專利名稱：用于檢測人的反射面的方法和裝置的制作方法
DE2740908A1公開了一種用于透視的X線診斷設(shè)備，在該設(shè)備中提供一種用于檢測觀察者視向的裝置。該裝置接到一臺用于改變從X射線源發(fā)出的射束的中央射線方向的控制裝置，據(jù)此，中央射線的方向可根據(jù)觀察者的視向發(fā)生變化。
“科學(xué)圖片”(“Bild der Wissenschaft”)雜志1977年第三期第27頁發(fā)表了一篇題為“Blick ins Auge”的報告，據(jù)該報告稱，設(shè)在美國列克星敦(Lexington/USA)的霍尼韋爾(Honeywell)輻射中心的科學(xué)家開發(fā)了一種儀器，該儀器可極為精確地檢測和記錄測試者的視向并可使其變得可見。在該儀器中，紅外光束對準(zhǔn)測試者的眼睛，一個專用的電視攝象機記錄眼睛的每個運動。據(jù)此得到的信息被輸?shù)揭慌_微型計算機，該微型計算機可算出目光當(dāng)時的位置并可使其作為可見點顯示在顯示屏上。在同一顯示屏上可見到被測試者所觀察的畫面?！皠友圻b測儀”可在不損害眼睛的正常運動的情況下檢測視向。該系統(tǒng)在美國被用在空軍、海軍、國家航空和航天管理局和民航中。該系統(tǒng)既用于訓(xùn)練目的，即提高觀察者的專注能力，又用于獲得飛機座艙的、儀表板的和類似裝置的更好的外形。正在開拓的其它應(yīng)用領(lǐng)域是檢查電視節(jié)目的宣傳效果、記錄交通中的識別能力和測定兒童的學(xué)習(xí)障礙。
DE 195 41 301 A1公開了用于檢測觀察者觀察到的和聚焦到顯示裝置上的事物的裝置，其中，這些裝置生成一個用于控制顯示裝置的信號，使顯示裝置的在被觀察的范圍內(nèi)的分辨率高于顯示裝置的在沒被觀察的范圍內(nèi)的分辨率。
在這些用于檢測視向或觀察者所聚焦物體的視向裝置，最好檢測人的眼睛并且借助對眼內(nèi)的瞳孔定位檢測視向。屆時，由攝像機攝取的眼的圖象信號通過一臺圖象計算機分析處理并被轉(zhuǎn)換成控制信號。然而因為從攝像機的圖象信號識別瞳孔是一種極復(fù)雜的過程，所以要求計算單元具有很高的計算能力。這種計算單元是昂貴的，因為這些計算單元須在盡可能短的時間內(nèi)處理從圖象信號中產(chǎn)生的高數(shù)據(jù)量。所需的計算能力遠遠大于由現(xiàn)今的個人計算機提供的計算能力。因此，這種裝置的應(yīng)用只限于為數(shù)很少的應(yīng)用范圍。
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種本文開頭所述形式的方法和設(shè)備。通過該方法或者通過該設(shè)備，可用較小的計算能力并據(jù)此用較少的成本完成數(shù)據(jù)處理。
按照本發(fā)明，解決以上任務(wù)的技術(shù)方案在于權(quán)利要求1和18的主題。
本發(fā)明方法的優(yōu)點在于，在第一過程中，用一臺攝像機，方法步驟產(chǎn)生特征部位的第一和第二圖象信號，其中，第一圖象信號由第一光源產(chǎn)生，而第二圖象信號由第一光源和一個附加的、發(fā)射窄譜帶光的第二光源產(chǎn)生。因此，第一和第二圖象信號特別是通過第二光源的影響相互區(qū)分的。如果第一和第二圖象信號為了產(chǎn)生圖象信號差而相減，則圖象信號差只包括通過第二光源產(chǎn)生的信息。據(jù)此，基本上消除了第一光源對圖象信號的影響，還有由周圍的人的反射。如果關(guān)于由特征部位產(chǎn)生的信號，我們分析差動信號并確定特征部位的位置座標(biāo)，則可以產(chǎn)生與位置坐標(biāo)有關(guān)的一個控制信號，并且可以操作或控制一臺儀器。該方法的特殊的優(yōu)點在于，特別是方法步驟a)和b)可在一個可編程的邏輯中執(zhí)行，因此，為此不需要計算單元的計算容量。關(guān)于確定由特征部位產(chǎn)生的圖象信號的位置計算容量只限于分析處理差動信號。據(jù)此，可大大降低計算系統(tǒng)的計算能力并從而可大大降低計算系統(tǒng)的成本。
為了進一步降低計算能力，在方法步驟a)中只讀出攝像機的預(yù)先確定的行是有利的。特別是，只要每隔2行或3行讀出即可夠用，據(jù)此，建立在圖象信號基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)量減少至一半或減少至三分之一。
進一步減少待處理的數(shù)據(jù)量的措施在于，在與第一過程緊挨的第二過程中，重復(fù)方法步驟a)和b)并且在方法步驟c)中，對差動信號的分析局限于預(yù)定的、與特征部位的位置坐標(biāo)有關(guān)的范圍。也就是表明，特征部位在預(yù)定的時間內(nèi)只能走過一個確定的行程。如果把對攝像機的圖象信號的讀出限制到特征部位的最多可走過的行程上，則為了確定特征部位新位置的實際位置坐標(biāo)，也只須對攝象機的出自該預(yù)定范圍的圖象信號進行分析處理。
而如果結(jié)果表明，在據(jù)此預(yù)定的范圍內(nèi)，沒有出自特征部位的信號是可確定的，則可在下一方法步驟中有利地擴大預(yù)定的范圍。
如果連續(xù)重復(fù)第二過程則是有利的，因為與由攝象機產(chǎn)生的所有圖象信號進行分析處理相比，由于只對預(yù)定的范圍的圖象信號進行分析處理，待處理的數(shù)據(jù)量減少并且據(jù)此降低了所需的計算能力。
為了進一步減少數(shù)據(jù)量，特別有利的措施在于，差動圖象信號逐個像素地被微分并且根據(jù)該微分得出的微分?jǐn)?shù)據(jù)進行如下分析，哪些數(shù)據(jù)超過或低于預(yù)定的極限并且其中只從超過或低于該極限的數(shù)據(jù)確定位置坐標(biāo)。
當(dāng)只有超過或低于極限的微分?jǐn)?shù)據(jù)的地址存儲在地址存儲器中并且計算單元根據(jù)存儲在地址存儲器中的數(shù)據(jù)確定位置坐標(biāo)時是有利的。據(jù)此，待處理的數(shù)據(jù)量大為減少，即只局限于超過或低于極限的數(shù)據(jù)。
當(dāng)微分?jǐn)?shù)據(jù)作為直方圖被存儲在直方圖存儲器中并且計算單元根據(jù)存儲在地址存儲器和直方圖存儲器中的數(shù)據(jù)計算位置坐標(biāo)時是具有額外優(yōu)點的。據(jù)此，可根據(jù)存儲在直方圖存儲器中的數(shù)據(jù)計算該極限。
采用一種為人們非可見的、從第二光源射出的光并且尤其在第二光源產(chǎn)生紅外光時是特別有利的。據(jù)此，背景光可用作第一光源，此外，第二光源的光對人沒有妨礙，因為第二光源的光是不可為人識別的。
為了檢測人的視向，特別有利的是特征部位是眼睛，特別是眼睛的瞳孔。
如果特征部位是與人建立聯(lián)系的反射面，則譬如人的頭的、手的、臂的或其它身體部分的運動也可用于操縱儀器。
用于實施本發(fā)明的方法的、特別是權(quán)利要求18至24所述的設(shè)備是可結(jié)構(gòu)簡單地且價廉物美地實現(xiàn)的。
借助附圖并結(jié)合從屬權(quán)利要求，從下面對一個實施例的描述中可知曉本發(fā)明的其它優(yōu)點和細(xì)節(jié)。
附圖所示為

圖1根據(jù)本發(fā)明的方法和設(shè)備的方框圖，圖2圖1所示設(shè)備的簡圖，圖3用于執(zhí)行方法步驟的時間流程圖，圖4具有一個特性部位當(dāng)前的和以前的位置坐標(biāo)的預(yù)定范圍，
圖5具有一個特征部位的涂到眼上的接目鏡片，以及圖6根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的詳細(xì)電路布局。
在圖1所示的方圖的第一個方塊1中，可由攝像機引出的、用第一光源產(chǎn)生的第一圖象信號被用第一光源和一個附加的、與第一光源不同的第二光源產(chǎn)生的第二圖象信號相減。第一和第二圖象信號以及差動圖象信號可各自存儲在一個存儲器中或存儲在一個共同的存儲器中。在第一個方塊之后的第二個方塊2中，在下一方法步驟中，對差動信號進行分析處理，目的在于求出由特征部位產(chǎn)生的圖象信號的位置并且確定特征部位的位置坐標(biāo)以及產(chǎn)生一個與位置坐標(biāo)有關(guān)的、用于儀器的控制信號。在下一方法步驟中則可把位置坐標(biāo)或者控制信號輸出到儀器上，這是另一可在第三方塊3中執(zhí)行的方法步驟。
如果攝像機，例如作為電視攝像機產(chǎn)生模擬的圖象信號，則可把使攝像機圖像信號數(shù)字化的第四方塊4設(shè)在第一個方塊1之前，如果采用產(chǎn)生數(shù)字圖象信號的攝象機，則放棄第四方塊4。在圖1中所描述的方法步驟或者所示的方塊1至4可有利的相互獨立地執(zhí)行其任務(wù)，即可平行地工作，據(jù)此，數(shù)據(jù)處理速度變快。
在第二方塊2之前特別有利地設(shè)有一個數(shù)據(jù)簡化方塊2.1，在該數(shù)據(jù)簡化方塊2.1中，對來自第一方塊1的差動圖象信號進行微分。在該微分時，圖象信號(差動圖象信號)相繼的象素彼此相減，以至于確定這些象素間的對比度。在微分過程中，可有利地形成微分?jǐn)?shù)據(jù)的直方圖并且求出豐度，一定的對比度以豐度方式包含在圖象信號內(nèi)。通過規(guī)定一個閾值，則可在隨后的第二方塊2中在無需大的計算工作量的情況下求得被特征部位產(chǎn)生的圖象信號位置并確定位置坐標(biāo)。
在圖2中原理性地示出了一個用于實施本發(fā)明方法的設(shè)備，其中，一個人5看著一臺顯示裝置，例如一臺監(jiān)視器6。例如用于一臺儀器，例如用于一臺醫(yī)療器械或用于一臺計算機的控制盤設(shè)在該監(jiān)視器6上或者在該監(jiān)視器6上顯示。視向以及據(jù)此人5所聚焦到監(jiān)視器6上的東西通過攝像機7例如通過以下方式被采集，即從被攝像機7引出的有關(guān)攝像機7探測面位置出發(fā)的圖象信號來計算特征部位8，例如眼睛的瞳孔、一個設(shè)在頭上或人5的一個身體部分上的反射器或一個設(shè)在接目鏡片上的反射器(圖5)位置的圖象信號。其中，反射器最好這樣制作，以便它可以特別好地反射來自第二光源10的光。而該反射器也可制作成吸收器，該吸收器則可特別強烈地吸收第二光源10的光。此外，按照本發(fā)明，第一圖象信號借助例如發(fā)射可見光的第一光源的光產(chǎn)生并輸入到第一圖象信號存儲器9。隨后，第二圖象信號借助第一光源的光和附加的第二光源10的光產(chǎn)生并輸入到第二圖象信號存儲器11。第二光源10最好產(chǎn)生一種具有人5看不到波長的光。特別優(yōu)選產(chǎn)生具有其波長范圍例如為900至1000納米的光的紅外光源為此尤其適用。據(jù)此，紅外半導(dǎo)體二極管適用作第二光源。建議采用市場上通用的、具有950納米波長的紅外光，因為太陽發(fā)出的光在該范圍內(nèi)具有最小的強度。最好在攝象機7之前安排一紅外濾光鏡，該紅外濾光鏡讓具有950納米波長的極窄頻帶的光通過。據(jù)此，建立在可見光基礎(chǔ)上的攝象機7的圖象信號存儲在第一圖象信號存儲器9中。建立在可見光和第二光源的光的基礎(chǔ)上的圖象信號存儲在第二圖象信號存儲器11中。
這在下一方法步驟中有良好的效果，即當(dāng)保存在圖象信號存儲器9、11中的圖象信號輸入減法器12時，該減法器12使第一和第二圖象信號互減。其中，存儲器9、11和特別是減法器12可能是可編程邏輯合適的構(gòu)成部分。作為結(jié)果，因而產(chǎn)生主要建立在第二光源10的光基礎(chǔ)上的差動圖象信號。因此，基本上消除了出自可見光的反射和干擾影響。
數(shù)據(jù)簡化單元12.5串接減法器12，該單元12.5根據(jù)數(shù)據(jù)簡化方塊2.1執(zhí)行逐個象素微分和直方圖產(chǎn)生。
計算單元13從由數(shù)據(jù)簡化單元12.5產(chǎn)生的微分?jǐn)?shù)據(jù)中計算出自特征部位8的圖象信號位置。因此，關(guān)于微分?jǐn)?shù)據(jù)是超過還是低于一個確定的信號電平，對微分?jǐn)?shù)據(jù)進行分析處理。出自特征部位8的圖象信號(數(shù)據(jù))可以具有或者是特別高的或者是特別低的和/或在一個確定的范圍內(nèi)確定的值，即與其它的圖象信號有盡可能明確的即有特征的區(qū)別，這可用作分析處理判據(jù)。計算單元13最好根據(jù)這些微分?jǐn)?shù)據(jù)計算由特征部位8產(chǎn)生的圖象信號中央的位置坐標(biāo)。如果產(chǎn)生一個與位置坐標(biāo)有關(guān)的控制信號，則該控制信號可用于操縱一臺儀器。該控制信號譬如可用于控制一臺計算機、一臺設(shè)備或一臺儀器。如果這些由顯示裝置完成，則顯示裝置上的指示器經(jīng)由控制信號可根據(jù)視向或特征部位8的位置調(diào)整并且計算機、設(shè)備或儀器據(jù)此受到控制。如果視向或特征部位8停留一個預(yù)定的時間，則因此例如可執(zhí)行預(yù)期的菜單功能。執(zhí)行菜單功能的另一可能性在于對有意的眨眼進行“分析處理”，有意的眨眼在延續(xù)時間方面與無意的眨眼有明顯的區(qū)別。因此例如可在無需用手的情況下對計算機、設(shè)備或儀器進行操縱。此外，如果一張為操縱醫(yī)療器械必需的操縱菜單出現(xiàn)在指示器上，則也能操縱一臺醫(yī)療器械。
經(jīng)由也在圖2中示出的控制裝置15，對攝像機7的圖象信號的讀出以及第二光源10進行時間控制，把攝像機7的圖象信號存入圖象信號存儲器9或者11和從第一或者第二圖象存儲器9或者11中讀出攝象機7的圖象信號以及對數(shù)據(jù)簡化單元12.5的減法器12和計算單元13進行控制。
在圖3中示出的是如果應(yīng)用一臺產(chǎn)生模擬信號的電視攝像機，并且這些第一圖象信號存儲在第一圖象信號存儲器9中(I)則由攝像機7引出的圖象信號根據(jù)圖象同步脈沖16在第一周期17中被數(shù)字化。在第二周期18中，第二圖象信號必要時被數(shù)字化并存儲在第二圖象信號存儲器11中(II)。此外，存儲在第一和第二圖象信號存儲器9、11中的圖象信號彼此相減并例如，但不是必須地被存儲到計算單元13可向其存取的第四存儲器19(圖2)中(III)。在第三周期20中，當(dāng)前的第一圖象信號必要時被數(shù)字化并寫入第一圖象信號存儲器9中(IV)。此外，第一和第二圖象信號存儲器9、11中的圖象信號被互減，并例如，但不是必須地傳輸?shù)接嬎銌卧?3也可向其存取的第三存儲器21(圖2)中(V)。此外，在第三周期20中，關(guān)于特征部位8的位置對存儲在第四存儲器19中的差動信號進行分析處理(VI)，計算與該位置相符的位置坐標(biāo)以及產(chǎn)生與這些位置坐標(biāo)相符的控制信號(VII)。在第四周期22中，當(dāng)前的第二圖象信號必要時被數(shù)字化并被傳輸?shù)降诙D象信號存儲器11中(VIII)，圖象信號存儲器9、11的圖象信號被減并傳輸?shù)降谒拇鎯ζ?9中(IX)。此外，對存儲在第三存儲器21中的差動圖象信號逐個象素進行微分并且關(guān)于特征部位的位置，對據(jù)此得到的、與象素之間的區(qū)別相符合的微分?jǐn)?shù)據(jù)進行分析處理(X)，計算與該位置相符合的位置坐標(biāo)并產(chǎn)生與這些位置坐標(biāo)相符合的控制信號(XI)。在第五周期23中，如前所述，關(guān)于特性部位8的位置對存儲在第四存儲器19中的差動圖象信號，進行分析處理(XII)并計算與該位置相符合的位置坐標(biāo)以及產(chǎn)生與這些位置坐標(biāo)相符合的控制信號(XIII)。
在發(fā)明的范疇內(nèi)，以下做法被證明是有利的，為了確定特征部位8的位置，但愿在第一個過程中正如本說明書開頭所述，攝像機7所有的行或者例如隔兩行或隔三行讀出。
為了進一步減少待處理的數(shù)據(jù)量，以下做法是有利的，即在對特征部位8的位置進行第一次探測之后繼續(xù)執(zhí)行第二個過程，在該第二個過程中，執(zhí)行方法步驟(存儲第一和第二圖象信號和為了產(chǎn)生差動圖象信號使第一和第二圖象信號相減)并且對差動圖象信號的分析處理局限于一個預(yù)先確定的、與特征部位8在上一個過程中獲得的位置坐標(biāo)有關(guān)的范圍25(圖4)。如果特征部位8是人5眼的瞳孔，則瞳孔在一預(yù)定時間t內(nèi)只可走過一個確定的行程段Δx、Δy。這就是說，從第一次獲得的位置坐標(biāo)Po出發(fā)，被探測的特征部位8的另外的位置坐標(biāo)Px可望處在攝像機7的光電圖像變換器上預(yù)定的平面內(nèi)。據(jù)此，該預(yù)定的范圍25的大小與例如瞳孔可調(diào)整的最大速度以及與攝像機7的圖象信號產(chǎn)生和讀出時間有關(guān)。如果特征部位8的被求得的位置處于該預(yù)定的范圍25的中央，則其實須有一個圓平面用作預(yù)定的范圍25，從最大的調(diào)整行程中算出該圓平面的半徑。由于與正方形平面或矩形平面相比，對圓平面進行分析處理需要大得多的計算工作量，所以對正方形平面進行分析處理，即把正方形平面定義為預(yù)定的范圍25是有利的。如圖4所示，Δx、Δy表示第一個求得的位置26沿x或y方向的實際變化。預(yù)定的范圍具有尺寸a、b。第一次求得的位置26在當(dāng)前t＝0時處在預(yù)定的范圍25的中心。尺寸a和b是由眼的瞳孔在時間t＝0和t＝x之間的最大位置變化的兩倍線段求出。據(jù)此，Δx和Δy永遠小于a和b。為了定義預(yù)定的范圍的坐標(biāo)，執(zhí)行如下算法Zo＝點在時間t＝0時的行Zv＝掃描的最下行Zo＝掃描的最上行Po＝點在時間t＝0時的像素Pt＝掃描的最右像素Pl＝掃描的最左像素
Zv＝Zo-Const1Zo＝Zv+Const1Pl＝Po+Const2Pr＝Po+Const2其中，Const1＝眼睛沿y方向的最大移動，用行數(shù)表示Const2＝眼睛沿x方向的最大移動，用行數(shù)表示。
據(jù)此，掃描的起點在(Pl、Zo)處。通過各個象素加1和經(jīng)過2*Const2步驟之后，到達點(Pr、Zo)。通過把128-2*Const2加到點(Po、Zo)的地址上，過程低一行地重新開始。在到達點(Pv、Zv)時，整個相關(guān)的圖象范圍被處理完畢。如果在該處仍找不到與所期望的結(jié)果一致的點，則可暫時擴大掃描的范圍。從下列公式中得出待處理的象素數(shù)目。
數(shù)目＝2*Const1+2*Const1。
由于在時間t(用于采集圖象信號的時間)內(nèi)的最大移動很小，所以相關(guān)的圖象范圍與整個圖象相比可縮小10倍。通過該措施，更多的計算能力可分配給形狀比較。由于攝像機7例如總是處于相對人頭相一位置，所以特征部位8在攝像機7上的圖象特別是在關(guān)系到一個預(yù)定的、具有公知的尺寸和形狀的反射器的情況下是被精確限定的。據(jù)此，通過一個閾值選擇的微分?jǐn)?shù)據(jù)可簡單地與特征部位8或者反射器存儲在設(shè)備的內(nèi)存儲器中的數(shù)據(jù)進行比較。偶然的、通過紅外半導(dǎo)體二極管產(chǎn)生的反射是隨位置散射的并從而可忽略不計。
如果偶發(fā)情況可使干擾影響具有與存儲器中的被存儲的形式相同的形式，則該干擾的影響仍須與實際點(特征部位8的位置)區(qū)別。為此，最后只能利用點在時間t＝0和t＝x時的位置變化(圖4)。由于兩個點只能以有限的速度改變位置，所以更靠近前一個點的那個點最可能是正確的點。
如果特征部位8由瞳孔構(gòu)成，則根據(jù)大小并根據(jù)攝像機7的分辨率可產(chǎn)生大量不同的模式。這意味著，瞳孔在通過攝像機7攝像時，關(guān)于其在攝像機7上的成像、大小和位置可出現(xiàn)很大區(qū)別。通過對從相減中得出的差動圖象信號的微分，通過在此完成的數(shù)據(jù)簡化，仍然只獲得少數(shù)幾個但判斷正確的、供繼續(xù)分析處理用的微分?jǐn)?shù)據(jù)。據(jù)此，瞳孔邊緣通過由微分?jǐn)?shù)據(jù)構(gòu)成的沿x和y方向的梯度視可預(yù)定的極限確定。此外，也可進行重心計算，這時所有的x分量的和通過x分量的數(shù)目計算并且所有的y分量的和通過y分量的數(shù)目計算。據(jù)此，求得的重心則處于瞳孔中心點的范圍內(nèi)并從而可用于確定位置坐標(biāo)。
下面，借助圖6詳細(xì)說明本發(fā)明的設(shè)備。在圖6中，前面曾提及過的元件仍用相同的參考符號表示。攝像機7的包括圖象信號及同步脈沖(行同步脈沖和圖象同步脈沖)的BAS信號此后輸入第一裝置27和第二裝置28。在第一裝置27中，同步脈沖與BAS信號分離。在第二裝置28中，圖象信號與同步脈沖分離并被放大。在第一裝置27中被分離出的同步脈沖及時鐘信號發(fā)生器30的信號被輸入時序控制裝置29。根據(jù)這些信號，時序控制裝置29產(chǎn)生所有為操作順序所需的控制信號。第二級由一個模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器31構(gòu)成，第二裝置28的被放大了的圖象信號被輸入到該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器31，并且該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器31以取樣頻率工作，據(jù)此，具有每行例如500個象素的圖象信號被數(shù)字化。如前所述，這些圖象信號被時序控制裝置29控制地、交替地寫入第一和第二圖象信號存儲器9、11中，據(jù)此，各為另一個存儲器包含有前面的圖象的圖象信號。由于這兩個存儲器9、11經(jīng)由同一地址總線獲得其地址，所以在任何時刻，作為當(dāng)時的和前一個圖象的數(shù)字化的字(8位)，均存在一個象素的象素亮度。在減法器12中，存儲在圖象信號存儲器9、11中的圖象信號的數(shù)字信息相減，該減法最好通過一個可編程的邏輯執(zhí)行。據(jù)此基本上消除了反射和其它的干擾影響的差動圖象信號從減法器12出發(fā)。從減法器12出發(fā)的差動圖象信號既被輸入到與其串聯(lián)的相減信號存儲器32，又被輸入到數(shù)據(jù)簡化單元12.5。在該數(shù)據(jù)簡化單元12.5中，對減法器12產(chǎn)生的差動圖象信號進行微分，其中，相繼的象素進行相互微分。據(jù)此確定這些象素之間的反差。作為微分?jǐn)?shù)據(jù)，該微分的結(jié)果分別作為數(shù)字化的字存儲到微分存儲器33中。但由于在微分時事前不清楚第一數(shù)字的字的值是否小于第二數(shù)字的字的值或第二數(shù)字的字的值是否小于第一數(shù)字的字的值，所以形成兩個結(jié)果(A-B、B-A)并且正確的符號通過平行工作的比較器確定。由于在微分時例如只有7位被利用，這是因為幾乎不能期待有如此大的反差，所以第8位被用作符號位。據(jù)此，可快速地確定，象素的信號值是否變高或變低，即圖象是否變亮或變暗。為了判定，在分析處理時人是位于特征部位8或者瞳孔的哪一邊，該信息是很重要的。在微分過程中，在串聯(lián)的直方圖裝置34中。形成微分?jǐn)?shù)據(jù)的直方圖，就是說求得，圖象的各個可能的反差的豐度。閾值可基于不同的、包含在圖象中反差的豐度被計算。為此，各個微分?jǐn)?shù)據(jù)的第7位用作例如7×11位直方圖存儲器35的地址。其中，表明亮度是否有所增加或有所縮小的符號位無須考慮。
在與數(shù)據(jù)簡化單元12.5串聯(lián)的閾值單元36中，微分?jǐn)?shù)據(jù)分析處理如下，這些微分?jǐn)?shù)據(jù)是否超過一個預(yù)定的閾值。如果微分?jǐn)?shù)據(jù)超過預(yù)定的閾值，則相應(yīng)的地址寫入串聯(lián)的地址存儲器37中。在本發(fā)明的范疇內(nèi)，對微分?jǐn)?shù)據(jù)的分析處理也可如下進行，即檢查微分?jǐn)?shù)據(jù)是否低于一個預(yù)定的閾值。計算單元13則只對直方圖存儲器35的數(shù)據(jù)進行分析處理，直方圖裝置從地址存儲器37中讀取這些數(shù)據(jù)的地址。據(jù)此，待處理的數(shù)據(jù)量大為減少。計算單元13也可從直方圖存儲器35讀出的數(shù)據(jù)中計算最大的反差所處的閾值。隨后該閾值被輸入到閾值單元36中。
計算單元13還可存取存儲在減法存儲器32和微分存儲器33中的數(shù)據(jù)，據(jù)此，可檢查檢測的瞳孔在中心處是否真是黑的。從微分存儲器33的數(shù)據(jù)中可檢查第8(符號)位是正的還是負(fù)的，據(jù)此，可斷定人在分析處理時位于特征部位8的哪一邊。
數(shù)據(jù)輸入裝置(譬如從一臺PC機)是用參考符號38表示的并且數(shù)據(jù)輸出裝置(譬如到一臺PC機)是用參考符號39表示的。
權(quán)利要求
1.用于檢測人(5)的至少一個特征部位(8)的位置以及用于產(chǎn)生與該位置有關(guān)的儀器用控制信號的設(shè)備的運行方法，其中，在第一過程中，執(zhí)行如下方法步驟a)用一臺攝像機(7)產(chǎn)生至少是特征部位(8)的第一和第二圖象信號，其中，第一圖象信號用一個第一光源產(chǎn)生而第二圖象信號用第一光源和一個額外的其發(fā)射的光有別于第一光源發(fā)射的光的第二光源(10)產(chǎn)生，b)為了產(chǎn)生差動圖象信號，第一和第二圖象信號彼此相減，c)關(guān)于由特征部位(8)產(chǎn)生的信號分析差動圖象信號，并確定特征部位(8)的位置坐標(biāo)(P)，d)產(chǎn)生一個與位置坐標(biāo)(P)有關(guān)的信號。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，在方法步驟a)中，只有攝像機(7)的有限數(shù)量的行(Z)被讀出而且這些行(Z)的行信號被輸入存儲器(9、11)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在與第一過程相接的第二過程中，方法步驟a)和b)被重復(fù)，并且在方法步驟c)中，對差動圖象信號的分析局限于一個預(yù)定的、與特征部位(8)的實際位置坐標(biāo)(P)有關(guān)的范圍(25)。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其中，如果從特征部位(8)出發(fā)的信號中沒有可確定信號時，預(yù)定的范圍(35)被擴大。
5.按照權(quán)利要求2或4所述的方法，其中，第二過程連續(xù)地被重復(fù)。
6.按照權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其中，在方法步驟c)中，差動圖象信號逐個象素被微分并且對據(jù)此得到的微分?jǐn)?shù)據(jù)進行如下分析哪些數(shù)據(jù)超過或低于一個預(yù)定的極限，并且其中，位置坐標(biāo)只從超過或低于預(yù)定的極限的數(shù)據(jù)中確定。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其中，只有那些超過或低于預(yù)定的極限的微分?jǐn)?shù)據(jù)的地址存儲到地址存儲器(37)中，并且其中，一個計算單元(13)根據(jù)存儲在地址存儲器(37)內(nèi)的數(shù)據(jù)確定位置坐標(biāo)。
8.按照權(quán)利要求7所述的方法，其中，微分?jǐn)?shù)據(jù)作為直方圖存儲到一個直方圖存儲器(35)中，并且其中，計算單元(13)根據(jù)存儲在地址存儲器(37)和直方圖存儲器(35)中的數(shù)據(jù)計算位置坐標(biāo)。
9.按照權(quán)利要求1至8之一所述的方法，其中，第一光源產(chǎn)生可見光并且第二光源(10)產(chǎn)生對人(5)為非可見的光。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其中，第二光源(10)是一紅外光源，
11.按照權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其中，特征部位(8)是人(5)的眼睛，特別是人(5)眼的瞳孔。
12.按照權(quán)利要求1至10之一所述的方法，其中，特征部位(8)是一個與人(5)相連的反射面。
13.按照權(quán)利要求12所述的方法，其中，該反射面安排在一個接觸透鏡上。
14.按照權(quán)利要求1至13之一所述的方法，其中，儀器是一臺醫(yī)療器械。
15.按照權(quán)利要求1至13之一所述的方法，其中，儀器是一臺計算機。
16.按照權(quán)利要求15所述的方法，其中，該計算機分析處理關(guān)于特征部位的移動，確切地說，關(guān)于速度和/或位置和/或移動距離和/或多個移動距離和/或隨時間的關(guān)系的控制信號。
17.按照權(quán)利要求1至16之一所述的方法，其中，打到顯示裝置上的標(biāo)記經(jīng)由控制信號控制。
18.用于實施權(quán)利要求1至17之一所述方法的設(shè)備。
19.按照權(quán)利要求18所述的設(shè)備，具有一個用于存儲第一圖象信號的第一存儲器(9)和一個用于存儲第二圖象信號的第二存儲器(11)，具有一個與存儲器(9、11)串聯(lián)的、用于由存儲器(9、11)的信號形成差動圖象信號的減法器(12)，并具有一個與減法器(12)串聯(lián)的、用于從差動圖象信號計算特征部位8的位置坐標(biāo)P的計算單元(13)。
20.按照權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，與減法器(12)串聯(lián)一個數(shù)據(jù)簡化單元(12.5)，用于對減法器(12)的差動圖象信號進行逐個象素微分以及用于產(chǎn)生微分?jǐn)?shù)據(jù)，其中，與數(shù)據(jù)簡化單元(12.5)串聯(lián)一個用于各微分?jǐn)?shù)據(jù)與一個預(yù)定的極限比較的閾值單元(36)，其中，與數(shù)據(jù)簡化單元(12.5)串聯(lián)一個用于存儲那些超過或低于預(yù)定的極限的微分?jǐn)?shù)據(jù)的地址的地址存儲器(37)，并且其中，計算單元(13)根據(jù)存儲在地址存儲器(37)中的地址確定位置坐標(biāo)。
21.按照權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，與數(shù)據(jù)簡化單元(12.5)串聯(lián)一個用于從微分?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生的直方圖數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和存儲的一個直方圖裝置(34)和一個直方圖存儲器(35)并且其中，計算單元(13)根據(jù)地址存儲器(37)的數(shù)據(jù)和直方圖存儲器(35)的數(shù)據(jù)確定位置坐標(biāo)。
22.按照權(quán)利要求20和21所述的設(shè)備，其中，計算單元(13)根據(jù)直方圖存儲器(25)的數(shù)據(jù)計算極限值。
23.按照權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，減法器(12)和/或數(shù)據(jù)簡化單元(12.5)是一個可編程的邏輯的幾個構(gòu)成部分。
24.按照權(quán)利要求23所述的設(shè)備，其中，可編程的邏輯具有至少一個GAL構(gòu)件和/或一個FPGA構(gòu)件。
全文摘要
按照本發(fā)明,至少特征部位(8)的第一和第二圖象信號用攝像機(7)產(chǎn)成,其中,第一圖象信號用第一光源產(chǎn)生而第二圖象信號用第一光源加上一個額外的、其發(fā)射的光有別于第一光源發(fā)射光的第二光源(10)產(chǎn)生。第一和第二圖象信號彼此相減并產(chǎn)生差動圖象信號。關(guān)于由特征部位(8)產(chǎn)生的信號來分析該差動圖象信號并確定特征部位的位置坐標(biāo)(P)以及產(chǎn)生一個與其相應(yīng)的信號。
文檔編號G06T7/00GK1260061SQ97182287
公開日2000年7月12日 申請日期1997年7月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月9日
發(fā)明者G·皮帕 申請人:西門子公司