侦测物体运动的装置及方法
专利名称：侦测物体运动的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种侦测物体运动的装置，尤其是一种可以侦测物体三维轨迹的侦测 物体运动的装置及方法。
背景技术：
随着3D游戏的发展，使用传统的遥控器、键盘或鼠标等来操纵游戏有点落伍，越 来越希望能身临其境地参与到游戏中去。为了取得物体的立体影像，现有技术之一是使用单一镜头加上周边的反射镜，以 产生虚拟相机的多视角，然后藉由影像处理的方法建立出物体的3D轮廓。然此方法需在使 用者或物体周边架设反射镜，使得该结构较为复杂、成本较高。现有技术之二采用红外线反射技术侦测物体的运动，其包括发射红外光的发射器 和一个接受红外光的接收器，物体贴上具有反射红外光功能的反射装置。发光二极管发出 的红外光被物体上的反射装置反射后被接收器所接收，根据接收到红外光的时间差可以侦 测到物体的运动方向和运动形态。但是，采用该方法需要发出红外线，并且物体需要附带反 射装置，从而使得该方法较为复杂。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结构简单、成本较低的侦测物体运动的装置及方法。一种侦测物体运动的装置，其包括一个激光扫描装置，其发出激光照射至物体上 且可以任意旋转；两个影像感测模组，其位于所述激光扫描装置的两侧用来接收被所述物 体反射的激光并成像，所述影像感测模组的光轴平行；数据处理单元，其用来接收所述影像 感测模组输入的影像资料并从影像资料中提取所述物体的三维信息。—种侦测物体运动的方法，其包括提供一个激光扫描装置，其发出的激光投射到 被测物体；利用两个影像感测模组取得所述激光被所述被测物体上的一个点反射后的影 像；利用数据处理单元从所述影像感测模组的影像资料中提取所述被测物体的三维信息； 取得所述激光被若干个点反射的影像，从而侦测物体的运动轨迹。与现有技术相比，本发明实施例的侦测物体运动的装置利用激光扫描装置扫描物 体，影像感测模组接收被物体反射的光线并成像，数据处理单元从影像资料中提出物体的 三维信息，不需要在物体上设置反射装置，因此，该装置结构简单、成本较低。
图1是本发明实施例侦测物体运动的装置的示意图。图2至图4是本发明实施例物体三维坐标的测量原理图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
请一并参阅图1、图2、图3及图4，本发明实施例的侦测物体运动的装置10用来侦 测物体20的三维空间运动状态。侦测物体运动的装置10包括第一影像感测模组110、第二 影像感测模组120、激光扫描装置130和图像处理单元140。第一影像感测模组110包括第一影像感测单元111和位于第一影像感测单元111 前的第一镜头模组112，第一镜头模组112的光轴计作L1、几何中心计作Op第二影像感测模组120与第一影像感测模组110具有相同的焦距且焦点在同一平 面上。第二影像感测模组120包括第二影像感测单元121和位于第二影像感测单元121前 的第二镜头模组122，第二镜头模组122光轴计作L2、几何中心计作O2，其中，光轴L2平行光 轴L1 ο其中，第一影像感测单元111和第二影像感测单元121为CXD感测器或CMOS感测
ο激光扫描装置130位于第一影像感测模组110和第二影像感测模组120之间，且 到光轴L2和到光轴L1的距离相等。激光扫描装置130包括可以任意旋转的激光源131、围 绕激光源131的反射装置132和光线调整装置133。激光扫描装置130发出的激光相对物体20可以作χ-y方向的扫描，投射到物体20 上的激光被反射后被第一影像感测模组110、第二影像感测模组120接收。激光源131可以 为激光二极管或者发光二极管，其提供高亮度、低强度且具有良好空间特性的光线，旋转的 激光源131可以使得扫描的空间大为增大。反射装置132可以为反射镜、或反射板等，光线调整装置133可以为聚焦透镜或者 准直透镜。激光源131发出的激光部分直接经过光线调整装置133投射到物体20上，部分 被反射装置132反射后经过光线调整装置133投射到物体20上。由于光线调整装置133对激光的聚焦或者准直，因此激光扫描装置130可以提供 高指向的激光用来扫描物体20。激光扫描装置130发出的激光投射到物体20上，第一影像感测模组110和第二影 像感测模组120在不同坐标系下分别取得激光点在物体20的影像P和P1,图像处理单元 140将影像P和P'进行融合，即将在不同坐标系下得到的该激光点的二维坐标转换到同一 个三维坐标内，从而可确定该激光点的坐标。下面详细说明确定物体20上一个激光点D坐标的过程。三维坐标系的原点为O1O2的中心CKO1O2为χ轴、L3为ζ轴且经过O1O2的中心并与 L2^L1平行、y轴经过O1O2的中心且与O1O2和L3均垂直，a表示D到L3的水平距离，b表示D 到L3的垂直距离，c表示D到O1O2的垂直距离，(U15V1)和(u2，v2)为物体20上一个激光点 D(a, b，c)分别在第一影像感测单元111和第二影像感测单元121上像点的坐标，f为几何 中心O1或O2到第一影像感测单元111和第二影像感测单元121距离，光轴L2与光轴L1之 间距离为2d，由于光轴L2与光轴L1平行，由外极限约束可知V1 = v2。分别在XZ、yz坐标系内利用三角形相似的原理得出下列公式
叫 d+a v b"7 = "Γ" 4 =-
f C J c
uI d~a V, b-J = ―― 4 =—
f C J c
由上述公式可以得出点a、b、c的的表达式 分别在第一影像感测模组110和第二影像感测模组120所在坐标系中利用三角形 相似原理可以得出a、b、c与f、d、Ul、u2、V1, V2之间的的关系，通过多组影像可以获得物体 20的空间移动量，该等移动量记录了物体20的运动轨迹。另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明 精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
一种侦测物体运动的装置，其包括一个激光扫描装置，其发出激光照射至被测物体上且可以旋转；两个影像感测模组，其位于所述激光扫描装置的两侧用来接收被所述被测物体反射的激光并成像，所述两个影像感测模组的光轴平行；数据处理单元，其用来接收所述影像感测模组输入的影像资料并从影像资料中提取所述被测物体的三维信息。
2.如权利要求1所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述影像感测模组包括影 像感测单元和镜头模组，被所述物体反射的激光经过所述镜头模组成像在所述影像感测单 兀上。
3.如权利要求1所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述激光扫描装置包括反 射单元、激光源和光线调节单元，所述激光源发出的激光被所述反射单元反射后经过所述 光线调节单元照射至所述物体上。
4.如权利要求3所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述激光源为发光二极管或激光二极管。
5.如权利要求3所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述反射单元为反射镜或 发射板。
6.如权利要求3所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述光线调节单元为聚焦 透镜获准直透镜。
7.如权利要求1至6任一项所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述影像感测 单元为CCD感测器或CMOS感测器。
8.如权利要求7所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述三维信息通过计算所 述影像感测模组上的像点坐标得到，所述像点所述激光扫描装置发出的激光被所述被测物 体上的一个点反射并经过所述镜头模组在所述影像感测单元的影像。
9.一种侦测物体运动的方法，其包括提供一个激光扫描装置，其发出的激光投射到被测物体； 利用两个影像感测模组取得所述激光被所述被测物体上的一个点反射后的影像； 利用数据处理单元从所述影像感测模组的影像资料中提取所述被测物体的三维信息；取得所述激光被若干个点反射的影像，从而侦测物体的运动轨迹。
全文摘要
一种侦测物体运动的装置，其包括一个激光扫描装置，其发出激光照射至被测物体上且可以旋转；两个影像感测模组，其位于所述激光扫描装置的两侧用来接收被所述被测物体反射的激光并成像，所述两个影像感测模组的光轴平行；数据处理单元，其用来接收所述影像感测模组输入的影像资料并从影像资料中提取所述被测物体的三维信息。
文档编号G01S7/48GK101930071SQ20091030347
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者丘祺纬, 辜炳翰 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司
技术领域：
本发明涉及一种侦测物体运动的装置，尤其是一种可以侦测物体三维轨迹的侦测 物体运动的装置及方法。
背景技术：
随着3D游戏的发展，使用传统的遥控器、键盘或鼠标等来操纵游戏有点落伍，越 来越希望能身临其境地参与到游戏中去。为了取得物体的立体影像，现有技术之一是使用单一镜头加上周边的反射镜，以 产生虚拟相机的多视角，然后藉由影像处理的方法建立出物体的3D轮廓。然此方法需在使 用者或物体周边架设反射镜，使得该结构较为复杂、成本较高。现有技术之二采用红外线反射技术侦测物体的运动，其包括发射红外光的发射器 和一个接受红外光的接收器，物体贴上具有反射红外光功能的反射装置。发光二极管发出 的红外光被物体上的反射装置反射后被接收器所接收，根据接收到红外光的时间差可以侦 测到物体的运动方向和运动形态。但是，采用该方法需要发出红外线，并且物体需要附带反 射装置，从而使得该方法较为复杂。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结构简单、成本较低的侦测物体运动的装置及方法。一种侦测物体运动的装置，其包括一个激光扫描装置，其发出激光照射至物体上 且可以任意旋转；两个影像感测模组，其位于所述激光扫描装置的两侧用来接收被所述物 体反射的激光并成像，所述影像感测模组的光轴平行；数据处理单元，其用来接收所述影像 感测模组输入的影像资料并从影像资料中提取所述物体的三维信息。—种侦测物体运动的方法，其包括提供一个激光扫描装置，其发出的激光投射到 被测物体；利用两个影像感测模组取得所述激光被所述被测物体上的一个点反射后的影 像；利用数据处理单元从所述影像感测模组的影像资料中提取所述被测物体的三维信息； 取得所述激光被若干个点反射的影像，从而侦测物体的运动轨迹。与现有技术相比，本发明实施例的侦测物体运动的装置利用激光扫描装置扫描物 体，影像感测模组接收被物体反射的光线并成像，数据处理单元从影像资料中提出物体的 三维信息，不需要在物体上设置反射装置，因此，该装置结构简单、成本较低。
图1是本发明实施例侦测物体运动的装置的示意图。图2至图4是本发明实施例物体三维坐标的测量原理图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
请一并参阅图1、图2、图3及图4，本发明实施例的侦测物体运动的装置10用来侦 测物体20的三维空间运动状态。侦测物体运动的装置10包括第一影像感测模组110、第二 影像感测模组120、激光扫描装置130和图像处理单元140。第一影像感测模组110包括第一影像感测单元111和位于第一影像感测单元111 前的第一镜头模组112，第一镜头模组112的光轴计作L1、几何中心计作Op第二影像感测模组120与第一影像感测模组110具有相同的焦距且焦点在同一平 面上。第二影像感测模组120包括第二影像感测单元121和位于第二影像感测单元121前 的第二镜头模组122，第二镜头模组122光轴计作L2、几何中心计作O2，其中，光轴L2平行光 轴L1 ο其中，第一影像感测单元111和第二影像感测单元121为CXD感测器或CMOS感测
ο激光扫描装置130位于第一影像感测模组110和第二影像感测模组120之间，且 到光轴L2和到光轴L1的距离相等。激光扫描装置130包括可以任意旋转的激光源131、围 绕激光源131的反射装置132和光线调整装置133。激光扫描装置130发出的激光相对物体20可以作χ-y方向的扫描，投射到物体20 上的激光被反射后被第一影像感测模组110、第二影像感测模组120接收。激光源131可以 为激光二极管或者发光二极管，其提供高亮度、低强度且具有良好空间特性的光线，旋转的 激光源131可以使得扫描的空间大为增大。反射装置132可以为反射镜、或反射板等，光线调整装置133可以为聚焦透镜或者 准直透镜。激光源131发出的激光部分直接经过光线调整装置133投射到物体20上，部分 被反射装置132反射后经过光线调整装置133投射到物体20上。由于光线调整装置133对激光的聚焦或者准直，因此激光扫描装置130可以提供 高指向的激光用来扫描物体20。激光扫描装置130发出的激光投射到物体20上，第一影像感测模组110和第二影 像感测模组120在不同坐标系下分别取得激光点在物体20的影像P和P1,图像处理单元 140将影像P和P'进行融合，即将在不同坐标系下得到的该激光点的二维坐标转换到同一 个三维坐标内，从而可确定该激光点的坐标。下面详细说明确定物体20上一个激光点D坐标的过程。三维坐标系的原点为O1O2的中心CKO1O2为χ轴、L3为ζ轴且经过O1O2的中心并与 L2^L1平行、y轴经过O1O2的中心且与O1O2和L3均垂直，a表示D到L3的水平距离，b表示D 到L3的垂直距离，c表示D到O1O2的垂直距离，(U15V1)和(u2，v2)为物体20上一个激光点 D(a, b，c)分别在第一影像感测单元111和第二影像感测单元121上像点的坐标，f为几何 中心O1或O2到第一影像感测单元111和第二影像感测单元121距离，光轴L2与光轴L1之 间距离为2d，由于光轴L2与光轴L1平行，由外极限约束可知V1 = v2。分别在XZ、yz坐标系内利用三角形相似的原理得出下列公式
叫 d+a v b"7 = "Γ" 4 =-
f C J c
uI d~a V, b-J = ―― 4 =—
f C J c
由上述公式可以得出点a、b、c的的表达式 分别在第一影像感测模组110和第二影像感测模组120所在坐标系中利用三角形 相似原理可以得出a、b、c与f、d、Ul、u2、V1, V2之间的的关系，通过多组影像可以获得物体 20的空间移动量，该等移动量记录了物体20的运动轨迹。另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明 精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
权利要求
一种侦测物体运动的装置，其包括一个激光扫描装置，其发出激光照射至被测物体上且可以旋转；两个影像感测模组，其位于所述激光扫描装置的两侧用来接收被所述被测物体反射的激光并成像，所述两个影像感测模组的光轴平行；数据处理单元，其用来接收所述影像感测模组输入的影像资料并从影像资料中提取所述被测物体的三维信息。
2.如权利要求1所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述影像感测模组包括影 像感测单元和镜头模组，被所述物体反射的激光经过所述镜头模组成像在所述影像感测单 兀上。
3.如权利要求1所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述激光扫描装置包括反 射单元、激光源和光线调节单元，所述激光源发出的激光被所述反射单元反射后经过所述 光线调节单元照射至所述物体上。
4.如权利要求3所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述激光源为发光二极管或激光二极管。
5.如权利要求3所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述反射单元为反射镜或 发射板。
6.如权利要求3所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述光线调节单元为聚焦 透镜获准直透镜。
7.如权利要求1至6任一项所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述影像感测 单元为CCD感测器或CMOS感测器。
8.如权利要求7所述的侦测物体运动的装置，其特征在于所述三维信息通过计算所 述影像感测模组上的像点坐标得到，所述像点所述激光扫描装置发出的激光被所述被测物 体上的一个点反射并经过所述镜头模组在所述影像感测单元的影像。
9.一种侦测物体运动的方法，其包括提供一个激光扫描装置，其发出的激光投射到被测物体； 利用两个影像感测模组取得所述激光被所述被测物体上的一个点反射后的影像； 利用数据处理单元从所述影像感测模组的影像资料中提取所述被测物体的三维信息；取得所述激光被若干个点反射的影像，从而侦测物体的运动轨迹。
全文摘要
一种侦测物体运动的装置，其包括一个激光扫描装置，其发出激光照射至被测物体上且可以旋转；两个影像感测模组，其位于所述激光扫描装置的两侧用来接收被所述被测物体反射的激光并成像，所述两个影像感测模组的光轴平行；数据处理单元，其用来接收所述影像感测模组输入的影像资料并从影像资料中提取所述被测物体的三维信息。
文档编号G01S7/48GK101930071SQ20091030347
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月19日 优先权日2009年6月19日
发明者丘祺纬, 辜炳翰 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司;鸿海精密工业股份有限公司
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