專利名稱：旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種檢測裝置與檢測方法，特別是對旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測的裝置與方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在的旋轉(zhuǎn)角度的檢測大多是通過旋轉(zhuǎn)傳感器進(jìn)行檢測，而旋轉(zhuǎn)傳感器也是通過檢測機(jī)械變形量或機(jī)械作用力的大小，或者是通過電容或電阻值的改變判斷旋轉(zhuǎn)的角度，此種方式存在的不足之處元件體積較大，不易安裝在一些便攜式電子裝置上，而現(xiàn)有的便攜式電子裝置中對于圖片的旋轉(zhuǎn)通常是固定角度的，即通常重力感應(yīng)器等MEMS器件，感測電子裝置的方向，從而相應(yīng)的將圖片在橫屏與豎屏顯示方式之間轉(zhuǎn)換，即只是進(jìn)行90度的變換，無法適用于需要其他角度旋轉(zhuǎn)的應(yīng)用環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置與方法，采用圖像處理技術(shù)對旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無法對任意角度進(jìn)行檢測的問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置，包括圖像傳感器陣列，該圖像傳感器陣列分為多個圖像傳感器塊，并呈環(huán)狀分布形成傳感器環(huán)。依據(jù)上述主要特征，該圖像傳感器陣列的多個圖像傳感器塊形成的傳感器環(huán)設(shè)有多個,并且這些傳感器環(huán)的中心重合。依據(jù)上述主要特征，該旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置還包括圖像處理電路，設(shè)于圖像傳感器陣列的中心位置，并且形成傳感器環(huán)的圖像傳感器塊之間及不同傳感器環(huán)之間均可設(shè)有間隙。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種利用上述的旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置對旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測的方法，該方法包括如下步驟通過該旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置的圖像傳感器陣列取得原始幀；取得原始幀的傳感器環(huán)的像素值，并旋轉(zhuǎn)移位該傳感器環(huán)形成多個第一比較幀；取得當(dāng)前幀，并取得傳感器環(huán)的像素值，并旋轉(zhuǎn)移位該傳感器環(huán)形成多個第二比較幀； 將這些第一比較幀與第二比較幀進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，取得最大相關(guān)值，計算此最大相關(guān)值對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矢量。依據(jù)上述主要特征，根據(jù)原始幀傳感器環(huán)的像素值形成第一比較幀是通過將此傳感器環(huán)的像素值進(jìn)行順時針與逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到，如原始幀每個
傳感器環(huán)的像素值為Y1，Y2，.......Υ12，則順時針旋轉(zhuǎn)a單位的圖像傳感器塊形成的第一
比較幀的數(shù)據(jù)Ai1,Ai2,......,Ai2，其中i = O,......I，I代表最大旋轉(zhuǎn)的單位個數(shù)，如此
第一比較幀的數(shù)據(jù)Ai1, Ai2,......，Ai2為Ai1 = (1-ai) Yl+ai Y2 ；
Ai2 = (1-ai) Y2+ai Y3由此類推，而Ai12= (1-ai) Y12+ai Yl ；而逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到的比較幀的數(shù)據(jù)為A_i1; A-i2,A-I3......，A-i12 為A-i2 = a iYl+ (1-ai) Y2 ；A_i3 = ai Y2+(l_ai)Y3 ；由此類推，而A-Ii1 = ai Y12+(l_ai) Yl。依據(jù)上述主要特征，根據(jù)當(dāng)前幀傳感器環(huán)的像素值形成第二比較幀是通過將此傳感器環(huán)的像素值進(jìn)行順時針與逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到，如當(dāng)前幀每個
傳感器環(huán)的像素值為Z1，Z2，......，Z12，則順時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊形成的
第二比較幀的數(shù)據(jù)Bi1,Bi2,......,Bi2，其中i = O,......I，I代表最大旋轉(zhuǎn)的單位個數(shù)，
如此第二比較幀的數(shù)據(jù)Bi1, Bi2,......，Bi2為Bi1 = (1-ai) Zl+ai Z2 ;Bi2 = (1-ai) Z2+ai Z3由此類推，而Bi12= (l-ai)Z12+a iZl ；而逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到的比較幀的數(shù)據(jù)為B_i1; B-i2,B-I3......，B-i12 為B-i2 = ai Zl+(l_ai)Z2;B-i3 = ai Z2+(l-ai)Z3 ;由此類推，而B-Ii1 = B iZ12+(l_ai)Zl。依據(jù)上述主要特征，當(dāng)有多個傳感器環(huán)時，對每一傳感器環(huán)的原始幀與當(dāng)前幀進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移位處理形成第一與第二比較較幀，并進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到每一傳感器環(huán)的最大相關(guān)值對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矢量，之后對這些旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加權(quán)平均，得到最終的旋轉(zhuǎn)矢量。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明通過將圖像傳感器陣列分為多個圖像傳感器塊，并呈環(huán)狀分布形成傳感器環(huán)，如此通過將傳感器環(huán)的各個圖像傳感器塊的像素值取出而形成環(huán)狀圖像，之后通過對原始幀與當(dāng)前幀的環(huán)狀圖像旋轉(zhuǎn)處理得到比較幀，通過比較幀的相關(guān)運(yùn)算而確定旋轉(zhuǎn)矢量，如此利用圖像處理的原理實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度的檢測，從而克服現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)檢測裝置的局限性，更利于將該旋轉(zhuǎn)檢測裝置應(yīng)用于便攜式電子裝置上，從而令使用者實(shí)現(xiàn)對控制對象任意角度的旋轉(zhuǎn)操作。


圖I為實(shí)施本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置的圖像傳感器陣列的分布示意圖。圖2為實(shí)施本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實(shí)施方式
進(jìn)行說明。請參閱圖I所示，為實(shí)施本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置的圖像傳感器陣?yán)姆植际疽鈭D，該圖像傳感器陣列分為多個圖像傳感器塊，并呈環(huán)狀分布形成傳感器環(huán)。并且在實(shí)施時，可設(shè)有多個(如K個)傳感器環(huán)，并且這些圖像傳感器環(huán)呈同心設(shè)置，而每傳感器環(huán)則包括N個圖像傳感器塊，如此形成的圖像的每一幀由K*N個像素組成。當(dāng)然在具體實(shí)施時，該圖像傳感器塊可可為一個較小的圖像傳感器陣?yán)ㄟ^將圖像傳感器陣?yán)南袼仄骄等〉米鳛樵搱D像傳感器塊的像素值。在圖I所示的實(shí)施例中，設(shè)有三個圖像傳感器環(huán)L1, L2, L3，其中每個圖像傳感器環(huán)包括呈環(huán)狀分布的12個圖像傳感器塊。另外，該圖像傳感器陣列的中心位置設(shè)有圖像處理電路，同理，形成傳感器環(huán)的圖像傳感器塊之間以及不同傳感器環(huán)之間均可設(shè)有間隙，如此也可設(shè)置一些處理電路。請參閱圖2所示，為實(shí)施本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)角度檢測方法的流程圖，為利用上述的旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置對旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測的方法，該方法包括如下步驟通過該旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置的圖像傳感器陣列取得原始幀；
取得原始幀的傳感器環(huán)的像素值，并旋轉(zhuǎn)移位該傳感器環(huán)形成多個第一比較幀；取得當(dāng)前幀，并取得傳感器環(huán)的像素值，并順時針與逆時針旋轉(zhuǎn)移位該傳感器環(huán)形成多個第二比較幀；將這些第一比較幀與第二比較幀進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，取得最大相關(guān)值，計算此最大相關(guān)值對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矢量。在上述的步驟中，其中根據(jù)原始幀傳感器環(huán)的像素值形成第一比較幀是通過將此傳感器環(huán)的像素值進(jìn)行順時針與逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到，如原始幀每
個傳感器環(huán)的像素值為Y1，Y2，.......Υ12，則順時針旋轉(zhuǎn)a單位的圖像傳感器塊形成的第
一比較幀的數(shù)據(jù)Ai1,Ai2,......,Ai2，其中i = O,......I，I代表最大旋轉(zhuǎn)的單位個數(shù)，如
此第一比較幀的數(shù)據(jù)Ai1, Ai2,......，Ai2為Ai1 = (1-ai) Yl+ai Y2 ；Ai2 = (1-ai) Y2+ai Y3由此類推，而Ai12= (1-ai) Y12+ai Yl ；而逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到的比較幀的數(shù)據(jù)為A_i1; A-i2,A-I3......，A-i12 為A-i2 = a iYl+(l_ai)Y2 ；A_i3 = ai Y2+(l_ai)Y3 ；由此類推，而A-L = ai Y12+(l-ai)Yl。同理，而根據(jù)當(dāng)前幀傳感器環(huán)的像素值形成第二比較幀是通過將此傳感器環(huán)的像素值進(jìn)行順時針與逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到，如當(dāng)前幀每個傳感器環(huán)的
像素值為Z1，Z2，......，Z12，則順時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊形成的第二比較幀
的數(shù)據(jù)Bi1,Bi2,......,Bi2，其中i = O,......I，I代表最大旋轉(zhuǎn)的單位個數(shù)，如此第二比
較幀的數(shù)據(jù)Bi1, Bi2,......,Bi2S :Bi1 = (1-ai) Zl+ai Z2 ；Bi2= (1-ai) Z2+ai Z3由此類推，而Bi12=(1-ai)Z12+a iZl ；而逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到的比較幀的數(shù)據(jù)為B_i1; B-i2,B-I3......，B-i12 為B-i2 = ai Zl+(l-ai)Z2 ；
B-i3 = ai Z2+(l-ai)Z3 ;由此類推，而iZ12+(l_ai)Zl。由上述的方式得到第一與第二比較幀，之后將第一與第二比較幀進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，
對于每一傳感器環(huán)均有(21+1)*(21+1)個相關(guān)值，將原始幀通過旋轉(zhuǎn)ai(i = O,......I，I
代表旋轉(zhuǎn)的單位數(shù)量)的方式，共得到21+1個第一比較幀(其中i = O為原始幀，即沒有進(jìn)行旋轉(zhuǎn))，以同樣的方式也可得到21+1個第二比較幀，如此二者進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，從而可以得到(21+1) *(21+1)個相關(guān)值，從而取得最大相關(guān)值，從而便可計算得到旋轉(zhuǎn)矢量，在具體實(shí)施時，該旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)矢量可為旋轉(zhuǎn)角度，或者也可為旋轉(zhuǎn)加速度，此完全取決于實(shí)際的應(yīng)用狀況，對于其中的計算，如旋轉(zhuǎn)角度與旋轉(zhuǎn)加速度，為圖像處理領(lǐng)域非常成熟的方法，因此這里不再詳細(xì)說明。
以下舉一事例進(jìn)行說明，假設(shè)I = 2，a = 1/4時，則可以得到21+1 = 5個比較幀。SI-第一個相對應(yīng)的比較幀的旋轉(zhuǎn)數(shù)量(逆時針旋轉(zhuǎn)二個單位)是(_2)xa=—1/2, (i = 2，a = 1/4)；S2-第二個相對應(yīng)的比較幀的旋轉(zhuǎn)數(shù)量(逆時針旋轉(zhuǎn)一個單位)是(-l)xa=-1/4, (i = I, a = 1/4)；S3-第三個相對應(yīng)的比較幀的旋轉(zhuǎn)數(shù)量(逆時針旋轉(zhuǎn)O個單位，即未旋轉(zhuǎn))是(O)xa = O, (i = O, a = 1/4)；S4-第四個相對應(yīng)的比較巾貞的旋轉(zhuǎn)數(shù)量(順時針旋轉(zhuǎn)一個單位)是(l)xa = 1/4,(i = I, a = 1/4)；S5-第五個相對應(yīng)的比較巾貞的旋轉(zhuǎn)數(shù)量(順時針旋轉(zhuǎn)二個單位)是(2)xa = 1/2,(i = 2, a = 1/4)；因此上述的SI，S2，S3，S4，S5對應(yīng)于原始幀和當(dāng)前幀共產(chǎn)生5個第一比較幀和5個第二比較幀,分別定義為 SYl, SY2, SY3, SY4, SY5 及 SD1，SD2, SD3, SD4, SD5。將SYl分別與SD1，SD2，SD3，SD4，SD5進(jìn)行相關(guān)計算，得出5個相關(guān)值。將SY2分別與SDI，SD2，SD3，SD4，SD5進(jìn)行相關(guān)計算，得出5個相關(guān)值。將SY3分別與SDI，SD2，SD3，SD4，SD5進(jìn)行相關(guān)計算，得出5個相關(guān)值。將SY4分別與SD1，SD2，SD3，SD4，SD5進(jìn)行相關(guān)計算，得出5個相關(guān)值。將SY5分別與SDI，SD2，SD3，SD4，SD5進(jìn)行相關(guān)計算，得出5個相關(guān)值。如此共得出(2I+l)x(2I+l) = 25個相關(guān)值，取出其中一個最相關(guān)的值所對應(yīng)的SYi與SDj的組合，便可得出旋轉(zhuǎn)矢量。舉例若SYi = SY3，SDj = SD3，則旋轉(zhuǎn)矢量為S3-S3=O。若 SYi = SY2，SDj = SD5，則旋轉(zhuǎn)矢量為 S5-S2 = 1/2-(-1/4) = 3/4 旋轉(zhuǎn)數(shù)量。當(dāng)然在具體實(shí)施時I、a、旋轉(zhuǎn)數(shù)量與旋轉(zhuǎn)角度的值需要根據(jù)傳感器的采樣頻率決定，如在上述的例子中，假如a= 1/4代表旋轉(zhuǎn)了 I度，則通過上述的計算可知3/4旋轉(zhuǎn)數(shù)量表示順時針旋轉(zhuǎn)了 3度。在具體實(shí)施時，如果有多個傳感器環(huán)，設(shè)有K個，則通過上述的計算可得到K個最大相關(guān)值，之后計算得到與每一最大相關(guān)值對應(yīng)的K個旋轉(zhuǎn)角度，最后依據(jù)該計算得到的旋轉(zhuǎn)角度通過加權(quán)平均從而可以確定原始幀與當(dāng)前幀的旋轉(zhuǎn)矢量，在具體實(shí)現(xiàn)時，可對相關(guān)值強(qiáng)的矢量分配較高的權(quán)重，而相關(guān)值弱的矢量分配低的權(quán)重，從而得到最終的旋轉(zhuǎn)矢量。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以意識到，結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例所描述的各示例的單元及方法步驟，能夠以電子硬件、計算機(jī)軟件或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)，為了清楚地說明硬件與軟件的可互換性，在上述的說明中已經(jīng)按照功能一般性地描述了各示例的組成和步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執(zhí)行，取決于技術(shù)方案的特定應(yīng)用和設(shè)計約束條件。專業(yè)技術(shù)人員可以對每個特定的應(yīng)用使用不同的方法來實(shí)現(xiàn)所描述的功能，但是這種實(shí)現(xiàn)不應(yīng)認(rèn)為超出本發(fā)明的范圍。結(jié)合本文中所公開的實(shí)施例描述的方法步驟可以用硬件、處理器執(zhí)行的軟件模塊，或者二者的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。軟件模塊可以置于隨機(jī)存儲器(RAM)、內(nèi)存、只讀存儲器 (ROM)、電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬盤、CD-ROM或本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)所公知的任意其他形式的存儲介質(zhì)中?？梢岳斫獾氖牵瑢Ρ绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā) 明構(gòu)思加以等同替換或改變，而所有這些改變或替換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置，包括圖像傳感器陣列，該圖像傳感器陣列分為多個圖像傳感器塊，并且這些圖像傳感器塊呈環(huán)狀分布形成傳感器環(huán)。
2.如權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置，其特征在于該傳感器環(huán)設(shè)有多個，并且這些傳感器環(huán)的中心重合。
3.如權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置，其特征在于該旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置還包括圖像處理電路，設(shè)于圖像傳感器陣列的中心位置。
4.如權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置，其特征在于形成傳感器環(huán)的圖像傳感器塊之間可設(shè)有間隙。
5.如權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置，其特征在于不同傳感器環(huán)之間可設(shè)有間隙。
6.一種利用權(quán)利要求I所述的旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置對旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測的方法，該方法包括如下步驟 通過該旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置的圖像傳感器陣列取得原始幀； 取得原始幀的傳感器環(huán)的像素值，并旋轉(zhuǎn)移位該傳感器環(huán)形成多個第一比較幀； 取得當(dāng)前幀，并取得傳感器環(huán)的像素值，并旋轉(zhuǎn)移位該傳感器環(huán)形成多個第二比較幀； 將這些第一比較幀與第二比較幀進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，取得最大相關(guān)值，計算此最大相關(guān)值對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矢量。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于根據(jù)原始幀傳感器環(huán)的像素值形成第一比較幀是通過將此傳感器環(huán)的像素值進(jìn)行順時針與逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到，如原始幀每個傳感器環(huán)的像素值為Yl，Y2，.......Y12，則順時針旋轉(zhuǎn)a單位的圖像傳感器塊形成的第一比較幀的數(shù)據(jù)Ai1, Ai2,......，Ai2，其中i = O，......I，I代表最大旋轉(zhuǎn)的單位個數(shù)，如此第一比較幀的數(shù)據(jù)Ai1, Ai2,......，Ai2為Ai1 = (l-ai)Yl+ai Y2 ；Ai2 = (l-ai)Y2+ai Y3由此類推，而 Ai12 = (1-ai) Y12+ai Yl ； 而逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到的比較幀的數(shù)據(jù)為A-i1; A-i2,A-I3......，A-i12 為A-i2 = a iYl+(l-ai) Y2 ；A-i3 = ai Y2+(l-ai) Y3 ；由此類推，而 A-Ii1 = ai Y12+(l-ai) Ylo
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于根據(jù)當(dāng)前幀傳感器環(huán)的像素值形成第二比較幀是通過將此傳感器環(huán)的像素值進(jìn)行順時針與逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到，如當(dāng)前幀每個傳感器環(huán)的像素值為Zl，Z2，......，Z12，則順時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊形成的第二比較幀的數(shù)據(jù)Bi1, Bi2,......，Bi2，其中i = 0，......I，I代表最大旋轉(zhuǎn)的單位個數(shù)，如此第二比較幀的數(shù)據(jù)Bi1, Bi2,......,Bi2S :Bi1 = (l-ai)Zl+ai Z2 ；Bi2 = (l-ai)Z2+ai Z3由此類推，而 Bi12 = (l-ai)Z12+a iZl ；而逆時針旋轉(zhuǎn)移位a單位的圖像傳感器塊得到的比較幀的數(shù)據(jù)為B-i1; B-i2,B-I3......，B-i12 為B-i2 = ai Zl+(l-ai)Z2 ；B-I3 = ai Z2+(l-ai)Z3 ； 由此類推,而 B-I1 = B iZ12+(l-ai)Zl。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于當(dāng)有多個傳感器環(huán)時，對每一傳感器環(huán)的原始幀與當(dāng)前幀進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移位處理形成第一與第二比較較幀，并進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，得到每一傳感器環(huán)的最大相關(guān)值對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矢量，之后對這些旋轉(zhuǎn)矢量進(jìn)行加權(quán)平均，得到最終的旋轉(zhuǎn)矢量。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)角度檢測裝置及方法，通過將圖像傳感器陣列分為多個圖像傳感器塊，并呈環(huán)狀分布形成傳感器環(huán)，如此通過將傳感器環(huán)的各個圖像傳感器塊的像素值提取出而形成環(huán)狀圖像幀，之后通過對原始圖像幀與當(dāng)前圖像幀的環(huán)狀圖像幀旋轉(zhuǎn)移位處理得到比較幀，通過比較幀的相關(guān)運(yùn)算而確定旋轉(zhuǎn)矢量，從而利用圖像處理的技術(shù)實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)角度的檢測，以克服現(xiàn)有旋轉(zhuǎn)檢測裝置的局限性，更利于將該旋轉(zhuǎn)檢測裝置應(yīng)用于便攜式電子裝置上，可令使用者實(shí)現(xiàn)對控制對象任意角度的旋轉(zhuǎn)操作。
文檔編號G01B11/26GK102798355SQ20111018996
公開日2012年11月28日 申請日期2011年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月7日
發(fā)明者劉建 申請人:劉建