專利名稱：交互式顯示器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及交互式顯示器。
背景技術：
現(xiàn)有交互式顯示器包含在一表面上形成圖像的一投影儀或一液晶顯示面板、位于該表面后面的一攝像頭以及用于探測用戶輸入的計算機視覺電路。美國專利申請US2001/0012001 Al揭露了一種這樣的顯示系統(tǒng)。這一系統(tǒng)包含了一半透明屏幕和一紅外線LED(發(fā)光二極管)面板、一 CXD(電荷耦合裝置)攝像頭以及一設于該半透明屏幕背面的投影儀。該攝像頭對紅外線波長起作用，從而當物體相對接近于屏幕或當它們接觸屏幕時，探測反射自在該半透明屏幕另一邊的物體的紅外線。該投影儀
在該屏幕上投射可視圖像光線。投影儀投射的圖像的紅外線成份可以被濾出。因此該投射的圖像不會擾亂該攝像頭。計算機學會(ACM)出版的由伊扎迪等人所著的“薄視覺通過薄外形顯示器集成的光學多點觸摸傳感”揭露了另一種類型的交互式顯示器。在這一公開中，使用了放置于IXD (液晶顯示器)顯示器的背光之后的單獨的紅外線發(fā)射器/探測器對來探測在該LCD顯示器上或附近的物體，該LCD顯示器因此作為交互式顯示器運作。IXD顯示器的使用可以克服許多基于投影儀的交互式屏幕的問題。無論如何，如果要在較大的面積上探測輸入，該揭露的技術需要許多紅外線發(fā)射器/探測器對安裝在系統(tǒng)上，因此這樣的交互式顯示器的生產(chǎn)費力并且可能包含高成本。缺少周圍的紅外線光線時，該顯示器可以通過紅外線照明手段來照亮在它的表面上或附近的物體，但是抵制過度的周圍的紅外線照明很困難。由于陽光或其它強烈的紅外線發(fā)射照明器的存在，例如鹵素燈，使得用紅外線攝像頭探測在該顯示器的表面上的物體復雜化。也就是說，在這種情況下該系統(tǒng)產(chǎn)生的紅外線發(fā)射可能不夠強烈到使附近的物體作為高亮部分出現(xiàn)。例如，一種已知的用于探測觸摸顯示器表面的手指的技術是探測手指的圖像何時變得起皺。擴散屏幕附加在顯示表面上，以便觸摸中的手指阻礙紅外光線被在手指下的該擴散屏幕散播，并且遵循接觸的形狀形成相對清晰的陰影。然而，在強烈的、相干的光線下，例如陽光，任何物體在即使隔開一定距離的攝像頭上投下清晰的陰影。因此，僅僅從陰影的清晰度來探測接觸是不可能的。而且，在強烈的周圍的紅外光線下，攝像頭信號可能與測量的光線齊平，使得通常不可能或至少非常困難來區(qū)分任何有意義的畫面。美國專利申請20080062123A1揭露了一種交互式視頻顯示系統(tǒng)。根據(jù)摘要，該系統(tǒng)使用閃光燈來允許人和投射的視頻圖像之間容易的且沒有阻礙的交互作用。一攝像頭可以同步至該閃光燈，并且該閃光燈可以在紅外線光譜范圍內。處理系統(tǒng)探測在該攝像頭視野內的人的圖像并且控制顯示，從而投射的視頻圖像基于人和投射的視頻圖像之間的交互作用改變。該系統(tǒng)可以在人周圍的表面上投射視頻圖像并且可以基于該人的動作移動在該表面上的投射的視頻圖像。投射的視頻圖像可以包括對人的動作作出反應的計算機生成的字符和/或虛擬物體。
美國專利US6339748B1在它的摘要中揭露了提供一種坐標輸入系統(tǒng)的目的，在例如背投顯示設備的用于圖像顯示的透射式屏幕上賦予了坐標輸入功能，其允許使用較光筆尺寸小和重量輕的光線反射指示器，并改進了使用容易性。該發(fā)明的坐標輸入系統(tǒng)具有紅外線源3，其投射紅外線至用于圖像顯示的透射式屏幕2的背表面上，CXD攝像頭4覆蓋作為感知范圍的透射式屏幕的背表面，并且圖像信息處理電路5自該CCD攝像頭的輸出圖像信息生成位于該透射式屏幕2前面的光線反射指示器I的坐標信息。本發(fā)明的目的在于避免與先前技術相聯(lián)系的問題和/或提供一種對現(xiàn)有技術的替代。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一第一方面，提供了一種交互式顯示裝置，包括圖像層，配置為根據(jù)電子信號向用戶提供可感知的可視圖像； 觸摸表面，其覆蓋該圖像層或由該圖像層形成；圖像捕捉單元，其配置為在特定的不可見頻率范圍內在給定的圖像組捕捉速度來獲取連續(xù)組所捕捉的圖像以表現(xiàn)在該圖像層附近的物體；處理器，配置為從該所捕捉的圖像探測指示物體接觸該觸摸表面的接觸區(qū)域，并從而相應在所捕捉的圖像中引起一組標記；照明單元，配置為以閃爍照明在小于或等于該圖像組捕捉速度的閃光燈速度在該不可見頻率范圍內照明該接觸區(qū)域；該處理器進一步配置為通過識別匹配的來自圖像組的所捕捉圖像的標記的組來探測該接觸區(qū)域，基于-匹配的連續(xù)的所捕捉圖像的標記的組的標記的亮度差別；以及-關于閃爍照明的信息。該圖像層可以配置為穿過具有該不可見頻率范圍的光線。該標記中每一個可以呈現(xiàn)為陰影或高亮部分。該圖像捕捉單元可以配置為通過該圖像層獲得該所捕捉的圖像。作為選擇，該圖像捕捉單元可以形成在該圖像層上或形成于該圖像層前面，以使該圖像層所產(chǎn)生的圖像通過該圖像捕捉單元對用戶可見。該圖像組捕捉速度可以等于該閃光燈速度。該圖像組可以包括兩個或更多圖像。該圖像組的該兩個或更多圖像可以用等于兩鄰近圖像組的接連獲取圖像之間間隔的間隔來獲取。作為選擇，該兩個或更多圖像可以在突發(fā)中獲得，以使圖像組的圖像之間的間隔充分短于獲取該組圖像所經(jīng)歷的時間段除以圖像的數(shù)目。該兩個或更多圖像可以通過使用兩個或更多攝像頭在該突發(fā)中獲得。作為選擇，該兩個或更多圖像可以通過高速攝像頭獲得。好處是，通過在突發(fā)中獲得圖像，能夠減少由以下任一所導致的該組的連續(xù)圖像之間的變化指示物體的移動與圖像層有關；周圍照明的變化；以及在該顯示裝置內電磁干擾的變化。該圖像組捕捉速度可以為每秒20至60圖像組之間。該圖像組捕捉速度可以為，例如,每秒30或60圖像組。
該關于該閃爍照明的信息可以包括了解在該連續(xù)的所捕捉圖像中每個的捕捉期間的該照明的量。這一信息可以包括了解涉及期間該識別單元獲得該所捕捉圖像的時段的該閃爍照明的強度和定時。該照明單元可以配置為照明該指示物體以使來自該組圖像的一第一所捕捉的圖像由該照明單元使用一第一功率照明。來自該組圖像的一第二所捕捉的圖像可以由該照明單元使用大體上不同于該第一功率的一第二功率照明，以使該第二所捕捉的圖像由該照明單元與該第一所捕捉的圖像不同的照明。來自 該組圖像的一第三所捕捉的圖像可以由該照明單兀使用小于該第一和第二功率其中之一并且大于其中另一個的一第三功率照明。該第一功率可以符合于該照明單元的標稱功率。該第二功率可以大體上為零。該第三功率可以大體上為該第一功率和第二功率的平均。根據(jù)本發(fā)明的一第二方面，提供了一種用于交互式顯示裝置的方法，包括根據(jù)電子信號通過圖像層向用戶提供可感知的可視圖像，其中，觸摸表面覆蓋該圖像層或由該圖像層形成；通過圖像捕捉單元，在特定的不可見頻率范圍內在給定的圖像組捕捉速度獲取連續(xù)組所捕捉的圖像以表現(xiàn)在該圖像層附近的物體；從該所捕捉的圖像探測指示物體接觸該觸摸表面的接觸區(qū)域，并從而相應在該所捕捉的圖像中引起一組標記；以閃爍照明在至多該圖像組捕捉速度的閃光燈速度在該不可見頻率范圍內照明該接觸區(qū)域；通過識別匹配的來自圖像組的所捕捉圖像的標記的組來探測該接觸區(qū)域，基于-匹配的連續(xù)的所捕捉圖像的標記的組的標記的亮度差別；以及-關于閃爍照明的信息。根據(jù)本發(fā)明的一第三方面，提供了一種計算機程序，配置為當由計算機執(zhí)行時引起根據(jù)本發(fā)明該第二方面的一種方法。根據(jù)本發(fā)明的一第四方面，提供了一種計算機可讀存儲器媒介，體現(xiàn)有一種計算機程序，當由計算機執(zhí)行時引發(fā)計算機實施根據(jù)本發(fā)明的該第一方面的一種方法。僅關于本發(fā)明的確定方面的本發(fā)明的各種實施例已經(jīng)舉例說明?？梢岳斫猓鄳獙嵤├部梢詰弥疗渌矫婕皩嵤├援a(chǎn)生進一步的非限制舉例。


下面將通過實施例結合相應的附圖來說明本發(fā)明，其中；圖I繪示根據(jù)本發(fā)明一實施例的系統(tǒng)的方框圖；圖2繪示根據(jù)本發(fā)明一實施例在圖I中所示的控制單元的結構的簡化的方框圖；圖3繪示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的示意流程圖，用于舉例說明在晴朗的白天或強烈且相對相干的周圍紅外線光線下，從由紅外線圖像捕捉單元從指示物體后面捕捉的紅外線(IR)圖像確定指示物體的過程中的一第一階段；圖4繪示根據(jù)本發(fā)明一實施例的示意圖，描述了當紅外線照明開啟時，在顯示器上的指示物體和在所捕捉圖像中取決于該指示物體是否觸摸該顯示器作為結果的標記；以及
圖5繪示根據(jù)本發(fā)明一實施例的示意圖，描述了當紅外線照明關閉時，在顯示器上的指示物體和在所捕捉圖像中取決于該指示物體是否觸摸該顯示器作為結果的標記。
具體實施例方式在下面的描述中，同樣的數(shù)字表示同樣的元件。在下面的本發(fā)明的各種實施例的例子中，LCD屏幕作為圖像層的例子使用。該LCD屏幕可以包括形成可視圖像的薄層以及可選擇的還包括其它元件，例如背景照明，紅外線(IR)照明，穿過該屏幕的入射紅外線強度探測，和/或一或更多用于輸出聲音的揚聲器。可以理解，本發(fā)明同樣也可以用任意其它類型的圖像層或者用于更簡單表達的屏幕來實施。通常，圖像層是用于為用戶產(chǎn)生可視圖像的任意手段，例如電子顯示器，顯示投射圖像的屏幕或者攜帶印刷、染色圖像或織物圖像的物質。無論如何，對于通過該圖像層用于探測指示物體的紅外線光線，該圖像層應當是充分透明或半透明的，在下面將更加詳細的加以說明。圖I繪示根據(jù)本發(fā)明一實施例的系統(tǒng)100的方框圖。圖I還繪示用戶113以便于特定順序的描述不同元件。該系統(tǒng)100適合于用作交互式用戶界面裝置，例如，在餐廳中用作內置的動態(tài)菜單，在售票處用作顯示屏幕，或者一般需要交互式顯示和光學指示識別的無論何處。該系統(tǒng)100包括作為最外面的元件或者作為朝向用戶113的觸摸表面101，例如鋼化玻璃板，還有作為顯示屏幕的LCD薄層102以及在該屏幕后面的擴散層103。優(yōu)選的，為了將在這一說明書中更加詳細說明的機器觀察性能理由，該觸摸表面、該屏幕102及該擴散層103都緊密堆疊在一起，以使從該觸摸表面到該擴散層的距離盡可能少。該擴散層103的目的在于傳播來自背景光源(下文中所描述)的光線，以使屏幕上顯示的圖像從許多方向呈現(xiàn)均勻。這一傳播可以用擴散膜或全息背投膜來完成。通過在該屏幕102后面放置擴散層103，與在該屏幕102之前放置擴散層103或省略擴散層103相t匕，可以獲得顯著優(yōu)勢。也就是，該擴散層103減少了從該屏幕102的典型光滑背面的反光，反光可能干擾指示物體的識別。當被用戶113觀看時，設置該擴散層103于屏幕102之后同樣有利，否則因為它在屏幕102和觀察者之間提供了額外的反射表面，由此而損害了圖像質量或特別是對比度。為了支持上述光學元件，提供了外殼104。該外殼104包括連接至側壁106的背壁105。側壁從一端連接至背壁105并且從它們的對立端連接至觸摸表面101、屏幕102和擴散層103。背景光源108可以位于外殼104內作為屏幕102的背景照明。該背景光源108可以包括，例如，其中之一或更多LED燈，光導管，熒光燈，和冷光燈。在一供選擇的實施例中，省略了擴散層103。這可以特別是當通過在其自身內在LCD薄層102上提供了均勻的照明場的冷光燈來提供均勻照明的背景光線的情況下。側壁106可以自內側涂有一些反射材料以傳送最大量的光線至屏幕并且最終至系統(tǒng)的用戶。依靠反射側壁可以避免或至少減少可能帶給屏幕102后面的攝像頭所捕捉的紅外線圖像中的背景光線的陰影。該反射側壁也可以有助于傳送背景光線至屏幕，在某種 程度上在沒有允許用戶通過屏幕觀看系統(tǒng)內的細節(jié)的情況下光線能夠傳播至用戶并且在同時提高了系統(tǒng)的視角。除該反射側壁(或反射外殼)外，該擴散層103可以有助于獲得這一效果。更具體的，該側壁可以為例如鏡壁，在這種情況下，在圖像層上可以獲得圖像的特別良好的一致性。在外殼中，具有在這一特定外殼內的圖像捕捉單元107，一紅外線攝像頭配置為通過擴散層103、屏幕102及觸摸表面101觀看靠近或在觸摸表面101放置的任意物體。圖I中進一步有作為有點區(qū)域繪示的用于紅外線攝像頭的紅外線光線接收空間107'。該攝像頭配置為探測可見光線波長之外的信號。例如，在該攝像頭的鏡頭之前可能有濾光器來提供這一效果。例如，該攝像頭可以基于CXD (電荷耦合裝置)或CMOS (互補金屬一氧化物一半導體)技術。而且，該圖像捕捉單元107可以包括多于一個攝像頭，例如，為了更好的分辨率，為了屏幕和攝像頭之間更小的距離，或為了覆蓋更大的LCD屏幕102。背景光源108和擴散層103之間的距離一般可以取決于攝像頭設置所需的空間。對于更加緊湊尺寸的系統(tǒng)，該距離可以減少，例如，通過向前移動該攝像頭和/或旋轉該攝像頭(以指向遠離屏幕)以及在該攝像頭之前使用鏡子或棱鏡以捕捉屏幕上的活動。作為選擇，圖像捕捉單元107可以由具有許多遍布于平面上的傳感器的平面?zhèn)鞲?結構構成，以識別通過屏幕102的各像素或像素塊的入射光線的強度。這樣的結構也可以兼作屏幕102后面的可見光線和/或紅外線照明，以便背景照明LCD屏幕和/或在弱周圍紅外線照明下照明IXD屏幕之前的物體。假設平面?zhèn)鞲薪Y構作為圖像步驟單元107運作，沒有了如圖I所繪示的紅外線光線接收空間107'，代替為在屏幕和圖像捕捉單元之間僅有小的類似空間。進一步，該圖像捕捉單元可以直接結合至圖像平面，例如，該屏幕。該攝像頭107和紅外線LEDllO從該系統(tǒng)的外面可以不被看見，如果忽略了它們的陰影，例如，由于來自背景光線的高度擴散的照明以及因為該系統(tǒng)的反射內側提供了均勻的進一步的顯示表面的照明。進一步，該擴散層103可以防止用戶看見任何來自該系統(tǒng)內的細節(jié)。與代表性的使用于平面的照明和傳感元件中的多個發(fā)射器/探測器對相比，攝像頭作為紅外線圖像捕捉單元代表性的提供了更經(jīng)濟的解決方案。首先，由一個攝像頭所覆蓋的區(qū)域代表性的需要相對高數(shù)量的發(fā)射器/探測器對，并因此招致了相對高數(shù)量的組件和導線。其次，當使用攝像頭的時候，該系統(tǒng)的生產(chǎn)可以更簡單。另一方面，經(jīng)由在平面圖像捕捉單元中使用發(fā)射器/探測器對，系統(tǒng)的尺寸可以減少，并且不需要根據(jù)屏幕102以所需的角度準確定位和對準攝像頭。該系統(tǒng)100可以進一步包括紅外線反射抑制物109，配置為減少來自背壁以及另外來自任何在攝像頭107之前的元件的紅外線反射。該紅外線反射抑制物109可以包括，舉例來說，例如經(jīng)煙灰覆蓋的鋁板的黑色板放置于背景光源108周圍或在背景光源108后面。作為選擇，該紅外線反射抑制物109可以額外或作為選擇的包括在背景光源108和紅外線光線接收空間107'之間的選擇性的屏幕。額外的，該系統(tǒng)100可以包括不可見光源110，例如用于促進基于紅外線波長的輸入探測的紅外線光源。該不可見光源可以包括例如放置于圖像捕捉單元的視角外的紅外線LED。如果使用攝像頭作為圖像捕捉單元，該不可見光源110可以位于該攝像頭的視野區(qū)域所形成的圓錐體外。另一方面，如果使用在LCD屏幕后面或與LCD屏幕結合的平面圖像捕捉單元，該LCD屏幕自身可以配置為提供穿過它的視野區(qū)域的紅外線照明或者紅外線照明可以配置為這樣產(chǎn)生以使它照明在IXD屏幕的物體而不用首先穿越IXD屏幕。該系統(tǒng)100可以進一步包括用于提供可聽信號至用戶113的音頻揚聲器114。該系統(tǒng)可以配置為，例如，提供輕敲音以指示在觸摸表面101上的確定的輕敲，用于增強可操作系統(tǒng)的用戶體驗并教導用戶當指示物體112的識別為光學執(zhí)行時無需朝觸摸表面應用大力。圖2繪示控制單元111的結構的簡化的方框圖。該控制單元111可以基于，例如，具有適合軟件的通用計算機和/或特別適應的計算裝置。雖然該控制單元111能夠通過基于純硬件的裝置來實施，但是典型的通過利用軟件來產(chǎn)生更經(jīng)濟和快捷。圖2中，控制單元111繪示為包括存儲器201，其包括工作存儲器202、配置為存儲軟件204的非易失存儲器203、描述由系統(tǒng)100和/或在屏幕上不同區(qū)域的指示應當如何對待所提供的內容的描述信息205、以及所需要的設置206，例如系統(tǒng)100的手動或自動校準。該軟件204可以包括以下項目其中任何一個或多個操作系統(tǒng)，設備驅動，顯示描述應用，超文本標記語言剖析器，圖像處理軟件，以及用于可以連接至該系統(tǒng)的不同外部設備的驅動，例如打印機、進一步顯示器、進一步交互式系統(tǒng)100、音頻系統(tǒng)和外部紅外線照明設備(未圖示)。 該控制單元111進一步包括處理器207，配置為通過執(zhí)行由工作存儲器202中的軟件所包含的計算機可執(zhí)行程序代碼來根據(jù)軟件204控制控制單元111的運行。作為選擇，該控制單元可以配置為就地執(zhí)行非易失存儲器中的軟件，在此情況下工作存儲器可以不是必需的。該控制單元進一步包括輸入/輸出單元(I/O) 208，用于與系統(tǒng)100的其它元件交換信號并且可選擇的還與外部設備交換信號。該1/0208可以包括，例如，通用串行總線端口、局域網(wǎng)端口、ISA總線、PCI快速端口、紅外線端口、藍牙元件、及并行端口其中任何一個或多個。作為選擇，為了配置為能夠與外部設備通訊，該系統(tǒng)100可以設有可轉移存儲器接收單元209,例如cd-rom或dvd-rom驅動器、存儲卡讀卡器或記憶棒讀卡器,使得能夠替換非易失存儲器的一部分，例如，用于更新顯示在LCD屏幕102上的信息。為了控制該系統(tǒng)的不同組件的運行并且獲得所捕捉的圖像，該控制單元或者特別是它的輸入/輸出單元208與系統(tǒng)100的其它組件之間具有連接，但是為了使附圖清晰并未在圖中繪示。該控制單元通常具有接收來自攝像頭107的信號、探測是否及何處指示于該觸摸表面101以及典型的還有以標準方式輸出測定的任務，例如仿效計算機繪圖板、鼠標或其它已知的指示裝置。通常，該控制單元運行可以包括下面的行為-控制屏幕顯示期望的圖像給用戶113-控制紅外線燈110根據(jù)要求產(chǎn)生紅外線光線，用于顯示指示物體112，例如用戶113的手指當其接近屏幕時-獲得與來自圖像捕捉單元107的所接收的紅外線光線相一致的信號-從該收到的信號探測在觸摸表面101的該指示物體-基于探測到的輸入執(zhí)行預定義的行為，例如，改變在屏幕102上顯示的圖像或者跟隨與探測到該指示物體的所在區(qū)域相聯(lián)系的超鏈接-探測周圍的紅外線光線量相應的控制紅外線燈110可以理解，雖然該控制單元可以由一個分立單元構成，但是該控制單元111作為選擇可以與任意其它元件結合或者包括兩個或更多的每個用于上述行為其中之一或更多的分立元件。
圖3繪示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的示意流程圖，用于舉例說明從由紅外線圖像捕捉單元107捕捉的紅外線圖像確定指示物體的過程。在該過程中，由控制單元111搜索作為在觸摸表面101的作為典型指示物體112的舉例的用戶的指尖。可以理解，用戶可以將她的手或至少多于一個手指靠在觸摸表面101上，以便可以作為依賴于執(zhí)行如所指示的產(chǎn)生和探測變化清晰度的許多不同的高亮部分或陰影。該過程開始301，此時當攝像頭運行并且另外典型的屏幕102向用戶113顯示一些靜止或移動畫面而且控制單元從攝像頭或者如果圖像捕捉單元107具有模擬輸出就從模擬一數(shù)字轉換器(可能由該控制單元所包括)接收數(shù)字化紅外線圖像。該數(shù)字紅外線圖像典型的包括一組像素以使對應于觸摸表面101的區(qū)域分成X列和y行的矩陣。該矩陣中，每個單元代表一個具有典型為8位深度的值的像素，也就是具有256個不同數(shù)值表示對那個單元由圖像捕捉單元所探測的紅外線亮度。接下來，在步驟302中，識別紅外線圖像中的候選標記。這些標記可以基于給定閾值的亮度不同、亮度達到給定絕對閾值、標記的亮度梯度符合給定的標準或條件，標記的尺寸符合給定的標準或條件、和/或標記的形狀符合給定的標準或條件來確定。 步驟303中，然后從隨后的幀檢查找到的該些候選標記是否表明指示物體在觸摸表面上的可能的移動?？梢岳斫?，在正常使用中，相較于顯示器上不同的可選擇區(qū)域的尺寸，用戶的手可以大量移動。因此，例如兩個手指的標記和手掌的標記在兩個緊接的幀之間已經(jīng)移動是正常的。在一個實施例中，通過測試不同的偏離量并計算相應的價值函數(shù)來檢查在緊接的幀中的標記的匹配。例如，讓我們假設有五個相互之間具有典型距離的候選標記(當手作為指示物體使用時)。在下一幀中，再次找到五個候選標記，但是不在完全相同的位置。然后測試移動第一巾貞的所有候選標記以使第一巾貞的第一候選標記C(l, I)定位至第二巾貞的第一候選標記C(l，2)上。在這種情況下，第一候選標記在兩幀之間具有完美的對應，但是第一幀的其它四個候選標記C(n，I) ；n = 2……5中每一個與第二幀相比在它們的位置上具有一些不同。從每個不同獲得絕對值并且求該些絕對值的和以形成價值因素。類似的，對于剩余四個測試計算價值因素，也就是，第一幀的第一候選標記定位在下一幀的第二候選標記上、第三候選標記上、第四候選標記上以及第五候選標記上。然后最低的價值因素表明匹配的標記，也就是，下一幀的標記與第一幀的標記相一致。該相配的實施例僅是一個簡單的舉例。當然，最佳的匹配的偏移量可以是這樣的，候選標記中沒有一個十分符合下一幀的位置?？梢允褂萌魏卧谙鹊囊阎椒▉碜R別匹配的
I■■己 O在本發(fā)明的一個實施例中，使用不可見光源110的不可見照明是以閃爍方式執(zhí)行或使用閃光燈，以使在每個第n個紅外線圖像捕捉時間期間不可見光源110開啟，而在其它紅外線圖像的紅外線圖像捕捉時間期間該不可見照明關閉或處于降低的強度。因此，緊接的幀中的標記可以具有不同的呈現(xiàn)。例如，可以是在該紅外線圖像的一些部分，在此表示為幀j的任意幀具有兩個標記，由于從指示物體的反射超過周圍的照明，兩個標記都作為高亮部分呈現(xiàn)。在隨后的幀j+1中，該不可見光源110關閉并且該些標記呈現(xiàn)為陰影。在一個實施例中，幀j+1用具有中間功率的不可見光源110來照明，其碰巧導致從指示物體的反射具有大體上與周圍紅外線光線匹配的強度。因此，沒有標記呈現(xiàn)在幀j+1中。然而，幀j和j+2(伴隨紅外線燈110關閉)然后呈現(xiàn)。這樣表面上丟失的標記可以基于幀j和j+2中的可見標記插入。同樣可能的是，與共同移動的指示物體相一致的不同的標記(例如與不同手指相一致)可以呈現(xiàn)不同，歸因于不可見光的間接來源以及擴散層103折射光線的受限的能力。例如，周圍的不可見光線強度可能遠強于由不可見光源110所產(chǎn)生的光線，但是在攝像頭圖像內急劇的完全下降至最高強度的百分之一部分。這種情況下，當從到這樣的非常明亮的周圍光線的來源的直線更遠的移動離開時，明亮的周圍不可見光線(例如來自太陽的光線)變得遠弱于由不可見光源110所產(chǎn)生 的光線。匹配過程可以配置為解決不均勻的周圍光線強度。步驟304中，檢查候選標記是否及其中哪一個很可能符合于接觸的指示物體。計算是基于連續(xù)的幀的匹配標記的亮度的不同以及基于關于閃爍的信息，也就是，該不可見光源110何時及何種強度在運行?？梢岳斫猓摬豢梢姽庠?10的閃爍可以使能自動適應于不同的周圍光線條件。已經(jīng)提到，周圍的光線可能導致在該不可見光線頻率范圍內的不均勻的照明。那么在接觸時可能很容易發(fā)生當該不可見光源110開啟或關閉時指示物體不能與幀的背景區(qū)分開，但是閃爍使得可能在至少一半的幀中探測指示物體的標記。閃爍還有利于使能夠探測可能與觸摸表面接觸放置并且用于配置攝像頭系統(tǒng)和/或向該系統(tǒng)提供信息的所謂的標志片。該標志可以包括，例如，條形碼。閃爍還自動適應于完全不同的周圍光線條件。例如，該系統(tǒng)100可以放置于可以突然打開或關閉的強鹵素燈之下。在非常強且聚焦的光線中，該指示物體投射非常清晰和深的陰影。當指示物體達到與觸摸表面接觸并且反射來自該不可見光源110的光線至攝像頭時，該不可見光源110可以然后產(chǎn)生清楚可區(qū)分的在這樣的陰影的中心的亮度增加。同樣可以理解，兩個連續(xù)的幀不是像素到像素的比較，而是識別和比較候選標記。換句話說，本發(fā)明的一實施例中的鄰接的連續(xù)幀的比較不一定是比較該些幀的相同區(qū)域。因此，當指示物體沿觸摸表面移動時，該比較可能產(chǎn)生遠比直接幀到幀比較清晰的結果。圖4繪示根據(jù)本發(fā)明一實施例的示意圖，描述了當紅外線照明開啟時，在顯示器上的指示物體和在所捕捉圖像中取決于該指示物體是否觸摸該顯示器作為結果的標記。圖5繪示根據(jù)本發(fā)明一實施例的示意圖，描述了當紅外線照明關閉時，在顯示器上的指示物體和在所捕捉圖像中取決于該指示物體是否觸摸該顯示器作為結果的標記。通過圖4和圖5這兩個附圖及作比較來舉例說明。對于兩個不同場景的圖，也就是，該指示物體接觸觸摸表面101以及指示物體進一步遠離(例如離開10厘米)觸摸表面。可以理解，該系統(tǒng)100的運行大大取決于周圍的照明。這種情況下，假設具有相對強且不擴散的光源，例如導致強陰影的單獨的鹵素燈。讓我們考慮圖4。當不可見照明(例如紅外線光線)開啟時，接觸的指尖402 (或其它指示物體)反射光線進入圖像捕捉單元107(圖I中繪示)并且減少該手指在不可見頻率范圍內相對環(huán)境光線所導致的陰影。在指尖處，所捕捉圖像n中的掃描線401經(jīng)歷了從水平I。到水平I1輕微的降低。另一方面，當指尖402未接觸觸摸表面101時，該手指反射很無關緊要的量的光線至圖像捕捉單元107并且該掃描線上的亮度下降至水平12?，F(xiàn)在，該圖像捕捉單元107看見了清晰的陰影。值得注意的是，即使強烈的周圍光線可能阻止或干擾識別指示物體的接觸，反射率的改變可以使能從強度I1和I2的不同清楚的探測接觸。與圖4相比，圖5說明了沒有使用不可見光線照明所捕捉的幀n+1。在此，無論手指是否觸摸了觸摸表面101，指尖導致了沿掃描線401的相似的亮度下降。因此，很難確定手指是否實際上觸摸了屏幕或是靜止的，例如，10厘米或更加遠離觸摸表面101。同樣可以理解，如果圖像在一組變化的照明強度中被捕捉，接觸區(qū)域將呈現(xiàn)相應變化的亮度。因此，一組圖像中的一些圖像可能用變化深度的凹陷來標記接觸，而該組圖像中其它一些圖像可能用隆起來標記接觸，并且有時反射光線可能補償該指示物體的陰影使得呈現(xiàn)凹陷或隆起都沒有。同樣可以理解，如果周圍光線不能被控制，成像頻率范圍內的周圍光線的水平和不可見照明的強度決定接觸是否導致以及導致多大的凹陷或隆起。如前述所解釋，在該不可見照明中使用變化的強度將會確保在每組圖像中至少有一個接觸為可識別的圖像，不管在成像頻率范圍內的周圍光線強度的強度如何。在本發(fā)明的一個實施例中，不可見照明的強度基于測定的成像頻率范圍內的周圍 光線強度來控制。周圍光線強度的測量可以使用圖像的背景像素中的亮度來執(zhí)行。該環(huán)境光線測量可以特別從沒有不可見照明所取得的圖像來執(zhí)行。該不可見照明可以調整至一水平，使得該指示物體應當清晰可確定并考慮到指示物體的正常性能、用于探測接觸區(qū)域的圖像捕捉單元算法的性能、和/或需要減少能源消耗?？梢岳斫?，在這一文件中，單詞包括(comprise)、包含(include)和含有(contain)都用作開放式表示不具有故意的排他性。而且，術語光線(light)在這里可與發(fā)光(radiation)互換。雖然有時使用紅外線光線，但是這一術語僅用來方便解釋術語光線不打算暗示適合由人眼來感知。前述說明書已經(jīng)通過本發(fā)明的特定實現(xiàn)和實施例的非限定舉例的方式，對發(fā)明人目前所計劃的最佳模式提供了用于執(zhí)行本發(fā)明的完整的和有益的說明書。無論如何，熟知本領域的技術人員可以理解，本發(fā)明并不限制于上述實施例的細節(jié)，其可以以使用等同的裝置不偏離本發(fā)明的特征而以其它實施方式來執(zhí)行。而且，上述揭露的本發(fā)明的實施例的一些特征可以無需相應使用其它特征而加以利用。同樣的，前述說明書應當認為僅是對本發(fā)明原理的解釋說明，而不是對其限制。因此，本發(fā)明的范圍僅由附加的專利權利要求來限制。
權利要求
1.一種交互式顯示裝置(100)，包括 圖像層(102)，配置為根據(jù)電子信號向用戶提供可感知的可視圖像； 觸摸表面(101)，其覆蓋該圖像層(102)或由該圖像層(102)形成； 圖像捕捉單元(107)，其配置為在特定的不可見頻率范圍內和在給定的圖像組捕捉速度來獲取連續(xù)組所捕捉的圖像以表現(xiàn)在該圖像層(102)附近的物體； 處理器(111 ;207)，配置為從該所捕捉的圖像探測指示物體(112)接觸該觸摸表面(102)的接觸區(qū)域，并從而相應在所捕捉的圖像中引起一組標記； 其特征在于，該交互式顯示裝置(100)進一步包括 照明單元(110)，配置為以閃爍照明在小于或等于該圖像組捕捉速度的閃光燈速度在該不可見頻率范圍內照明該接觸區(qū)域； 該處理器(111 ；207)進一步配置為通過識別匹配的來自圖像組的所捕捉圖像的標記的組來探測該接觸區(qū)域，基于 -匹配的連續(xù)的所捕捉圖像的標記的組的標記的亮度差別；以及 -關于閃爍照明的信息。
2.如權利要求I所述的交互式顯示裝置(100)，其特征在于該圖像層(102)配置為穿過具有該不可見頻率范圍的光線。
3.如權利要求I或2所述的交互式顯示裝置(100)，其特征在于該標記中每一個呈現(xiàn)為陰影或高亮部分。
4.如前述權利要求中任一項所述的交互式顯示裝置(100)，其特征在于該圖像捕捉單元(107)配置為通過該圖像層獲得該所捕捉的圖像。
5.如權利要求I至3中任一項所述的交互式顯示裝置(100)，其特征在于該圖像捕捉單元形成在該圖像層上或形成于該圖像層前面，以使該圖像層所產(chǎn)生的圖像通過該圖像捕捉單元對用戶可見。
6.如前述權利要求中任一項所述的交互式顯示裝置(100)，其特征在于該圖像組捕捉速度等于該閃光燈速度。
7.如前述權利要求中任一項所述的交互式顯示裝置(100)，其特征在于該圖像組包括兩個或更多圖像。
8.如權利要求7所述的交互式顯示裝置(100)，其特征在于圖像捕捉單元(107)配置為在突發(fā)中獲得該圖像組的該兩個或更多圖像。
9.如前述權利要求中任一項所述的交互式顯示裝置(100)，其特征在于該關于該閃爍照明的信息包括了解在該連續(xù)的所捕捉圖像中每個的捕捉期間的該照明的量。
10.如前述權利要求中任一項所述的交互式顯示裝置(100)，其特征在于該照明單元(107)配置為照明該指示物體以使 來自該組圖像的一第一所捕捉的圖像由該照明單元(107)使用一第一功率照明；來自該組圖像的一第二所捕捉的圖像由該照明單元使用大體上不同于該第一功率的一第二功率照明； 來自該組圖像的一第三所捕捉的圖像由該照明單元使用小于該第一和第二功率其中之一并且大于其中另一個的一第三功率照明。
11.一種用于交互式顯示裝置(100)的方法，包括根據(jù)電子信號在圖像層(102)上向用戶(113)提供可感知的可視圖像，其中，觸摸表面(101)覆蓋該圖像層或由該圖像層形成； 在給定的圖像組捕捉速度和在特定的不可見頻率范圍內獲取連續(xù)組所捕捉的圖像以表現(xiàn)在該圖像層(301)附近的物體(112)； 從該所捕捉的圖像探測指示物體(112)接觸該觸摸表面(101)的接觸區(qū)域，并從而相應在該所捕捉的圖像(302)中引起一組標記；其特征在于 以閃爍照明在小于或等于該圖像組捕捉速度的閃光燈速度在該不可見頻率范圍內照明該接觸區(qū)域； 通過識別匹配的來自圖像組的所捕捉圖像的標記的組來探測(303)該接觸區(qū)域，基 于 -匹配的連續(xù)的所捕捉圖像的標記的組的標記的亮度差別；以及 -關于閃爍照明的信息。
12.如權利要求11所述的方法，其特征在于該圖像組包括兩個或更多圖像并且該方法進一步包括在突發(fā)中獲得該圖像組的該兩個或更多圖像。
13.如權利要求11或12所述的方法，其特征在于通過該圖像層獲得該所捕捉的圖像。
14.如權利要求11至13中任一項所述的方法，其特征在于該圖像組捕捉速度等于該閃光燈速度。
15.如權利要求11-14中任一項所述的方法，其特征在于該關于該閃爍照明的信息包括了解在該連續(xù)的所捕捉圖像中每個的捕捉期間的該照明的量。
全文摘要
一種交互式顯示裝置(100)通過觸摸表面(101)在圖像層(102)上提供給用戶(113)可視圖像。該顯示裝置(100)具有發(fā)射紅外線光線的照明單元(107)，并且通過該觸摸表面捕捉在該觸摸表面附近的物體的紅外線圖像組。該顯示裝置(100)從該紅外線圖像探測指示物體(112)關于該圖像層(102)所位于的接觸區(qū)域并且在該紅外線圖像中投射一相應的陰影。該照明單元(107)交替該紅外線照明以使每個紅外線圖像組具有用不同紅外線照明獲取的圖像。結果是陰影的變化由該交互式顯示裝置(100)使用以探測該指示物體(112)是否接觸該觸摸表面(101)。
文檔編號G09G3/18GK102667689SQ201080041848
公開日2012年9月12日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權日2010年2月9日
發(fā)明者湯米·伊爾莫寧 申請人:多點觸控有限公司