專(zhuān)利名稱(chēng)：電子顯示系統(tǒng)定位方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種電子顯示系統(tǒng)的定位方法及其裝置，尤指一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位準(zhǔn)確，穩(wěn)定可靠，迅速的交互式電子顯示系統(tǒng)的定位方法及其裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有交互式電子顯示系統(tǒng)的定位裝置有多種形式，且各自存在不足。比如國(guó)際公布號(hào)為WO03/081911的專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)了一種光電式定位裝置，它是利用位于透光屏幕后的紅外線探測(cè)裝置捕捉紅外發(fā)光筆發(fā)射的紅外線進(jìn)行定位，其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要使用專(zhuān)用的筆。專(zhuān)利號(hào)為02149761.3的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種利用圍繞電子白板四周的紅外線發(fā)射、接收陣列對(duì)在陣列中移動(dòng)的遮擋物進(jìn)行識(shí)別以及位置捕捉，其結(jié)構(gòu)也很復(fù)雜，而且使用受紅外線發(fā)射、接收陣列中紅外發(fā)射管、接收管使用壽命的影響。美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US2004/0108996公開(kāi)了一種在觸摸屏四角設(shè)置照相機(jī)進(jìn)行定位的結(jié)構(gòu)，但是由于照相機(jī)沒(méi)有參照物，其定位不夠準(zhǔn)確。此外還有諸如電阻式定位、電容式定位、電磁式定位、超聲波定位等技術(shù)，但是也普遍存在系統(tǒng)復(fù)雜、成本高、可靠性差的問(wèn)題。
因此，對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、成本低、反應(yīng)迅速的交互式電子顯示系統(tǒng)的定位方法及其裝置實(shí)為必要。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、成本低、反應(yīng)迅速的交互式電子顯示系統(tǒng)的定位裝置以及采用該裝置的電子顯示系統(tǒng)的定位方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案提供一種電子顯示系統(tǒng)定位裝置，該電子顯示系統(tǒng)的顯示屏邊緣設(shè)置有顏色線，該電子顯示系統(tǒng)還包括圖像信號(hào)處理器，以及與圖像信號(hào)處理器連接且攝像范圍覆蓋全部顯示屏的三個(gè)定位攝像頭。
該攝像頭設(shè)置于顯示屏的對(duì)角位置。該顏色線是設(shè)置在顯示屏邊緣的兩條或兩條以上具有不同可識(shí)別特征，與顯示屏的距離不同的顏色線。該兩條或兩條以上顏色線相互平行，靠近顯示屏的顏色線比距離顯示屏較遠(yuǎn)的顏色線細(xì)。
系統(tǒng)可設(shè)定其中兩個(gè)定位攝像頭來(lái)對(duì)遮擋物進(jìn)行初定位，并將顯示屏分區(qū)，設(shè)定坐標(biāo)，根據(jù)初定位的遮擋物大概中心坐標(biāo)位置所在區(qū)域來(lái)進(jìn)一步選擇精確定位所采用的定位攝像頭，然后以精確定位攝像頭來(lái)對(duì)遮擋物進(jìn)行精確定位以確定其在顯示屏上的精確坐標(biāo)位置，該精確定位可獲得遮擋物在顯示屏的具體位置以及與顯示屏的距離。該電子顯示系統(tǒng)定位方法如下所述提供一種使用所述電子顯示系統(tǒng)定位裝置的電子顯示系統(tǒng)定位方法，其包括以下步驟(1)系統(tǒng)選定初定位攝像頭；(2)系統(tǒng)將顯示屏分區(qū)并設(shè)定坐標(biāo)；(3)圖像信號(hào)處理器根據(jù)初定位攝像頭提供的圖像信息確定遮擋物大概中心坐標(biāo)位置；(4)根據(jù)初定位攝像頭的初定位信息選定精確定位攝像頭；(5)圖像信號(hào)處理器通過(guò)精確定位攝像頭獲取遮擋物在顯示屏上時(shí)顏色線的圖像，并與無(wú)遮擋物時(shí)顏色線的原始圖像進(jìn)行對(duì)比分析，提取遮擋物的位置數(shù)字信息，確定遮擋物精確中心坐標(biāo)位置并識(shí)別操作指令。
系統(tǒng)可對(duì)顯示屏基于直角坐標(biāo)分區(qū)，也可對(duì)顯示屏基于攝像頭非靈敏拍攝角度來(lái)分區(qū)，根據(jù)不同的分區(qū)方法及坐標(biāo)設(shè)定方法相應(yīng)采用不同的定位計(jì)算方法。
定位攝像頭拍攝到遮擋物在顯示屏前對(duì)顏色線的遮擋，可以確定遮擋物的位置，并根據(jù)遮擋物對(duì)不同顏色線的遮擋，判斷遮擋物與顯示屏的距離；將定位攝像頭采集到的遮擋物在顯示屏上時(shí)顏色線的圖像，發(fā)送到圖像信號(hào)處理器中，利用圖像處理方法，與無(wú)遮擋物時(shí)顏色線的原始圖像進(jìn)行對(duì)比分析，提取遮擋物的位置數(shù)字信息，從而可以確定遮擋物的準(zhǔn)確位置；跟蹤遮擋物的移動(dòng)軌跡，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的圖文信息，所得到的圖文信息通過(guò)圖像處理設(shè)備疊加在顯示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中并通過(guò)顯示裝置實(shí)時(shí)顯示出來(lái)，或發(fā)出如鼠標(biāo)點(diǎn)擊、書(shū)寫(xiě)、擦板等交互操作。
為了配合計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備的操作，如光標(biāo)移動(dòng)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊，圖像處理電路把識(shí)別出來(lái)的鼠標(biāo)點(diǎn)擊，光標(biāo)移動(dòng)等動(dòng)作通過(guò)接口發(fā)送給計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，從而完成該動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)以及在顯示屏上的顯示。當(dāng)遮擋物遮擋遠(yuǎn)離顯示屏的顏色線而未遮擋靠近顯示屏的顏色線時(shí)，計(jì)算機(jī)判斷為光標(biāo)跟隨，發(fā)出光標(biāo)跟隨遮擋物的指令。
為避免盲區(qū)，實(shí)現(xiàn)全屏幕上的精確定位，該電子顯示系統(tǒng)可進(jìn)一步設(shè)置有第四個(gè)定位攝像頭，或，該電子顯示系統(tǒng)也可設(shè)置四個(gè)以上的攝像頭。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的電子顯示系統(tǒng)定位方法及其裝置有如下有益效果通過(guò)在顯示屏邊緣設(shè)置三個(gè)定位攝像頭來(lái)對(duì)遮擋物進(jìn)行精確定位，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，該定位方法定位準(zhǔn)確，并且穩(wěn)定可靠反應(yīng)迅速。

圖1是本發(fā)明的顏色線的示意圖；圖2是本發(fā)明遮擋物遮擋遠(yuǎn)離顯示屏的顏色線的示意圖；圖3是本發(fā)明遮擋物遮擋靠近顯示屏的顏色線的示意圖；圖4是本發(fā)明定位攝像頭攝像示意圖；圖5是本發(fā)明的顯示屏基于直角坐標(biāo)分區(qū)的示意圖；圖6是本發(fā)明的顯示屏基于角度分區(qū)的示意圖。
具體實(shí)施方式如圖1及圖4所示，一種電子顯示系統(tǒng)定位裝置，該電子顯示系統(tǒng)包括圖像信號(hào)處理器(圖未示)，以及與圖像信號(hào)處理器連接且攝像范圍覆蓋全部顯示屏的三個(gè)定位攝像頭(1、2、3)，該攝像頭(1、2、3)設(shè)置于顯示屏的邊緣對(duì)角位置。該實(shí)施例中分別安裝在顯示屏的下邊緣兩個(gè)角和右上角，為了提高定位精度，可考慮在顯示屏的前方再安裝第四個(gè)攝像頭(圖未示)，所有攝像頭的攝像范圍全部覆蓋顯示屏。
為了配合攝像頭的定位操作，在顯示屏的四個(gè)邊緣上還需安裝顏色線，為了定位的方便和準(zhǔn)確，更好的區(qū)分各種動(dòng)作，如書(shū)寫(xiě)、點(diǎn)擊、光標(biāo)拖動(dòng)、屏幕擦除等，該顏色線是設(shè)置在顯示屏邊緣的兩條或兩條以上具有不同可識(shí)別特征，與顯示屏的距離不同的顏色線(4、5)。具體來(lái)說(shuō)，該兩條或兩條以上顏色線(4、5)顏色要求不一樣，相互平行，靠近顯示屏的顏色線(5)比距離顯示屏較遠(yuǎn)的顏色線(4)細(xì)，如圖1中所示。
一并參考圖2和圖3，攝像頭1、攝像頭2、攝像頭3拍攝到遮擋物在顯示屏前移動(dòng)時(shí)顏色線(4、5)的圖像后，輸出到DSP/CPLD/FPGA等主處理芯片構(gòu)成的圖像信號(hào)處理器，圖像信號(hào)處理器把攝像頭1、攝像頭2、攝像頭3拍攝到有遮擋物時(shí)顏色線的圖像與沒(méi)有遮擋物顏色線的圖像比較處理，對(duì)遮擋物的位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位。跟蹤遮擋物的移動(dòng)軌跡，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的圖文信息，所得的圖文信息可以通過(guò)信號(hào)處理設(shè)備加在顯示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中并通過(guò)顯示裝置顯示出來(lái)，或發(fā)出其他交互指令。
為了配合計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備的操作，如光標(biāo)移動(dòng)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊，圖像處理電路把識(shí)別出來(lái)的鼠標(biāo)點(diǎn)擊，光標(biāo)移動(dòng)等動(dòng)作通過(guò)接口發(fā)送給計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，從而完成該動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)以及在顯示屏上的顯示。
該使用所述電子顯示系統(tǒng)定位裝置的電子顯示系統(tǒng)定位方法，其包括以下步驟(1)系統(tǒng)選定初定位攝像頭；(2)系統(tǒng)將顯示屏分區(qū)并設(shè)定坐標(biāo)；(3)圖像信號(hào)處理器根據(jù)初定位攝像頭提供的圖像信息確定遮擋物大概中心坐標(biāo)位置；(4)根據(jù)初定位攝像頭的初定位信息選定精確定位攝像頭；(5)圖像信號(hào)處理器通過(guò)精確定位攝像頭獲取遮擋物在顯示屏上時(shí)顏色線的圖像，并與無(wú)遮擋物時(shí)顏色線的原始圖像進(jìn)行對(duì)比分析，提取遮擋物的位置數(shù)字信息，確定遮擋物精確中心坐標(biāo)位置并識(shí)別操作指令。
系統(tǒng)可對(duì)顯示屏基于直角坐標(biāo)分區(qū)，也可對(duì)顯示屏基于攝像頭非靈敏拍攝角度來(lái)分區(qū)，根據(jù)不同的分區(qū)方法及坐標(biāo)設(shè)定方法相應(yīng)采用不同的定位計(jì)算方法。
各種交互動(dòng)作，如書(shū)寫(xiě)，鼠標(biāo)拖動(dòng)，板擦等可依據(jù)以下來(lái)判別，圖示2為遠(yuǎn)離顯示屏的交互動(dòng)作時(shí)，某個(gè)攝像頭拍攝到圖像的示意圖，該動(dòng)作時(shí)，遮擋物6遠(yuǎn)離顯示屏，此時(shí)攝像頭拍攝的圖像表現(xiàn)為遮擋物6對(duì)遠(yuǎn)離顯示屏的顏色線4有遮擋，而對(duì)靠近顯示屏的顏色線5沒(méi)有遮擋，所以可以判斷該交互動(dòng)作的形式是遠(yuǎn)離顯示屏的動(dòng)作，交互動(dòng)作的范圍可以依據(jù)遮擋物的大概中心位置計(jì)算；圖示3為靠近顯示屏的交互動(dòng)作時(shí)，某個(gè)攝像頭拍攝到圖像的示意圖，該動(dòng)作時(shí)，遮擋物6靠近顯示屏，此時(shí)攝像頭拍攝的圖像表現(xiàn)為遮擋物6對(duì)顏色線4、顏色線5都有遮擋，所以可以判斷該交互動(dòng)作的形式是靠近顯示屏的動(dòng)作，交互動(dòng)作的范圍可以依據(jù)遮擋物的大概中心位置計(jì)算。
請(qǐng)結(jié)合參考圖5，系統(tǒng)可設(shè)定其中兩個(gè)定位攝像頭(1、2)來(lái)對(duì)遮擋物進(jìn)行初定位，并將顯示屏分區(qū)，設(shè)定坐標(biāo)，根據(jù)初定位的遮擋物6大概中心坐標(biāo)位置所在區(qū)域來(lái)進(jìn)一步選擇精確定位所采用的定位攝像頭(攝像頭2和3，或攝像頭1和3，或攝像頭1和2)，然后以精確定位攝像頭來(lái)對(duì)遮擋物進(jìn)行精確定位以確定其在顯示屏上的精確坐標(biāo)位置，該精確定位可獲得遮擋物6在顯示屏的具體位置以及與顯示屏的距離。
圖4為遮擋物在顯示屏上某位置時(shí)，攝像頭1，攝像頭2，攝像頭3拍攝圖像的幾何示意圖，由解析幾何可以得到遮擋物的大概中心點(diǎn)的坐標(biāo)O的位置為由攝像頭1和攝像頭2定位時(shí)X＝W*tgΦ/(tgβ+tgΦ)；Y＝W*tgβ*tgΦ/(tgβ+tgΦ)；由攝像頭2和攝像頭3定位時(shí)X＝W-H*tgα*ctgΦ/(tgα+ctgΦ)；Y＝H*tgα/(tgα+ctgΦ)；由攝像頭1和攝像頭3定位時(shí)X＝W-(H-W*tgβ)/(ctgα-tgβ)；Y＝(W-(H-W*tgβ)/(ctgα-tgβ))*tgβ；把攝像頭拍攝到的有遮擋物時(shí)的圖像與沒(méi)有遮擋物的圖像比較可得到α＝(α1+α2)/2；β＝(β1+β2)/2；Φ＝(Φ1+Φ2)/2；W，H可實(shí)際測(cè)顯示屏的寬度和高度得到；由以上可知有三種定位方法，可以選用以下定位原則考慮到基于攝像頭1和攝像頭2定位的運(yùn)算量相比其他兩種較少，可以先由這種定位方式初定位遮擋物的大概中心坐標(biāo)(X，Y1)，然后與顯示屏中心點(diǎn)坐標(biāo)(W/2，H/2)和D，E，F(xiàn)分區(qū)點(diǎn)坐標(biāo)(P，Q)比較(D，E，F(xiàn)分區(qū)點(diǎn)的坐標(biāo)P，Q可以依據(jù)具體的屏由試驗(yàn)得到最佳點(diǎn))X≤W/2，Y≤H/2時(shí)，遮擋物落在A區(qū)采用攝像頭2和攝像頭3重新精確定位；
X＞W(wǎng)/2，Y≤H/2時(shí)，遮擋物落在B區(qū)時(shí)采用攝像頭1和攝像頭3重新精確定位；X≥W/2，Y＞H/2時(shí)，遮擋物落在C區(qū)時(shí)直接采用攝像頭1和攝像頭2的定位值；X≤W/2，H/2＜Y≤Q時(shí)，遮擋物落在D區(qū)時(shí)采用攝像頭2和攝像頭3重新精確定位；W/2＞X＞P，Y＞Q時(shí)，遮擋物落在E區(qū)時(shí)直接采用攝像頭1和攝像頭2的定位值；X≤P，Y＞Q時(shí)，遮擋物落在F區(qū)時(shí)可考慮用攝像頭1和攝像頭2或者是攝像頭2和攝像頭3定位，可以由具體的顯示屏來(lái)選擇；精確定位了遮擋物的中心坐標(biāo)后，可得到遮擋物的大小為2*SIN((β-β1)/2)*(X2+Y2)(考慮遮擋物為圓形)該定位裝置中遮擋物位置也可以基于攝像頭1，攝像頭2，攝像頭3的非靈敏拍攝角度區(qū)來(lái)分區(qū)，如圖6示。
圖6中的βmin，βmax，Φmin，Φmax，αmin，αmax可根據(jù)具體的屏幕尺寸和攝像頭的攝像范圍，通過(guò)試驗(yàn)得出一個(gè)最佳值。β＜βmin或β＞βmax為攝像頭1的攝像非靈敏區(qū)，Φ＜Φmin或Φ＞Φmax為攝像頭2的攝像非靈敏區(qū)，α＜αmin或α＞αmax為攝像頭3的攝像非靈敏區(qū)。
先選擇攝像頭1，攝像頭2計(jì)算出遮擋物的中心坐標(biāo)(X，Y)，然后依據(jù)該坐標(biāo)計(jì)算β＝arctgY/X；Φ＝arctgY/(W-X)；α＝arctg(W-X)/(H-Y)；當(dāng)(X，Y)∈{β＜βmin∩Φ＜Φmin}，遮擋物在攝像頭1和攝像頭2的攝像非靈敏區(qū)，可再選用攝像頭1和攝像頭3或攝像頭2和攝像頭3進(jìn)行重新定位；當(dāng)(X，Y)∈{β＜βmin∩α＜αmin}，(X，Y)∈{β＞βmax∩α＞αmax}，遮擋物在攝像頭1和攝像頭3的攝像非靈敏區(qū)，可再選用攝像頭2和攝像頭1或攝像頭2和攝像頭3進(jìn)行重新定位；
當(dāng)(X，Y)∈{Φ＞Φmax∩α＜αmin}，遮擋物在攝像頭1和攝像頭3的攝像非靈敏區(qū)，可再選用攝像頭2和攝像頭1或攝像頭2和攝像頭3進(jìn)行重新定位；由于攝像頭的攝像范圍為整個(gè)顯示屏，所以{β＞βmax∩Φ＜Φmin}，{Φ＞Φmax∩α＞αmax}，{Φ＜Φmin∩α＜αmin}所組成的面積很小，可以認(rèn)為三個(gè)攝像頭可以靈敏拍攝到。
權(quán)利要求
1.一種電子顯示系統(tǒng)定位裝置，其特征在于，該電子顯示系統(tǒng)的顯示屏邊緣設(shè)置有顏色線，該電子顯示系統(tǒng)還包括圖像信號(hào)處理器，以及與圖像信號(hào)處理器連接且攝像范圍覆蓋全部顯示屏的三個(gè)定位攝像頭(1、2、3)。
2.如權(quán)利要求1所述的電子顯示系統(tǒng)定位裝置，其特征在于，該顏色線是設(shè)置在顯示屏邊緣的兩條或兩條以上具有不同可識(shí)別特征，與顯示屏的距離不同的顏色線(4、5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子顯示系統(tǒng)定位裝置，其特征在于當(dāng)遮擋物(6)遮擋遠(yuǎn)離顯示屏的顏色線(4)而未遮擋靠近顯示屏的顏色線(5)時(shí)，系統(tǒng)處理器判斷為光標(biāo)跟隨，發(fā)出光標(biāo)跟隨遮擋物的指令。
4.如權(quán)利要求2所述的電子顯示系統(tǒng)定位裝置，其特征在于，該兩條或兩條以上顏色線(4、5)相互平行，且靠近顯示屏的顏色線(5)比距離顯示屏較遠(yuǎn)的顏色線(4)細(xì)。
5.如權(quán)利要求1所述的電子顯示系統(tǒng)定位裝置，其特征在于，該攝像頭(1、2、3)設(shè)置于顯示屏的對(duì)角位置。
6.如權(quán)利要求1所述的電子顯示系統(tǒng)定位裝置，其特征在于，該電子顯示系統(tǒng)進(jìn)一步設(shè)置有第四個(gè)定位攝像頭。
7.一種使用如權(quán)利要求1所述電子顯示系統(tǒng)定位裝置的電子顯示系統(tǒng)定位方法，其特征在于，其包括以下步驟(1)系統(tǒng)選定初定位攝像頭；(2)系統(tǒng)將顯示屏分區(qū)并設(shè)定坐標(biāo)；(3)圖像信號(hào)處理器根據(jù)初定位攝像頭提供的圖像信息確定遮擋物大概中心坐標(biāo)位置；(4)根據(jù)初定位攝像頭的初定位信息選定精確定位攝像頭；(5)圖像信號(hào)處理器通過(guò)精確定位攝像頭獲取遮擋物在顯示屏上時(shí)顏色線的圖像，并與無(wú)遮擋物時(shí)顏色線的原始圖像進(jìn)行對(duì)比分析，提取遮擋物的位置數(shù)字信息，確定遮擋物精確中心坐標(biāo)位置并識(shí)別操作指令。
8.如權(quán)利要求7所述的電子顯示系統(tǒng)定位方法，其特征在于，系統(tǒng)可對(duì)顯示屏基于直角坐標(biāo)分區(qū)。
9.如權(quán)利要求7所述的電子顯示系統(tǒng)定位方法，其特征在于，系統(tǒng)可對(duì)顯示屏基于攝像頭非靈敏拍攝角度來(lái)分區(qū)。
全文摘要
一種電子顯示系統(tǒng)定位裝置及定位方法，該電子顯示系統(tǒng)包括圖像信號(hào)處理器以及與圖像信號(hào)處理器連接且攝像范圍覆蓋全部顯示屏的三個(gè)定位攝像頭，顯示屏邊緣設(shè)置有顏色線。該定位方法包括(1)系統(tǒng)選定初定位攝像頭；(2)系統(tǒng)將顯示屏分區(qū)并設(shè)定坐標(biāo)；(3)圖像信號(hào)處理器根據(jù)初定位攝像頭提供的圖像信息確定遮擋物大概中心坐標(biāo)位置；(4)根據(jù)初定位攝像頭的初定位信息選定精確定位攝像頭；(5)圖像信號(hào)處理器通過(guò)精確定位攝像頭獲取遮擋物的位置數(shù)字信息，確定遮擋物精確中心坐標(biāo)位置。本發(fā)明電子顯示系統(tǒng)定位裝置及定位方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠、成本低、反應(yīng)迅速等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04N5/232GK1746837SQ20051010025
公開(kāi)日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2005年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月12日
發(fā)明者盧如西 申請(qǐng)人:廣東威創(chuàng)日新電子有限公司