一种具备旋转角识别功能的光电系统及旋转角识别方法技术方案

本发明专利技术公开了一种具备旋转角识别功能的光电系统及旋转角识别方法，光电系统包括处理器和三个位移测头，每个位移测头分别包括光源、光学镜头和光感测器件，三个光感测器件构成固定不变的平面三角形，三个位移测头中的光感测器件分别与处理器电连接；方法中处理器根据三个光感测器件的信号得到每个光感测器件在偏移运动时的偏移量，并建立坐标系后每个光感测器件位置坐标，计算得到旋转角。本发明专利技术在不减少原有光电系统检测的平移增量的基础上，增强了光电系统的运动检测能力，扩展了光电系统的应用场景。统的应用场景。统的应用场景。

【技术实现步骤摘要】
一种具备旋转角识别功能的光电系统及旋转角识别方法


[0001]本专利技术涉及光电系统领域，具体是一种具备旋转角识别功能的光电系统及旋转角识别方法。

技术介绍

[0002]目前市面上销售的人体手持式光电交互设备例如鼠标，其中的光电系统为单光路系统进行的单点测量，单光路系统包括处理器、单个光源和图像采集芯片以及相应的光学镜片。单光源发出的光入射至鼠标下方反射面的反射目标位置，被反射面反射后由图像采集芯片接收，图像采集芯片生成图像信号并传输至处理器，处理器比较设定时间周期前后时间点的图像，进而得到鼠标及光电系统整体偏移运动时产生的偏移量和偏移方向。
[0003]由于现有鼠标等设备中光电系统采用单光路系统进行单点测量，因此只能得到由于偏移运动而产生的平移量，但实际上偏移运动有时不仅包含直接平移运动，还包含旋转运动，因此现有鼠标等设备中单光路系统的光电系统无法满足检测偏移运动产生的旋转角的需求。
[0004]为了解决单点测量存在的问题，现有技术专利公开号为CN109186465B的专利公开了一种测量距离及旋转角度的光电芯片，包括时钟电路、逻辑电路、光源、光源驱动电路、光电探测器阵列、光电探测器驱动电路、及计时器，通过计算光源发出光线的时间至光电探测器阵列接收到光线的时间之间的时间间隔，通过确定光源与光电探测器阵列中的探测到光线的光电探测器的间距来确定光线的偏移距离，并且所述时间间隔及偏移距离来计算距离及旋转角度。但存在如下不足之处：
[0005]该专利中通过计时器的时间与偏移距离来计算该微镜的距离及旋转角度，但忽略了Y轴方向的平移，在倾斜平移时，会引入错误的旋转误差。
[0006]并且，该专利中还公开了以下内容：光电探测器阵列包括多排设置的多个光电接收器，并且每排光电接收器为多个，形成矩阵形状的光电探测器阵列，该专利中给出了使用该集成光电芯片进行旋转角度检测的示例。因此从该专利技术方案可以看出，其相邻的器件的中心距离是整数化的，该专利并没有明确交待光电传感器接受信号时如何保证参数的连续性，因此计算旋转角度时也会存在较大的计算误差。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种具备旋转角识别功能的光电系统及旋转角识别方法，以解决现有技术人体手持式光电交互设备的光电系统存在的旋转角计算误差大的问题。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0009]一种具备旋转角识别功能的光电系统，包括处理器和三个位移测头，每个位移测头分别包括集成一体的光源、光学镜头和光感测器件，三个位移测头呈平面三角形分布，且任意两个位移测头之间间距固定不变，由此三个位移测头构成固定不变的平面三角形，三个位移测头中的光感测器件分别与处理器电连接；
[0010]每个位移测头中的光源为光感测器件提供光照，三个位移测头中光源出射光分别入射至同一反射平面，经反射平面反射后形成反射光，反射光分别经各自对应的光学镜头在对应的光感测器件的感测面上成像，由光感测器件感测图像后并产生图像信号送入至处理器；
[0011]所述处理器对每个位移测头中光感测器件连续输入的图像信号进行前后对比处理，得到光电系统偏移运动时每个位移测头的偏移量，进而由处理器基于三个位移测头的偏移量和平面三角形分布的位置，计算出三个位移测头形成的平面三角形在光电系统偏移运动时产生的旋转角，即为光电系统的旋转角。
[0012]进一步的，所述处理器为MCU、或CPU、或ARM、或DSP。
[0013]进一步的，所述光感测器件为图像采集芯片，或光电传感器。
[0014]进一步的，所述光源为激光或LED光源。
[0015]进一步的，所述光学镜头为成像透镜。
[0016]进一步的，所述成像透镜的物方焦面在相同的水平面上。
[0017]一种基于上述光电系统的旋转角识别方法，包括以下步骤：
[0018]步骤1、在采样周期中，处理器获取三个位移测头中光感测器件偏移运动时在光电系统坐标系中的偏移量，即为对应的位移测头的偏移量，所述偏移量包含坐标系中x轴和y轴两个偏移分量；
[0019]步骤2、处理器基于偏移运动之前已知的每个位移测头在光电系统坐标系的位置、每个位移测头的偏移量在光电系统坐标系中X轴和Y轴的偏移分量，计算出偏移运动后每个位移测头在光电系统坐标系的位置；
[0020]步骤3、处理器利用三个位移测头在偏移运动前的坐标构成齐次矩阵E；利用三个位移测头在偏移运动后的坐标构成齐次矩阵F；利用待求的旋转中心(x
R
,y
R
)构造旋转前平移变换矩阵T和旋转平移后逆平移变换矩阵T
‑1；利用待求的旋转角θ构造旋转变换矩阵R；利用待求的旋转中心平移量(dx,dy)构造旋转中心平移矩阵M；并建立矩阵之间的联立关系式为：F＝T
‑1·
M
·
R
·
T
·
E，展开关系式并按θ,x
R
,y
R
,dx,dy为未知数进行整理，由此构成一个非线性方程组；
[0021]步骤4、处理器对步骤3得到的非线性方程进行求解，得到三个位移测头确定的平面三角形在偏移运动中产生的旋转角θ，以及平面三角形旋转中心在光电系统坐标系中的坐标(x
R
,y
R
)，以及平面三角形旋转中心的偏移量(dx,dy)，其中旋转角θ即为光电系统的旋转角。
[0022]本专利技术的光电系统坐标系是指：在位移测头确定的三角形平面内任取点作为坐标系原点，坐标系为笛卡尔坐标系，即平面直角坐标系。
[0023]本专利技术的位移测头坐标是指：位移测头中心点在光电系统坐标系内的坐标。在系统坐标系位置固定后，通过测量和计算等方法获得。
[0024]本专利技术的采样周期是指：处理器重复获取(采样)位移测头偏移量的时间间隔。基于采样周期可得到采样频率，采样频率为处理器每秒采样次数，单位Hz，即采样周期＝1/采样频率。
[0025]本专利技术的偏移运动是指：采样周期内，光电系统产生偏移量和旋转量的运动过程，包含旋转动作和平移动作。
[0026]本专利技术的旋转是指：在任何时候都是围绕原点的旋转，且旋转的正方向为逆时针方向。所以计算在绕特定旋转中心旋转问题时，需要将图形平移至旋转中心至原点重合的位置后再进行旋转计算。
[0027]本专利技术的偏移量是指：采样前后待测物在坐标轴X方向和Y方向移动的距离。本专利技术中包含两种偏移量，即单个位移测头偏移量和整个光电系统偏移量，其中光电系统的偏移量即为三个位移测头确定的平面三角形的偏移量。
[0028]本专利技术的偏移分量是指：在X方向和Y方向不同偏移量。
[0029]本专利技术中，每个位移测头测得偏移量时，由于位移测头自身具有内置坐标系，因此每个位移测头测得的偏移量是在自身内置坐标系的偏移量。此时处理器根据每个位移测头的内置坐标系与光电系统坐标系的夹角即安装偏转角，可将位移测头测得的自身内置坐标系的偏移量转换为光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具备旋转角识别功能的光电系统，其特征在于，包括处理器和三个位移测头，每个位移测头分别包括集成一体的光源、光学镜头和光感测器件，三个位移测头呈平面三角形分布，且任意两个位移测头之间间距固定不变，由此三个位移测头构成固定不变的平面三角形，三个位移测头中的光感测器件分别与处理器电连接；每个位移测头中的光源为光感测器件提供光照，三个位移测头中光源出射光分别入射至同一反射平面，经反射平面反射后形成反射光，反射光分别经各自对应的光学镜头在对应的光感测器件的感测面上成像，由光感测器件感测图像后并产生图像信号送入至处理器；所述处理器对每个位移测头中光感测器件连续输入的图像信号进行前后对比处理，得到光电系统偏移运动时每个位移测头的偏移量，进而由处理器基于三个位移测头的偏移量和平面三角形分布的位置，计算出三个位移测头形成的平面三角形在光电系统偏移运动时产生的旋转角，即为光电系统的旋转角。2.根据权利要求1所述的一种具备旋转角识别功能的光电系统，其特征在于，所述处理器为MCU、或CPU、或ARM、或DSP。3.根据权利要求1所述的一种具备旋转角识别功能的光电系统，其特征在于，所述光感测器件为图像采集芯片，或光电传感器。4.根据权利要求1所述的一种具备旋转角识别功能的光电系统，其特征在于，所述光源为激光或LED光源。5.根据权利要求1所述的一种具备旋转角识别功能的光电系统，其特征在于，所述光学镜头为成像透镜。6.根据权利要求1所述的一种具备旋转角识别功能的光电系统，其特征在于，所述成像透镜的物方焦面在相同的水平面上。7.一种基于权利要求1
‑
6中任意一项所述光电系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞庆平，储鑫，
申请(专利权)人：合肥芯锝电子科技合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：