一种光学成像转换模块、对象控制系统和控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种光学成像转换模块、对象控制系统和控制方法，其中光学成像转换模块中的人机界面板使用直线型凹槽代表三维空间坐标系中Ｘ、Ｙ、Ｚ轴，使用圆形或椭圆形凹槽代表三维空间坐标系中以Ｘ、Ｙ、Ｚ轴为中心的旋转，用户手指或操作笔在人机界面凹槽内的移动将实现被控制对象在二维／三维空间中的移动及旋转，人机界面板中心区为文字手写输入区。整个控制系统通过光学成像及电子技术实现对用户在凹槽及人机界面板凸起上的移动轨迹意义识别、编码，通过有线或无线方式传递给命令识别响应端实现对对象的控制。本发明专利技术实现了二维和三维空间对象控制方式的统一。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于空间对象控制
，涉及一种对象控制装置、系统及其控制方法， 尤其是一种适用于二维或三维空间对象且具有通用性人机界面的光学成像转换模块、对象 控制系统和控制方法。
技术介绍
随着计算机技术的发展，为了实现人与计算机之间的信息交换获得更大的带宽， 80年代发展起来的图形用户界面(GUI)技术广泛普及，实现了从一维(文本)人机交互形 式向二维(图形)人机交互形式的过渡。随着人们对新型高效人机交互形式的追求和探索， 三维空间交互技术日益受到重视。CAD/CAM、CAI、可视化广告、艺术等众多应用领域都迫切 需要三维图形用户界面和三维空间交互技术，即使一些本身并非三维性质甚至非几何性质 的数据显示(如人事档案)也使用三维形式，以充分发挥人对三维空间的感知能力。CAD/ CAM技术的发展更是强烈而明显地显示了这种趋势，产品建模和造型便是处于一个完全的 三维图形环境，甚至从最初的概念设计直到最终的产品成形始终在这样的环境进行。而近 年兴起的可视化、多通道交互和虚拟现实技术等则可以认为是建立于三维空间交互技术的 基石出上。三维空间交互技术的研究主要包括两个方面一是三维图形显示技术，二是三维 空间控制技术。现有的计算机图形学基本解决了三维图形显示的各种技术问题；例如高性 能图形工作站，它能够满足一般应用中三维图形实时动态显示的要求。现阶段，一种基于新 型显示原理的头盔显示器等立体图形显示设备也已经研究成功。相比之下，三维空间控制 技术远比三维图形显示技术复杂和困难，有关研究工作和设备研制也更为落后。常见的三维控制装置有数据手套(Data Glove)、跟踪球(Space Ball)、三维探 针(3D Probers)、三维鼠标器(3D Mouse)和三维操作杆(3D Joystick)等等，目前这些 设备多应用于虚拟现实系统。根据硬件配置不同，虚拟现实系统可以分为桌面系统和临境 (immersive)系统。桌面VR系统基于PC，采用CRT显示器和立体显示技术，所以也称为窗 口中的虚拟现实；控制设备采用二或六自由度鼠标器，通常应用于CAD等应用系统。临境VR 系统基于高性能工作站，利用头盔显示器和数据手套等专用设备将用户与计算机的交互活 动“封闭起来，使用户产生一种身临其境的感受，但这类系统的技术复杂性、应用范围和成 本都大不相同。人们在利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、 触觉等感官的模拟，让使用者如同身历其境一般，可以及时、没有限制地观察三维空间内的 事物。却忽视了一个问题现实世界就是三维立体空间，所有的物体都是三维对象，现有的 三维对象操控技术将虚拟对象和实际对象区分对待，使用不同方式实现控制；即便是虚拟 三维空间和现实三维空间内部对于同类对象的控制方式也存在着差异，比如现实社会中汽 车、挖掘机、塔吊等，控制原理基本相似，都由方向盘等基本组件实现控制，但是为实现这些 不同的控制必须去学习。不同的控制方式增加学习的成本和控制的难度以及降低了机器间信息交互能力。在二维空间对象领域，计算机屏幕、电视和其他二维表面通常用于显示2D可视内 容，例如，文字页面、图像、视频等，也存在控制方式的不统一，比如电视遥控器和鼠标，虽然 实现的类似对象的控制，上年龄的人会用遥控器但是不一定会用鼠标，即技术间的隔阂增 加了学习的难度、技术运用的普及度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种光学成像转换模块、对象 控制系统和控制方法，该对象控制系统采用光学系统投影原理，能够消除虚拟现实三维空 间对象和现实三维空间对象控制装置的差异，以及各二维或三维空间内部不同对象控制装 置的差异，提高通用性并降低人们控制和学习的难度。本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的这种光学成像转换模块，包括光学成像装置以及与该光学成像装置连接的光电传 感子模块，所述光学成像装置包括筒式成像密封仓、人机界面板和透镜组；所述光电传感子 模块包括图像传感器和传感器控制处理电路；所述透镜组、图像传感器和人机界面板均固 定设于成像密封仓内，所述人机界面板和图像传感器分设于透镜组的两侧，所述成像密封 仓在靠近人机界面板的位置还设有补偿光源；所述人机界面板上的影像透过透镜组由图像 传感器接收，所述图像传感器将接收的光信号转换成电信号传送给传感器控制处理电路， 所述传感器控制处理电路控制图像传感器按照一定的采样周期完成人机界面板上影像的 采集及将传感器传递出的信号处理形成数字图像作为光学成像转换模块的输出信号。根据上述的基本结构，本专利技术提出第一种方案为人机界面板设于成像密封仓的 上端开口处，所述补偿光源是可见光源或不可见光源，补偿光源设于人机界面板上方的成 像密封仓的敞口位置，所述人机界面板是一矩形透明板，人机界面板上端面的四周设有一 圈凸起边框，在凸起边框内于透明板的两侧和下部分别设有第一至三直线型凹槽，所述第 一至三直线型凹槽的两端分别设有矩形的移动终止停靠块，所述透明板的上部还排列有一 列按键凸起，所述透明板的中部设有一组旋转凹槽组，所述旋转凹槽组包括多个同心环形 凹槽。上述旋转凹槽组包括有三个同心环形凹槽，分别是圆环形凹槽、第一椭圆环形凹 槽和第二椭圆环形凹槽，所述透明板的中心位置还设有一圆形书写输入区，所述第一椭圆 环形凹槽和第二椭圆环形凹槽的长轴相互垂直；在所述圆环形凹槽的外部区域、于第一至 三直线型凹槽围成的方形区域的四角设有带弧形边楔体；在所述圆环形凹槽的内部区域， 由第一椭圆环形凹槽和第二椭圆环形凹槽分隔成第一至八异型凸起按键。上述旋转凹槽组包括有两个同心圆环形凹槽，该两个同心圆环形凹槽的之间和两 侧分别设有三个圆环凸起，所述两个同心圆环形凹槽的内圈区域为圆形书写输入区。进一步的，上述第一至三直线型凹槽的底面是光滑的平面或者是设有基准刻度线 的底面，所述旋转凹槽组的多个同心环形凹槽的槽底是光滑的平面或者是设有基准刻度线 的底面。本专利技术提出的另一种方案为所述人机界面板是一块设于成像密封仓上端开口处 的圆形透明板，该圆形透明板上端面的外圈区域设有三个同心的圆环形凹槽，该三个圆环形凹槽之间分别设有圆环凸起，处于外圈的圆环形凹槽外沿也设有圆环凸起，所述透明板 的中心区域设有围成矩形的四条直线型凹槽，各直线型凹槽的两端均设有矩形的移动终止 停靠块，四条直线型凹槽围成的矩形区域为书写输入区，所述矩形区域的四角各设有一按 键功能方块；所述圆环形凹槽的底面为光滑平面或者是带有基准刻度的平面；所述直线型 凹槽的底面为光滑平面或者是带有基准刻度的平面；所述矩形区域的底面是光滑平面或者 带有基准刻度的平面。基于以上所述的光学成像转换模块，本专利技术提出一种对象控制系统，包括光学成 像转换模块、图像比对处理模块、信号编码发送模块和信号接受及指令响应模块；所述图像 比对处理模块的输入端连接光学成像转换模块，所述图像比对处理模块的输出端连接有信 号编码发送模块；所述信号编码发送模块的输出端连接信号接受及指令响应模块。所述图像比对处理模块包括微处理器/微控制器和存储器；所述存储器存储各个 采样周期内来自光学成像转换模块中人机界面板的图像以及人机界面板的初始界面图像 和设定操作。所述信号编码发送模块包括相互连接的信号编码本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学成像转换模块，包括光学成像装置以及与该光学成像装置连接的光电传感子模块，其特征在于：所述光学成像装置包括筒式成像密封仓（４）、人机界面板（１）和透镜组（２）；所述光电传感子模块包括图像传感器（３）和传感器控制处理电路；所述透镜组（２）、图像传感器（３）和人机界面板（１）均固定设于成像密封仓（４）内，所述人机界面板（１）和图像传感器（３）分设于透镜组（２）的两侧，所述成像密封仓（４）在靠近人机界面板（１）的位置还设有补偿光源（５）；所述人机界面板（１）上分布着各种凹槽和凸起；所述人机界面板（１）上的影像透过透镜组（２）由图像传感器（３）接收，所述图像传感器（３）利用其内部的光电转换器件将光信号转换成电信号传送给传感器控制处理电路，所述传感器控制处理电路控制图像传感器（３）按照采样周期完成人机界面板（１）上影像的采集及将传感器传递出的信号处理形成数字图像作为光学成像转换模块的输出信号。

【技术特征摘要】
一种光学成像转换模块，包括光学成像装置以及与该光学成像装置连接的光电传感子模块，其特征在于所述光学成像装置包括筒式成像密封仓(4)、人机界面板(1)和透镜组(2)；所述光电传感子模块包括图像传感器(3)和传感器控制处理电路；所述透镜组(2)、图像传感器(3)和人机界面板(1)均固定设于成像密封仓(4)内，所述人机界面板(1)和图像传感器(3)分设于透镜组(2)的两侧，所述成像密封仓(4)在靠近人机界面板(1)的位置还设有补偿光源(5)；所述人机界面板(1)上分布着各种凹槽和凸起；所述人机界面板(1)上的影像透过透镜组(2)由图像传感器(3)接收，所述图像传感器(3)利用其内部的光电转换器件将光信号转换成电信号传送给传感器控制处理电路，所述传感器控制处理电路控制图像传感器(3)按照采样周期完成人机界面板(1)上影像的采集及将传感器传递出的信号处理形成数字图像作为光学成像转换模块的输出信号。2.根据权利要求1所述的光学成像转换模块，其特征在于所述人机界面板(1)设于 成像密封仓(4)的上端开口处，所述补偿光源(5)为可见光源或不可见光源，补偿光源(5) 设于人机界面板(1)上方的成像密封仓(4)的敞口位置，所述人机界面板(1)是一矩形透 明板，人机界面板⑴上端面的四周设有一圈凸起边框(11)，在凸起边框(11)内于透明板 的两侧和下部分别设有第一至三直线型凹槽(X、Y、Z)，所述第一至三直线型凹槽(X、Y、Z) 的两端分别设有矩形的移动终止停靠块(1. 2)，所述透明板的上部还排列有一列按键凸起 (1.7)，所述透明板的中部设有一组旋转凹槽组，所述旋转凹槽组包括多个同心环形凹槽。3.根据权利要求2所述的光学成像转换模块，其特征在于所述旋转凹槽组包括有三 个同心环形凹槽，分别是圆环形凹槽(1.3)、第一椭圆环形凹槽(1.4)和第二椭圆环形凹 槽(1.5)，所述透明板的中心位置还设有一圆形书写输入区(1.6)，所述第一椭圆环形凹槽 (1. 4)和第二椭圆环形凹槽(1. 5)的长轴相互垂直；在所述圆环形凹槽(1. 3)的外部区域、 于第一至三直线型凹槽(X、Y、Z)围成的方形区域的四角设有带弧形边楔体(Al)；在所述圆 环形凹槽(1.3)的内部区域，由第一椭圆环形凹槽(1.4)和第二椭圆环形凹槽(1.5)分隔 成第一至八异型凸起按键(Α2、A3、Α4、Α5、Α6、Α7、Α8、Α9)。4.根据权利要求2所述的光学成像转换模块，其特征在于所述旋转凹槽组包括有两 个同心圆环形凹槽(1.3)，该两个同心圆环形凹槽(1.3)的之间和两侧分别设有三个圆环 凸起(1.8)，所述两个同心圆环形凹槽(1.3)的内圈区域为圆形书写输入区(1.6)。5.根据权利要求2、3或4所述的光学成像转换模块，其特征在于所述第一至三直线 型凹槽(Χ、Υ、Ζ)的底面是光滑的平面或者是设有基准刻度线的底面，所述旋转凹槽组的多 个同心环形凹槽的槽底是光滑的平面或者是设有基准刻度线的底面。6.根据权利要求1所述的光学成像转换模块，其特征在于所述人机界面板(1)是一 块设于成像密封仓(4)上端开口处的圆形透明板，该圆形透明板上端面的外圈区域设有三 个同心的圆环形凹槽(1.3)，该三个圆环形凹槽(1.3)之间分别设有圆环凸起(1.8)，处于 外圈的圆环形凹槽(1.3)外沿也设有圆环凸起(1.8)，所述透明板的中心区域设有围成矩 形的四条直线型凹槽(8)，各直线型凹槽(8)的两端均设有矩形的移动终止停靠块(1.2)， 四条直线型凹槽(8)围成的矩形区域(10)为书写输入区，所述矩形区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：王东，
申请(专利权)人：王东，
类型：发明
国别省市：61[中国|陕西]