專利名稱：偵測物體運動的裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種偵測物體運動的裝置，尤其是一種可以偵測物體三維軌跡的偵測 物體運動的裝置及方法。
背景技術：
隨著3D游戲的發(fā)展，使用傳統(tǒng)的遙控器、鍵盤或鼠標等來操縱游戲有點落伍，越 來越希望能身臨其境地參與到游戲中去。為了取得物體的立體影像，現有技術之一是使用單一鏡頭加上周邊的反射鏡，以 產生虛擬相機的多視角，然后藉由影像處理的方法建立出物體的3D輪廓。然此方法需在使 用者或物體周邊架設反射鏡，使得該結構較為復雜、成本較高?，F有技術之二采用紅外線反射技術偵測物體的運動，其包括發(fā)射紅外光的發(fā)射器 和一個接受紅外光的接收器，物體貼上具有反射紅外光功能的反射裝置。發(fā)光二極管發(fā)出 的紅外光被物體上的反射裝置反射后被接收器所接收，根據接收到紅外光的時間差可以偵 測到物體的運動方向和運動形態(tài)。但是，采用該方法需要發(fā)出紅外線，并且物體需要附帶反 射裝置，從而使得該方法較為復雜。

發(fā)明內容
有鑒于此，有必要提供一種結構簡單、成本較低的偵測物體運動的裝置及方法。一種偵測物體運動的裝置，其包括一個激光掃描裝置，其發(fā)出激光照射至物體上 且可以任意旋轉；兩個影像感測模組，其位于所述激光掃描裝置的兩側用來接收被所述物 體反射的激光并成像，所述影像感測模組的光軸平行；數據處理單元，其用來接收所述影像 感測模組輸入的影像資料并從影像資料中提取所述物體的三維信息?！N偵測物體運動的方法，其包括提供一個激光掃描裝置，其發(fā)出的激光投射到 被測物體；利用兩個影像感測模組取得所述激光被所述被測物體上的一個點反射后的影 像；利用數據處理單元從所述影像感測模組的影像資料中提取所述被測物體的三維信息； 取得所述激光被若干個點反射的影像，從而偵測物體的運動軌跡。與現有技術相比，本發(fā)明實施例的偵測物體運動的裝置利用激光掃描裝置掃描物 體，影像感測模組接收被物體反射的光線并成像，數據處理單元從影像資料中提出物體的 三維信息，不需要在物體上設置反射裝置，因此，該裝置結構簡單、成本較低。


圖1是本發(fā)明實施例偵測物體運動的裝置的示意圖。圖2至圖4是本發(fā)明實施例物體三維坐標的測量原理圖。
具體實施例方式下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
請一并參閱圖1、圖2、圖3及圖4，本發(fā)明實施例的偵測物體運動的裝置10用來偵 測物體20的三維空間運動狀態(tài)。偵測物體運動的裝置10包括第一影像感測模組110、第二 影像感測模組120、激光掃描裝置130和圖像處理單元140。第一影像感測模組110包括第一影像感測單元111和位于第一影像感測單元111 前的第一鏡頭模組112，第一鏡頭模組112的光軸計作L1、幾何中心計作Op第二影像感測模組120與第一影像感測模組110具有相同的焦距且焦點在同一平 面上。第二影像感測模組120包括第二影像感測單元121和位于第二影像感測單元121前 的第二鏡頭模組122，第二鏡頭模組122光軸計作L2、幾何中心計作O2，其中，光軸L2平行光 軸L1 ο其中，第一影像感測單元111和第二影像感測單元121為CXD感測器或CMOS感測
ο激光掃描裝置130位于第一影像感測模組110和第二影像感測模組120之間，且 到光軸L2和到光軸L1的距離相等。激光掃描裝置130包括可以任意旋轉的激光源131、圍 繞激光源131的反射裝置132和光線調整裝置133。激光掃描裝置130發(fā)出的激光相對物體20可以作χ-y方向的掃描，投射到物體20 上的激光被反射后被第一影像感測模組110、第二影像感測模組120接收。激光源131可以 為激光二極管或者發(fā)光二極管，其提供高亮度、低強度且具有良好空間特性的光線，旋轉的 激光源131可以使得掃描的空間大為增大。反射裝置132可以為反射鏡、或反射板等，光線調整裝置133可以為聚焦透鏡或者 準直透鏡。激光源131發(fā)出的激光部分直接經過光線調整裝置133投射到物體20上，部分 被反射裝置132反射后經過光線調整裝置133投射到物體20上。由于光線調整裝置133對激光的聚焦或者準直，因此激光掃描裝置130可以提供 高指向的激光用來掃描物體20。激光掃描裝置130發(fā)出的激光投射到物體20上，第一影像感測模組110和第二影 像感測模組120在不同坐標系下分別取得激光點在物體20的影像P和P1,圖像處理單元 140將影像P和P'進行融合，即將在不同坐標系下得到的該激光點的二維坐標轉換到同一 個三維坐標內，從而可確定該激光點的坐標。下面詳細說明確定物體20上一個激光點D坐標的過程。三維坐標系的原點為O1O2的中心CKO1O2為χ軸、L3為ζ軸且經過O1O2的中心并與 L2^L1平行、y軸經過O1O2的中心且與O1O2和L3均垂直，a表示D到L3的水平距離，b表示D 到L3的垂直距離，c表示D到O1O2的垂直距離，(U15V1)和(u2，v2)為物體20上一個激光點 D(a, b，c)分別在第一影像感測單元111和第二影像感測單元121上像點的坐標，f為幾何 中心O1或O2到第一影像感測單元111和第二影像感測單元121距離，光軸L2與光軸L1之 間距離為2d，由于光軸L2與光軸L1平行，由外極限約束可知V1 = v2。分別在XZ、yz坐標系內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點a、b、c的的表達式 分別在第一影像感測模組110和第二影像感測模組120所在坐標系中利用三角形 相似原理可以得出a、b、c與f、d、Ul、u2、V1, V2之間的的關系，通過多組影像可以獲得物體 20的空間移動量，該等移動量記錄了物體20的運動軌跡。另外，本領域技術人員還可以在本發(fā)明精神內做其它變化，當然，這些依據本發(fā)明 精神所做的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍之內。
權利要求
一種偵測物體運動的裝置，其包括一個激光掃描裝置，其發(fā)出激光照射至被測物體上且可以旋轉；兩個影像感測模組，其位于所述激光掃描裝置的兩側用來接收被所述被測物體反射的激光并成像，所述兩個影像感測模組的光軸平行；數據處理單元，其用來接收所述影像感測模組輸入的影像資料并從影像資料中提取所述被測物體的三維信息。
2.如權利要求1所述的偵測物體運動的裝置，其特征在于所述影像感測模組包括影 像感測單元和鏡頭模組，被所述物體反射的激光經過所述鏡頭模組成像在所述影像感測單 兀上。
3.如權利要求1所述的偵測物體運動的裝置，其特征在于所述激光掃描裝置包括反 射單元、激光源和光線調節(jié)單元，所述激光源發(fā)出的激光被所述反射單元反射后經過所述 光線調節(jié)單元照射至所述物體上。
4.如權利要求3所述的偵測物體運動的裝置，其特征在于所述激光源為發(fā)光二極管或激光二極管。
5.如權利要求3所述的偵測物體運動的裝置，其特征在于所述反射單元為反射鏡或 發(fā)射板。
6.如權利要求3所述的偵測物體運動的裝置，其特征在于所述光線調節(jié)單元為聚焦 透鏡獲準直透鏡。
7.如權利要求1至6任一項所述的偵測物體運動的裝置，其特征在于所述影像感測 單元為CCD感測器或CMOS感測器。
8.如權利要求7所述的偵測物體運動的裝置，其特征在于所述三維信息通過計算所 述影像感測模組上的像點坐標得到，所述像點所述激光掃描裝置發(fā)出的激光被所述被測物 體上的一個點反射并經過所述鏡頭模組在所述影像感測單元的影像。
9.一種偵測物體運動的方法，其包括提供一個激光掃描裝置，其發(fā)出的激光投射到被測物體； 利用兩個影像感測模組取得所述激光被所述被測物體上的一個點反射后的影像； 利用數據處理單元從所述影像感測模組的影像資料中提取所述被測物體的三維信息；取得所述激光被若干個點反射的影像，從而偵測物體的運動軌跡。
全文摘要
一種偵測物體運動的裝置，其包括一個激光掃描裝置，其發(fā)出激光照射至被測物體上且可以旋轉；兩個影像感測模組，其位于所述激光掃描裝置的兩側用來接收被所述被測物體反射的激光并成像，所述兩個影像感測模組的光軸平行；數據處理單元，其用來接收所述影像感測模組輸入的影像資料并從影像資料中提取所述被測物體的三維信息。
文檔編號G01S7/48GK101930071SQ20091030347
公開日2010年12月29日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權日2009年6月19日
發(fā)明者丘祺緯, 辜炳翰 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司;鴻海精密工業(yè)股份有限公司