
至少一个用于执行指令的处理器，所述至少一个处理器被配置为：
从成像装置接收所拍摄的图像；
检测所述图像是否包括第一组交替条纹；
如果所述图像包括第一组交替条纹，测量所述图像中的第一组交替条纹中的至少一个条纹的第一宽度；以及
基于所述测量的第一宽度，识别引起所述第一组交替条纹的第一光源。
2.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述至少一个处理器还被配置为：
基于所述测量的第一宽度，确定引起所述第一组交替条纹的第一光源产生的光脉冲对应的第一脉冲频率；
基于所述确定的第一脉冲频率，识别第一光源。
3.如权利要求2所述的***，其特征在于，
所述存储器被配置为存储所述多个光源和所述多个光源产生的光脉冲对应的脉冲频率的对应关系信息；
所述至少一个处理器还被配置为，基于所述确定的第一脉冲频率和所存储的信息，访问所存储的信息并识别所述多个光源中的所述第一光源。
4.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述拍摄图像的曝光时间等于或小于所述第一光源的占空比时间的一半。
5.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述至少一个处理器还被配置为：
检测所述图像是否包括第二组交替条纹；
如果所述图像包括第二组交替条纹，测量所述图像中的所述第二组交替条纹中的至少一个条纹的第二宽度；以及
基于所述测量的第二宽度，识别引起所述第二组交替条纹的第二光源。
6.如权利要求5所述的***，其特征在于，所述第一宽度与所述第二宽度不同。
7.如权利要求5所述的***，其特征在于，引起所述第一组交替条纹的所述第一光源产生的光脉冲对应的第一脉冲频率，与引起所述第二组交替条纹的所述第二光源产生的光脉冲对应的第二脉冲频率之间的频率差等于或大于200Hz。
8.如权利要求1所述的***，其特征在于，所述至少一个处理器还被配置为，至少部分基于所述图像中所述第一组交替条纹的位置，来确定所述第一光源的位置。
9.如权利要求8所述的***，其特征在于，还包括位置传感器，其被配置为确定所述成像装置的位置，通过所述至少一个处理器并至少部分基于所述成像装置的位置来确定所述第一光源的位置。
10.如权利要求1所述的***，其特征在于，
成像装置还被配置为在一段时间内的多个时间点拍摄图像，并且
所述至少一个处理器还被配置为：
识别所述拍摄图像的第一子集，第一子集的每个图像均包括具有第一宽度的第一组交替条纹，该第一组交替条纹由第一光源引起；
至少部分基于第一子集的每个图像中第一组交替条纹的位置，来确定第一子集的每个图像中所述第一光源在被拍摄的时间点的位置；
基于在所述时间段内确定的所述第一光源的位置，确定所述第一光源在所述时间段内的移动。
11.如权利要求10所述的***，其特征在于，还包括位置传感器，其配置成确定所述多个时间点中的每一时间点所述成像装置的位置；对于所述拍摄的第一子集的每个图像，至少部分基于在该时间点确定的所述成像装置的位置，确定在该时间点所述第一光源的位置。
12.如权利要求10所述的***，其特征在于，所述至少一个处理器还被配置为：
识别拍摄的图像中的第二子集，所述第二子集的每个图像均包括具有第二宽度的第二组交替条纹，所述第二组交替条纹由第二光源引起的；
至少部分基于第二子集的每个图像中第二组交替条纹的位置，来确定第二子集的每个图像中所述第二光源在被拍摄的时间点的位置；
至少部分基于在所述时间段内确定的所述第二光源的位置，确定所述第二光源在所述时间段内的移动。
13.如权利要求12所述的***，其特征在于，还包括位置传感器，其配置成确定所述多个时间点中的每一时间点所述成像装置的位置；对于所述拍摄的第二子集的每个图像，至少部分基于在该时间点确定的所述成像装置的位置，确定该时间点所述第二光源的位置。
14.一种用于与计算设备交互的控制设备，所述控制设备包括：
被配置为从用户接收一个或多个输入的输入端；
第一光源；
控制器，其与一个游戏装置通信，该控制器基于所接收的一个或多个输入而生成用于控制所述第一光源的第一控制信号，所述第一控制信号具有与所述第一光源产生的光脉冲相对应的第一光脉冲频率；以及
光调制器，基于第一控制信号控制第一光源，以产生具有第一光脉冲频率的光脉冲。
15.如权利要求14所述的控制设备，其特征在于，还包括第二光源，其中：
所述控制器还被配置为生成用于控制所述第二光源的第二控制信号，所述第二控制信号具有与所述第二光源产生的光脉冲相对应的第二光脉冲频率；以及
所述光调制器被配置为，基于所述第二控制信号控制所述第二光源，以产生具有第二脉冲频率的光脉冲。
16.如权利要求15所述的控制设备，其特征在于，所述第一光脉冲频率和所述第二光脉冲频率在1000至7000Hz的范围内。
17.如权利要求14所述的控制设备，其特征在于，所述第一脉冲频率和所述第二脉冲频率之间的频率差等于或大于200Hz。
18.如权利要求14所述的控制设备，其特征在于，所述游戏装置与具有卷帘式快门的一个成像装置通信，所述成像装置被配置为以等于或小于所述第一光源的调制循环时间的一半的曝光时间拍摄图像，所述图像包括所述第一光源。
19.一种用于识别一个或多个光源的方法，所述方法包括：
通过成像装置拍摄图像，成像装置具有卷帘式快门和图像传感器，所述图像传感器暴露于光中以拍摄图像；
通过至少一个处理器接收所拍摄的图像；
通过所述至少一个处理器检测所述图像是否包括第一组交替条纹；
如果所述图像中包括第一组交替条纹，通过所述至少一个处理器测量所述第一组交替条纹中的至少一个条纹的第一宽度；以及
通过所述至少一个处理器，并基于所述测量的第一宽度，识别引起所述第一组交替条纹的第一光源。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：
通过所述至少一个处理器，并基于所述测量的第一宽度，确定引起所述第一组交替条纹的第一光源产生的光脉冲对应的第一脉冲频率，以及
通过所述至少一个处理器，并基于所述确定的第一脉冲频率，识别所述第一光源。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：
通过存储器存储多个光源和所述多个光源产生的光脉冲对应的脉冲频率的对应关系信息；和
基于所述确定的第一脉冲频率和所存储的信息，通过所述至少一个处理器识别所述多个光源中的所述第一光源。
22.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述拍摄图像的曝光时间等于或小于所述第一光源的占空比时间的一半。
23.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：
通过所述至少一个处理器检测所述图像是否包括第二组交替条纹；
如果所述图像中包括第二组交替条纹，通过所述至少一个处理器测量所述第二组交替条纹中的至少一个条纹的第二宽度；以及
通过所述至少一个处理器，并基于所述测量的第二宽度，识别引起所述第二组交替条纹的第二光源。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述第一宽度不同于所述第二宽度。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，引起所述第一组交替条纹的所述第一光源产生的光脉冲的第一脉冲频率，与引起所述第二组交替条纹的所述第二光源产生的光脉冲的第二脉冲频率之间的频率差等于或大于200Hz。
26.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：至少部分地基于所述第一组交替条纹在所述图像中的位置，并通过所述至少一个处理器，确定所述第一光源的位置。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，还包括通过位置传感器确定所述成像装置的位置，至少部分基于所述成像装置的位置并通过所述至少一个处理器来确定所述第一光源的位置。
28.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括：
通过所述成像装置在一段时间内的多个时间点拍摄图像；
通过所述至少一个处理器识别所述拍摄图像中的第一子集，所述第一子集的每个图像包括具有所述第一宽度的所述第一组交替条纹，所述第一组交替条纹由所述第一光源引起；
通过所述至少一个处理器，并至少部分地基于所述第一子集的每个图像中所包含的第一组交替条纹的位置，来确定所述第一子集的每个图像中第一光源在对应时间点的位置；以及
基于所述第一光源在所述时间段内确定的位置，并通过所述至少一个处理器，确定所述第一光源在所述时间段上的移动。
29.如权利要求28所述的方法，其特征在于，还包括通过位置传感器确定所述多个时间点中每一时间点所述成像装置的位置；对于所述拍摄的第一子集的每个图像，至少部分地基于在该时间点确定的所述成像装置的位置，确定所述第一光源在该时间点的位置。
30.如权利要求28所述的方法，还包括：
通过所述至少一个处理器识别所拍摄的图像的第二子集，所述第二子集的每个图像包括具有所述第二宽度的所述第二组交替条纹，所述第二组交替条纹由所述第二光源引起；
至少部分地基于所述第二子集的每个图像中所包含的第二组交替条纹的位置，来确定所述第二子集的每个图像中所述第二光源在对应时间点的位置；以及
至少部分地基于所述第二光源在所述时间段内确定的位置，通过所述至少一个处理器确定所述第二光源在所述时间段上的移动。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，还包括位置传感器，其配置成确定所述多个时间点中的每一时间点所述成像装置的位置；对于所述拍摄的第二子集的每个图像，至少部分基于在该时间点确定的所述成像装置的位置，确定所述第二光源在该时间点的位置。
32.一种用于与计算设备交互的方法，所述方法包括：
通过输入端从用户接收一个或多个输入；
通过控制器产生用于控制第一光源的第一控制信号，所述第一控制信号包括基于所接收的一个或多个输入而使所述第一光源产生光脉冲的第一光脉冲频率；
基于所述第一控制信号，通过光调制器控制所述第一光源以第一光脉冲频率产生光脉冲。
33.如权利要求32所述的方法，还包括：
通过所述控制器产生用于控制第二光源的第二控制信号，所述第二控制信号包括用于使所述第二光源产生光脉冲的第二光脉冲频率；
基于所述第二控制信号，通过所述光调制器控制所述第二光源以第二光脉冲频率产生光脉冲。
34.如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述第一光脉冲频率和所述第二光脉冲频率位于1000至7000Hz的范围内。
35.如权利要求32所述的方法，其特征在于，第一脉冲频率和所述第二脉冲频率之间的频率差等于或大于200Hz。
36.如权利要求32所述的方法，其特征在于，游戏装置与具有卷帘式快门的成像装置通信，所述成像装置被配置为以等于或小于所述第一光源的调制循环时间的一半的曝光时间拍摄图像，该拍摄图像包括第一光源。
37.一种用于计算机程序产品的非暂时性计算机可读介质，所述计算机程序产品包括被配置为使计算设备执行以下方法的指令，所述方法包括：
通过成像装置拍摄图像，所述成像装置具有卷帘式快门和图像传感器，所述图像传感器暴露于光中以拍摄图像；
接收所述拍摄的图像；
检测所述图像是否包括一组交替条纹；
如果所述图像包括一组交替的条纹，测量该组交替条纹中的至少一个条纹的宽度；以及
基于所述测量的宽度识别引起所述交替条纹的光源。
38.一种用于计算机程序产品的非暂时性计算机可读介质，所述计算机程序产品包括被配置为使计算设备执行以下方法的指令，所述方法包括：
通过输入端从用户接收一个或多个输入；
基于所接收的一个或多个输入，并通过控制器产生用于控制光源的控制信号，所述控制信号包括使光源产生光脉冲的光脉冲频率；
基于所述控制信号，并通过光调制器控制所述光源以所述光脉冲频率产生光脉冲。
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