TWI432925B - 互動式控制系統、物體的動態偵測方法、主機裝置和其控制方法 - Google Patents

互動式控制系統、物體的動態偵測方法、主機裝置和其控制方法 Download PDF

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Description

互動式控制系統、物體的動態偵測方法、主機裝置和其控制方法
本發明是有關於一種控制系統，且特別是有關於一種利用互動式的控制系統。
圖1繪示為一種習知之互動式控制系統的方塊圖。請參照圖1，習知的互動式控制系統100，包括光源模組102、手持式控制器104和主機裝置106。光源模組102提供多個點光源，並且會將這些點光源所發出的光線投向手持式控制器104。其中，這些點光源在光源模組102中是排成一列。
手持式控制器104具有一影像感測器112，例如是電荷耦合元件(以下簡稱CCD)，可以接收光源模組102所投射出來的光線。因此，當影像感測器112接收到光源模組102所投射出來的光線時，手持式控制器104可以依據點光源在影像感測器112上所呈現的大小以及排列的延伸方向，來判斷手持式控制器104在空間中運動的軌跡。而為了要判斷手持式控制器104在空間中運動的速度，因此在習知的手持式控制器104中會安裝加速度計。
圖2繪示為另一種習知之互動式控制系統的方塊圖。請參照圖2，另一種習知的互動式控制系統200，包括手持式控制器202、影像擷取裝置204和主機裝置206。另外，在手持式控制器202上還安裝一點光源212。當手持式控制器202在空間中運動時，影像擷取裝置204可以擷取到點光源212的運動的軌跡，並且輸出一偵測訊號給主機裝置206。藉此，主機裝置206就可以計算出手持式控制器202在空間中的運動模式。
在互動式控制系統200中，由於手持式控制器202上只安裝了一個點光源212，因此只有在手持式控制器202在空間中移動時，主機裝置206才可以辨識。若是手持式控制器202僅在原位旋轉，則主機裝置206就無法辨識。因此，在手持式控制器202上，還需要安裝陀螺儀。當手持式控制器202在運動時，陀螺儀會輸出對應的偵測訊號給主機裝置206，以使主機裝置206能夠成功地辨識手持式裝置202在空間運動的狀態。
由上可知，無論是何種形式的互動式控制系統，都需要有特定的手持式裝置。因此，當手持式裝置損壞時，則互動式控制系統即無法正常的運作。
因此，本發明提供一種互動式控制系統，可以不用特殊的手持式裝置，即可實現互動式的操作。
另外，本發明也提供一種主機裝置和一種主機裝置的控制方法，可以允許使用者以互動的模式進行操作。
此外，本發明更提供一種物體的動態偵測方法，可以偵測一物體在空間中運動的軌跡。
本發明提供互動式控制系統，包括光源模組、影像擷取裝置和處理單元。光源模組會朝一偵測範圍投射一圖樣，而影像擷取裝置則擷取此偵測範圍中的影像，並產生一影像資訊的串流給處理單元。藉此，處理單元會將目前所擷取到的影像資訊減去偵測範圍的背景影像資訊，而獲得一相減後的影像資訊，用來判斷偵測範圍中是否出現一物體。當處理單元判斷偵測範圍內出現物體時，則依據物體朝向該光源模組之一表面上所顯現該圖樣的變化，來計算物體的動態，並產生對應的控制指令給一主機裝置。
從另一觀點來看，本發明也提供一種主機裝置，包括控制模組、光源模組、影像擷取裝置和處理單元。光源模組會朝一偵測範圍投射一圖樣，而影像擷取裝置則擷取此偵測範圍中的影像，並產生一影像資訊的串流給處理單元。藉此，處理單元會將目前所擷取到的影像資訊減去偵測範圍的背景影像，而獲得一相減後的影像資訊，以判斷偵測範圍中是否出現一物體。當處理單元判斷偵測範圍內出現物體時，則依據物體朝向該光源模組之一表面上所顯現該圖樣的變化，來計算物體的動態，並產生對應的控制指令給控制模組。因此，控制模組就可以依據此控制指令來控制該主機裝置的運作。
在本發明之一實施例中，光源模組包括雷射二極體、以及繞射光學元件或微機電光學元件。其中，繞射光學元件或微機電光學元件會配置在雷射二極體所發射之雷射光束的路徑上。藉此，繞射光學元件或微機電光學元件就會將雷射光束轉換成具有上述圖樣的面光源。
從另一觀點來看，本發明還提供一種主機裝置的控制方法，包括向一偵測範圍投射一圖樣，並且產生一影像資訊的串流，以建構偵測範圍內的一背景影像資訊。接著，將目前所擷取到的影像資訊減去背景影像資訊，而獲得一相減後的影像資訊，以判斷偵測範圍內是否出現一物體。當偵測範圍內出現有物體時，則依據物體之一表面上所呈現之圖樣的變化，來計算物體的動態，並且產生對應的控制指令給主機裝置，使得主機裝置會依據此控制指令而運作。
在本發明之一實施例中，上述的圖樣包括多條朝一預設方向延伸的平行線條。
從另一觀點來看，本發明更提供一種物體的動態偵測方法，包括向一偵測範圍投射一圖樣，並且擷取偵測範圍內反射此圖樣所呈現的影像，而產生一影像資訊的串流，其中影像資訊具有多個畫素。接著，將目前所擷取到的影像資訊減去背景影像資訊，而獲得一相減後的影像資訊，並且偵測相減後的影像資訊中每一畫素的灰階值。當畫素至少其中之一的灰階值的絕對值大於一預設門檻值時，則判斷物體出現在該偵測範圍中具有絕對值大於預設門檻值的灰階值之畫素所對應的位置。另外，依據該相減後的影像資訊內灰階值之絕對值大於預設門檻值之畫素位置的變化，來判斷物體的移動軌跡。
由於本發明是朝偵測範圍投射一圖樣，並且依據在預設範圍內之物體的一表面上所呈現之圖樣的變化，來偵測物體的移動軌跡。因此，本發明不需要特殊的手持式裝置，就可以實現互動式的控制技術。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
圖3繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種主機裝置的方塊圖。請參照圖3，本實施例所提供的主機裝置300，例如是電腦系統或遊戲機，其包括了互動式控制系統302和控制模組304。在本實施例中，互動式控制系統302包括光源模組312、影像擷取裝置314和處理單元316。其中，光源模組312可以朝向一偵測範圍A1投射一圖樣，例如圖4所示。在本實施例中，光源模組312所投射的圖樣，可以是多條朝一預設方向延伸的平行線條。
請繼續參照圖3，在本實施例中，光源模組312包括雷射二極體322和繞射光學元件324。在另外的實施例中，繞射光學元件324也可以利用微機電光學元件來取代，本發明並不限制。當雷射二極體322發出的雷射光束326到達繞射光學元件324時，會在其中產生繞射線向，而產生像是圖4所示的圖樣。此時，光源模組312就會將此圖樣投射到偵測範圍A1中。
另一方面，影像擷取裝置314可以是CCD、金氧半導體影像感測元件或是攝影機，其會擷取預設範圍A1中的影像，而輸出影像資訊IMG的串流給處理單元316。在本實施例中，處理單元316可以是單晶片、內嵌式系統、中央處理器、電腦系統或軟體程式，本發明並不限制。當處理單元316接收到影像資訊IMG的串流後，若是發現在一預設時間內，影像資訊IMG都沒有發生變化，則處理單元316會認定在此預設時間內所擷取到的影像資訊IMG，就是預設範圍內的背景影像資訊。此時，處理單元316就會儲存此背景影像資訊。
當處理單元316取得預設範圍A1的背景影像資訊後，會將新取得的影像資訊IMG減去背景影像資訊，而獲得相減後的影像資訊，以判斷在偵測範圍A1中，是否出現物體330。當處理單元316發現偵測範圍A1內出現物體330時，則依據該物體朝向光源模組312的表面上所呈現圖樣的變化，來計算物體的動態，並且產生對應的控制指令INS給控制模組304。
更詳細地說，由於影像擷取裝置314所擷取的影像資訊IMG具有多個畫素，因此若是目前所獲得的影像資訊IMG與背景影像資訊相同，也就是說在偵測範圍A1內沒有任何的物體出現，相減後的影像資訊中所有畫素的灰階值的絕對值都會小於一預設門檻值。因此，當處理單元316發現，在相減後的影像資訊中，有部分畫素的灰階值之絕對值大於預設門檻值時，例如圖5所示的區域502，則判斷在灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素所對應的位置(也就是區域502的位置)出現 一物體330。
當灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素區域502的位置移動時，例如在圖6A中，灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素區域502的位置朝左移動。相對地，在圖6B中，灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素區域502的位置則是朝右移動。此時，處理單元316會依據灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素區域502的位置的變化，而判斷物體330在偵測範圍A1是朝左移動或朝右移動，並且會輸出對應的控制指令INS給控制模組304。
另外，當處理單元316發現，在灰階值之絕對值大於預設門檻值的畫素區域502中的線條變粗時，則代表物體330是接近一參考點O。此時，處理單元316也會輸出對應的控制指令INS給控制模組304。相對地，當物體330遠離參考點O時，則灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素區域502中的線條會變細。
當控制模組304接收到控制指令INS時，就會依據控制指令INS而控制主機裝置300的運作。圖8繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種控制模組之系統方塊圖。本領域具有通常知識者應當知道，本實施例所提供之控制模組的架構，僅僅是用來說明本發明的運作，並非用來限定本發明。因此，不同控制模組的架構並不會影響本發明的精神。
請參照圖8，在本實施例中的控制模組304中，包括了儲存單元802、晶片組804和中央處理器806。儲存單元802可以是電致揮發性記憶體，例如是快閃記憶體。在另外一些實施例中，儲存單元802則可以利用硬碟來實現。在儲存單元802中，則可以安裝作業系統(OS)812和應用程式(AP)814。
另外，晶片組804還可以耦接一傳輸介面模組808，並且可以透過傳輸介面模組808與處理單元316連線，以接收控制指令INS。在一些實施例中，傳輸介面模組808可以透過一些匯流排介面或是通用介面而連線至處理單元316。在另外的實施例中，傳輸介面模組808則可以透過一些網路介面，例如網際網路或是區域網路而與處理單元316連線。
當處理單元316傳送控制指令INS到控制模組304時，會先送到傳輸介面模組808。此時，晶片組804會透過傳輸介面模組808取得此控制指令INS，並且將其交由作業系統812和應用程式814進行處理。因此，作業系統812可以依據控指令INS，而控制中央處理器806進行相關的運算和處理，以控制主機裝置300的運作。
圖9繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種主機裝置之控制方法的步驟流程圖。請參照圖9，本實施所提供的控制方法首先如步驟S902所述，向一偵測範圍投射一圖樣。接著，如步驟S904所述，擷取偵測範圍中的影像，並且產生一影像資訊的串流。藉此，就可以進行步驟S906，就是依據影像資訊的串流而建立偵測範圍內的背景影像資訊。另外，如步驟S908所述，將目前所擷取到的影像資訊減去背景影像資訊，而獲得一相減後的影像資訊，用來判斷在偵測範圍內是否出現有物體。當判斷偵測範圍內出現物體時，則進行步驟S912，就是依據物體之一表面上所呈現圖樣的變化，來計算物體在空間中的動態。
更詳細地來看步驟S910，其包括進行步驟S912，就是判斷在相減後的影像資訊中，是否有出現灰階值之絕對值大於一預設門檻值的畫素。若是在相減後的影像資訊中，發現有灰階值之絕對值大於預設門檻值的畫素時(就是步驟S912中所標示的“是”)，則如步驟S914所述，判斷一物體出現在偵測範圍內。此時，就可以進行步驟S916，就是依據灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素位置的變化，而判斷物體在空間中的移動軌跡，並且輸出對應的控制指令來控制主機裝置。
綜上所述，在本發明中，是依據投射在物體上之圖樣影像的變化，來判斷物體的動態，因此本發明不需要特別的手持裝置，就可以進行互動式的操控。由此可知，本發明可以降低硬體的成本。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100、200、302．．．互動式控制系統
102、312．．．光源模組
104、202．．．手持式控制器
106、206．．．主機裝置
112．．．影像感測器
204．．．影像擷取裝置
212．．．點光源
300．．．主機裝置
304．．．控制模組
314．．．影像擷取裝置
316．．．處理單元
322．．．雷射二極體
324．．．繞射光學元件
326．．．雷射光束
330．．．物體
502．．．區域
802．．．儲存單元
804．．．晶片組
806．．．中央處理器
808．．．傳輸介面模組
812．．．作業系統(OS)
814．．．應用程式(AP)
A1．．．偵測範圍
INS．．．控制指令
S902、S904、S906、S908、S910、S912、S914、S916．．．主機裝置之控制方法的步驟流程
圖1繪示為一種習知之互動式控制系統的方塊圖。
圖2繪示為另一種習知之互動式控制系統的方塊圖。
圖3繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種互動式控制系統的方塊圖。
圖4繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種光源模組所投射之圖樣的示意圖。
圖5繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種在相減的影像資訊中顯示灰階值的絕對值大於一預設門檻值之畫素的示意圖。
圖6A繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種在相減的影像資訊中顯示灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素朝左移動的示意圖。
圖6B繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種在相減的影像資訊中顯示灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素朝右移動的示意圖。
圖7繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種在相減的影像資訊中顯示灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素區域中線條變粗的示意圖。
圖8繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種控制模組之系統方塊圖。
圖9繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種主機裝置之控制方法的步驟流程圖。
S902、S904、S906、S908、S910、S912、S914、S916．．．主機裝置之控制方法的步驟流程

Claims (10)

  1. 一種互動式控制系統，包括：一光源模組，朝一偵測範圍投射一圖樣；一影像擷取裝置，擷取該偵測範圍中的影像，並產生一影像資訊的串流；以及一處理單元，耦接該影像擷取裝置，以將目前所擷取到的影像資訊減去該偵測範圍的背景影像，而獲得一相減後的影像資訊，來判斷偵測範圍中是否出現一物體，而當該偵測範圍內出現該物體時，則該處理單元依據該物體朝向該光源模組之一表面上所顯現該圖樣的變化，來計算該物體的動態，並產生對應的控制指令給一主機裝置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之互動式控制系統，其中該光源模組包括：一雷射二極體，發出一雷射光束；以及一繞射光學元件或一微機電光學元件，配置在該雷射光束行進的路徑上，以將雷射光束轉換成具有該圖樣的面光源。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之互動式控制系統，其中該影像擷取裝置為攝影機、電荷耦合元件、金氧半導體影像感測器。
  4. 一種主機裝置，包括：一控制模組；一光源模組，朝一偵測範圍投射一圖樣；一影像擷取裝置，擷取該偵測範圍中的影像，並產生一影像資訊的串流；以及一處理單元，耦接該影像擷取裝置，以將目前所擷取到的影像資訊減去該偵測範圍的背景影像，而獲得一相減後的影像資訊，來判斷偵測範圍中是否出現一物體，而當該偵測範圍內出現該物體時，則該處理單元依據該物體朝向該光源模組之一表面上所顯現該圖樣的變化，來計算該物體的動態，並產生對應的控制指令給該控制模組，使得該控制模組依據該控制指令來控制該主機裝置的運作。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之主機裝置，其中該光源模組包括：一雷射二極體，發出一雷射光束；以及一繞射光學元件或一微機電光學元件，配置在該雷射光束行進的路徑上，以將雷射光束轉換成具有該圖樣的面光源。
  6. 一種主機裝置的控制方法，包括下列步驟：向一偵測範圍投射一圖樣；擷取該偵測範圍內的影像，而產生一影像資訊的串流，以建構該偵測範圍內的一背景影像資訊；將目前所擷取到的影像資訊減去該背景影像資訊，而獲得一相減後的影像資訊，以依據該相減後的影像資訊來判斷該偵測範圍內是否出現一物體；以及當該偵測範圍內出現該物體時，則依據該物體之一表面上所呈現該圖樣的變化，來計算該物體的動態，並產生對應的控制指令給該主機裝置，以使該主機裝置依據該控制指令而運作。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之控制方法，其中該圖樣為多個朝一預設方向延伸的平行線條。
  8. 一種物體的動態偵測方法，包括下列步驟：向一偵測範圍投射一圖樣；擷取該偵測範圍內反射該圖樣所呈現的影像，而產生一影像資訊的串流，其中該影像資訊具有多個畫素；將目前所擷取到的影像資訊減去該背景影像資訊，而獲得一相減後的影像資訊；偵測該相減後的影像資訊中每一該些畫素的灰階值；當該些畫素至少其中之一的灰階值之絕對值大於預設門檻值時，則判斷一物體出現在該偵測範圍中具有灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素所對應的位置；以及依據該相減後的影像資訊內灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素位置的變化，來判斷該物體的移動軌跡。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之偵測方法，其中該圖樣為多個朝一預設方向延伸的平行線條。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之偵測方法，更包括依據該相減後的影像資訊中灰階值的絕對值大於預設門檻值之畫素的數目，來判斷該物體之一表面所呈現出該些線條的粗細變化，其中當該平面上所顯示該些線條的影像愈粗，則判斷該物體離一參考點愈近，以及當該平面上所顯示該些線條的影像愈細，則判斷該物體離一參考點愈遠。
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