專利名稱：交互輸入系統(tǒng)和用于交互輸入系統(tǒng)的照明組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交互輸入系統(tǒng)和用于交互輸入系統(tǒng)的照明組件。
背景技術(shù)：
允許用戶使用有源指示器(例如，發(fā)出光、聲音或其他信號(hào)的指示器)、無源 指示器(例如，手指、觸棒或其他物體)或諸如鼠標(biāo)或軌跡球的其他適當(dāng)輸入裝置來向 應(yīng)用程序注入輸入的交互輸入系統(tǒng)是公知的。這些交互輸入系統(tǒng)包括但是不限于觸 摸系統(tǒng)，其包括觸摸板，該觸摸板使用模擬電阻或機(jī)器視覺技術(shù)來注冊(cè)指示器輸入，諸 如在美國(guó)專利 No.5,448,263、6,141,000、6,337,681、6,747,636、6,803,906、7,232,986、 7,236,162和7,274,356和在美國(guó)專利申請(qǐng)公布No.2004/0179001中公開的那些，美國(guó) 專利申請(qǐng)公布No.2004/0179001被轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓方加拿大的Alberta的SMART Technologies ULC ofCalgary,其內(nèi)容通過引用被并入；觸摸系統(tǒng)，包括觸摸板，該觸摸 板使用電磁、電容、聲音或其他技術(shù)來注冊(cè)指示器輸入；平板個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)；膝上型 PC ；個(gè)人數(shù)字助理(PDA)；以及其他類似裝置。上述并入的Morrison等的美國(guó)專利No.6,803,906公開了一種觸摸系統(tǒng)，該觸摸
系統(tǒng)使用機(jī)器視覺來檢測(cè)與呈現(xiàn)了計(jì)算機(jī)生成圖像的觸摸表面的指示器交互。矩形邊框 或框架圍繞接觸表面，并且在其角部支撐數(shù)字照相機(jī)。數(shù)字照相機(jī)具有重疊的視場(chǎng)，該 視場(chǎng)包圍并觀察大體整個(gè)觸摸表面。數(shù)字照相機(jī)從不同的有利位置獲取觀看整個(gè)觸摸表 面的圖像，并且產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。由數(shù)字照相機(jī)獲取的圖像數(shù)據(jù)被機(jī)載數(shù)字信號(hào)處理器處 理，以確定在所捕獲的圖像數(shù)據(jù)中是否存在指示器。當(dāng)確定在所捕獲的圖像數(shù)據(jù)中存在 指示器時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理器向主控制器傳送指示器特性數(shù)據(jù)，主控制器繼而處理該指示 器特性數(shù)據(jù)以使用三角測(cè)量確定指示器在(χ，y)坐標(biāo)上相對(duì)于觸摸表面的位置。指示器 坐標(biāo)被傳送到執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序的計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)使用指示器坐標(biāo)來更新在觸摸 表面上呈現(xiàn)的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像。在觸摸表面上的指示器接觸因此可以被記錄為書寫或 圖畫，或用于控制由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的應(yīng)用程序的執(zhí)行。Morrison等的美國(guó)專利申請(qǐng)公布No.2004/0179001公開了一種觸摸系統(tǒng)和方法，
在用于接觸觸摸表面的無源指示器之間做區(qū)分，從而可以根據(jù)用于接觸觸摸表面的指示 器的類型來處理響應(yīng)于與觸摸表面接觸的指示器而產(chǎn)生的指示器位置數(shù)據(jù)。觸摸系統(tǒng)包 括由無源指示器接觸的觸摸表面；以及，至少一個(gè)成像裝置，其具有一般地沿觸摸表 面觀看的視場(chǎng)。至少一個(gè)處理器與至少一個(gè)成像裝置進(jìn)行通信，并且分析由所述至少一 個(gè)成像裝置獲取的圖像，以確定用于接觸觸摸表面的指示器的類型和其中進(jìn)行指示器接 觸的在觸摸表面上的位置。所確定的指示器類型和其中進(jìn)行指示器接觸的在觸摸表面上 的位置被計(jì)算機(jī)用于控制由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的應(yīng)用程序的執(zhí)行。為了確定與觸摸表面接觸的指示器的類型，在一個(gè)實(shí)施例中，使用生長(zhǎng)曲線方 法來在不同的指示器之間相區(qū)別。在這個(gè)方法期間，通過計(jì)算沿著在每一個(gè)獲取的圖像 中的每行像素的和來形成水平強(qiáng)度分布(HIP)，由此產(chǎn)生具有與所獲取的圖像的行維數(shù)數(shù)目相等的大量點(diǎn)的一維曲線。然后，通過從HIP形成累積和來從HIP產(chǎn)生生長(zhǎng)曲線。雖然無源觸摸系統(tǒng)提供了相對(duì)于有源觸摸系統(tǒng)的一些優(yōu)點(diǎn)并且工作得極好，但 是結(jié)合觸摸系統(tǒng)而使用有源和無源指示器提供了更直觀的輸入形態(tài)，并且減少了處理器 的數(shù)量和/或處理器負(fù)載。已經(jīng)考慮了具有多個(gè)輸入形態(tài)的基于照相機(jī)的觸摸系統(tǒng)。例如，Ogawa的美國(guó) 專利No.7,202,860公開了一種基于照相機(jī)的坐標(biāo)輸入裝置，該裝置允許使用指示器或手指 的坐標(biāo)輸入。該坐標(biāo)輸入裝置包括位于顯示屏幕的左上和右上角的一對(duì)照相機(jī)。每一個(gè) 照相機(jī)的視場(chǎng)與顯示屏幕平行地延伸到顯示屏幕的對(duì)角相對(duì)的角部。紅外發(fā)光二極管被 布置得鄰近每一個(gè)照相機(jī)的成像鏡頭，并且照明顯示屏幕的周圍區(qū)域。在顯示屏幕的三 側(cè)上設(shè)置了輪廓框。在輪廓框上窄寬度回射帶被布置得鄰近顯示屏幕。非反射黑色帶 沿著回射帶并且與回射帶接觸地被附接到輪廓框?；厣鋷Х瓷鋪碜约t外線發(fā)光二極管的 光，允許反射光被獲取為強(qiáng)白光。當(dāng)用戶的手指接近顯示屏幕放置時(shí)，手指表現(xiàn)為在回 射帶的圖像上的陰影。來自兩個(gè)照相機(jī)的視頻信號(hào)被饋送到控制電路，控制電路檢測(cè)在回射帶的白色 圖像和輪廓框之間的邊界。選擇鄰近邊界的白色圖像的像素的水平線。像素的水平線包 含與其中用戶手指接觸顯示屏幕的位置相關(guān)的信息?？刂齐娐反_定觸摸位置的坐標(biāo)，然 后向計(jì)算機(jī)發(fā)送坐標(biāo)值。當(dāng)具有回射尖端的筆觸摸顯示屏幕時(shí)，從其反射的光強(qiáng)得足以被顯示為白光。 結(jié)果產(chǎn)生的圖像與回射帶的圖像沒有區(qū)別。然而，容易相對(duì)于黑色帶的圖像區(qū)分結(jié)果產(chǎn) 生的圖像。在該情況下，選擇鄰近輪廓幀的邊界的黑色圖像的一行像素，因?yàn)樵撔邢袼?的信號(hào)包含與其中筆與顯示屏幕接觸的位置相關(guān)的信息?？刂齐娐反_定筆的接觸位置的 坐標(biāo)值，然后向計(jì)算機(jī)發(fā)送該坐標(biāo)值。雖然Ogawa能夠確定在兩個(gè)無源指示器之間的差別，但是Ogawa系統(tǒng)受到當(dāng)檢 測(cè)到擋住由回射帶反射的照明的手指時(shí)的缺點(diǎn)的影響。Ogawa系統(tǒng)的幾何形狀不允許回 射帶最佳地執(zhí)行，結(jié)果，回射帶的白色圖像可以在其長(zhǎng)度上改變強(qiáng)度。已經(jīng)考慮到將多 個(gè)發(fā)光二極管布置在間隔開的位置，每一個(gè)發(fā)光二極管負(fù)責(zé)照明輪廓框的一部分。在該 情況下，根據(jù)發(fā)光二極管是否負(fù)責(zé)照明輪廓框的近部分或輪廓框的遠(yuǎn)部分來調(diào)整各個(gè)發(fā) 光二極管的功率輸出?？梢悦靼?，期望交互輸入系統(tǒng)的改進(jìn)的照明設(shè)計(jì)。因此，本發(fā)明的目的是至少提供一種新穎的交互輸入系統(tǒng)和用于該交互輸入系 統(tǒng)的新穎的照明組件。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在一個(gè)方面，提供了一種照明組件，包括至少兩個(gè)接近的輻射源，用于 把輻射引導(dǎo)到關(guān)注區(qū)域(region ofinterest)，每個(gè)所述輻射源具有不同的發(fā)射角。在一個(gè)實(shí)施例中，所述輻射源鄰近所述交互輸入系統(tǒng)的成像組件，所述成像組 件捕獲所述關(guān)注區(qū)域的圖像。所述輻射源的每一個(gè)接近所述成像組件的中線。所述輻射 源被安裝在位于所述成像組件上的板上。所述板中具有開口，所述成像組件通過所述開 口來觀看。所述輻射源在所述開口的相反側(cè)上被安裝在所述板上。具有窄發(fā)射角的所述 輻射源位于成像組件的視場(chǎng)中。遮護(hù)板阻止來自具有窄發(fā)射角的所述輻射源的雜散光照
5射在所述成像組件上。在另一個(gè)實(shí)施例中，透鏡與所述輻射源的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)。在由所述相關(guān)聯(lián)的 輻射源發(fā)射的照明進(jìn)入所述關(guān)注區(qū)域之前，所述透鏡整形所述照明。所述透鏡被成形以 提供反射部件，其改向遠(yuǎn)光軸照明射線；以及，折射部件，其改向近光軸照明射線。根據(jù)另一個(gè)方面，提供了一種照明組件，包括至少一個(gè)輻射源，所述至少一 個(gè)輻射源發(fā)射具有近朗伯方向性圖的照明；以及，與所述輻射源相關(guān)聯(lián)的透鏡，其整形 由所述輻射源發(fā)射的照明，以減少沿著所選擇的軸線的散開的照明射線。根據(jù)另一個(gè)方面，提供了一種交互輸入系統(tǒng)，包括至少一個(gè)成像裝置，用于 捕獲至少部分地被反射邊框圍繞的關(guān)注區(qū)域的圖像；以及，至少兩個(gè)輻射源，用于把輻 射引導(dǎo)到所述關(guān)注區(qū)域，所述輻射源的每一個(gè)具有不同的發(fā)射角。


現(xiàn)在參考附圖更全面地描述實(shí)施例，其中圖1是交互輸入系統(tǒng)的透視圖；圖2是圖1的交互輸入系統(tǒng)的示意正視圖；圖3是形成圖1的交互輸入系統(tǒng)的一部分的成像組件的框圖；圖4是形成圖3的成像組件的一部分的電流控制和IR光源的框圖，該IR光源包 括兩個(gè)發(fā)光二極管；圖5是:[R光源的側(cè)視圖；圖6是:[R光源的透視圖；圖7是示出由:[R光源發(fā)射的照明的發(fā)射角的示意圖；圖8是形成圖1的交互輸入系統(tǒng)的一部分的邊框分段的一部分的正視圖；圖9是形成圖1的交互輸入系統(tǒng)的一部分的數(shù)字信號(hào)處理器的框圖；圖IOa至IOc是由圖3的成像組件捕獲的圖像幀；圖Ila至Ilc示出對(duì)于圖IOa至IOc的圖像幀的像素列計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化的VIPdaric、 VIPretro和D(X)值的圖表。圖12是結(jié)合圖1的交互輸入系統(tǒng)使用的筆具的側(cè)視圖；圖13是與IR光源的發(fā)光二極管一起使用的透鏡的側(cè)視圖；圖14是圖13的透鏡的正視圖；圖15是沿著線15-15所取的圖13的截面；圖16是沿著線16-16所取的圖13的截面；圖17是圖13的透鏡的等距視圖；以及圖18是示出由與圖13的透鏡適配的發(fā)光二極管發(fā)射的光的路徑的透視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1和2，允許用戶向應(yīng)用程序內(nèi)注入諸如“墨水”這樣的輸入的交互 輸入系統(tǒng)被示出，并且一般被附圖標(biāo)記20表示。在這個(gè)實(shí)施例中，交互輸入系統(tǒng)20包 括組件22，其接合顯示單元(未示出)，諸如等離子體電視、液晶顯示(LCD)裝置、 平板顯示裝置、陰極射線管等，并且組件22圍繞顯示單元的顯示表面24。組件22使用機(jī)器視覺來檢測(cè)接近顯示表面24進(jìn)入關(guān)注區(qū)域內(nèi)的指示器，并且經(jīng)由通信線28來與至少 一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)單元26進(jìn)行通信。可以以串行總線、并行總線、通用串行 總線(USB)、以太網(wǎng)連接或其他適當(dāng)?shù)挠芯€連接來具體實(shí)現(xiàn)通信線28。DSP單元26繼 而經(jīng)由USB電纜32來與執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序的計(jì)算機(jī)30進(jìn)行通信。替代地，DSP 單元26可以通過諸如并行總線、RS-232連接、以太網(wǎng)連接等的另一有線連接來與計(jì)算機(jī) 30進(jìn)行通信，或可以通過使用諸如藍(lán)牙、WiFi、ZigBee> ANT、IEEE802.15.4、Z-Wave 等的適當(dāng)無線協(xié)議的無線連接來與計(jì)算機(jī)30進(jìn)行通信。計(jì)算機(jī)30處理經(jīng)由DSP單元26 接收的組件22的輸出，并且調(diào)整向顯示單元輸出的圖像數(shù)據(jù)，使得在顯示表面24上呈現(xiàn) 的圖像反映指示器行為。以這種方式，組件22、DSP單元26和計(jì)算機(jī)30允許將接近顯 示表面24的指示器行為被記錄為文字或附圖或用于控制由計(jì)算機(jī)30執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)應(yīng) 用程序的執(zhí)行。組件22包括與顯示單元集成或附接到顯示單元的框組件，并且圍繞顯示表面 24?？蚪M件包括邊框，該邊框具有三個(gè)邊框分段40至44、四個(gè)角件46和一個(gè)筆具托盤 分段48。邊框分段40和42沿著顯示表面24的相對(duì)的側(cè)邊延伸，而邊框分段44沿著顯 示表面24的上邊延伸。托盤分段48沿著顯示表面24的下邊延伸并且支撐一個(gè)或多個(gè)有 源筆具P。鄰近顯示表面24的左上和右上角的角件46將邊框分段40和42耦合到邊框分 段44。鄰近顯示表面24的左下和右下角的角件46將邊框分段40和42耦合到托盤分段 48。在這個(gè)實(shí)施例中，鄰近顯示表面24的左下和右下角的角件46容納成像組件60，成 像組件60從不同的有利位置大體跨越整個(gè)顯示表面24來觀看。邊框分段40至44被定 向使得它們的面向內(nèi)的表面被成像組件60看到?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，成像組件60之一被更好地圖示。可以看出，成像組件60包括圖 像傳感器70，諸如由Micran制造的、在型號(hào)No.MT9V022下的圖像傳感器，其配備了由 Boowon制造的、在型號(hào)NO.BW25B下的類型880nm透鏡。該透鏡上具有IR通過/可見 光阻擋濾光器(未示出)，并且為圖像傳感器70提供了 98度視場(chǎng)，使得圖像傳感器70看 到整個(gè)顯示表面24。圖像傳感器70連接到連接器72，連接器72經(jīng)由I2C串行總線來接 納通信線28之一。圖像傳感器70也連接到存儲(chǔ)圖像傳感器校準(zhǔn)參數(shù)的電子可擦除可編 程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM) 74，并且連接到時(shí)鐘(CLK)接收器76、串行化器78和電流控 制模塊80。時(shí)鐘接收器76和串行化器78也連接到連接器72。電流控制模塊80也連接 到紅外線(IR)光源82，以向關(guān)注區(qū)域和相關(guān)聯(lián)的透鏡組件提供照明，其中，紅外線(IR) 光源82包括多個(gè)IR發(fā)光二極管(LED)或其他適當(dāng)?shù)妮椛湓?，并且電流控制模塊80還連 接到電源84和連接器72。時(shí)鐘接收器76和串行化器78使用低壓差分信號(hào)(LVDS)來使得能夠通過便宜的 電纜與DSP單元26的高速通信。時(shí)鐘接收器76從DSP單元26接收定時(shí)信息，并且向 圖像傳感器70提供時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)確定圖像傳感器70捕獲和輸出圖像幀的速率。 由圖像傳感器70輸出的每一個(gè)圖像幀被串行化器78串行化，并且經(jīng)由連接器72和通信 線28被輸出到DSP單元26。現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖4至6，更好地圖示了電流控制模塊80和:[R光源82?？梢钥吹?，電 流控制模塊80包括連接到電源84和IR光源82的線性電源調(diào)節(jié)器80a。電源調(diào)節(jié)器80a 接收來自電流控制和通/斷開關(guān)80c的反饋電壓80b，電流控制和通/斷開關(guān)80c也連接
7到IR光源82。在這個(gè)實(shí)施例中，IR光源82分別包括一對(duì)市售的紅外線發(fā)光二極管(LED)82a 和82b。IRLED 82a和82b被安裝在位于圖像傳感器70上方的板82c上。板82c幫助圖 像傳感器70避開環(huán)境光和來自外部光源的光，并且其中具有矩形開口 82d，圖像傳感器 70通過該矩形開口 82d來觀看，向該圖像傳感器給予關(guān)注區(qū)域和邊框分段40至44的無 阻擋的視圖。每一個(gè)IR LED接近圖像傳感器的中線位于圖像傳感器70的相反側(cè)上。IR LED 82a是寬束LED，并且具有等于大約120°的輻射發(fā)射角。IRLED 82b是窄束LED， 并且具有等于大約26°的輻射發(fā)射角。該窄束IRLED 82b被安裝在遮護(hù)板82e上，遮護(hù) 板82e將窄束:tR LED 82b定位在圖像傳感器70之前。遮護(hù)板82e阻止來自窄束:tR LED 82b的雜散光直接地照到圖像傳感器70。寬束IR LED 82將IR照明大體發(fā)射在整個(gè)關(guān)注區(qū)域上。窄束[RLED82b目標(biāo)在 于使得由其發(fā)射的IR照明被引導(dǎo)朝向在顯示表面24的相對(duì)對(duì)角相交的邊框分段部分，如 圖7中所示。以這種方式，距離IR光源82最遠(yuǎn)的邊框分段40至44的部分接收另外的 照明，以便大致均勻地照明邊框分段，圖8示出邊框分段40至44之一的面向內(nèi)的表面100的一部分?？梢钥闯?，面向 內(nèi)的表面100被劃分為多個(gè)大體水平的條或帶，其中每一個(gè)帶具有不同的光學(xué)屬性。在 這個(gè)實(shí)施例中，邊框分段的面向內(nèi)的表面100被劃分為兩(2)個(gè)帶102和104。最鄰近顯 示表面24的帶102由回射材料形成，距離顯示表面24最遠(yuǎn)的帶104由紅外線(IR)輻射 吸收材料形成。為了最佳地利用回射材料的屬性，邊框分段40至44被定向使得它們的 面向內(nèi)的表面在與顯示表面24的平面大體垂直的平面中延伸。現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖9，更好地圖示DSP單元26?？梢钥闯?，DSP單元26包括控制器 120，諸如微處理器、微控制器、DSP等，該控制器120具有經(jīng)由解串行化器126連接到 連接器122和124的視頻端口 VP?？刂破?20也經(jīng)由I2C串行總線開關(guān)128連接到每一 個(gè)連接器122、124。I2C串行總線開關(guān)128連接到時(shí)鐘130和132，其中每一個(gè)時(shí)鐘連接 到連接器122、124的相應(yīng)的一個(gè)。控制器120經(jīng)由無線接收器138而與外部天線136通 信，與接納USB電纜32的USB連接器140通信和與包括易失性和非易失性存儲(chǔ)器的存 儲(chǔ)器142通信。時(shí)鐘130和132和解串行化器126類似地使用低壓差分信號(hào)(LVDS)。交互輸入系統(tǒng)20能夠檢測(cè)諸如用戶手指、觸棒或其他適當(dāng)對(duì)象這樣的無源指示 器以及有源筆具P，它們接近顯示表面24并且在成像組件60的視場(chǎng)內(nèi)。為了討論方便， 首先將描述當(dāng)無源指示器接近顯示表面24時(shí)的交互輸入系統(tǒng)20的操作。在操作期間，控制器120調(diào)節(jié)時(shí)鐘130和132以輸出時(shí)鐘信號(hào)，該時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)由 通信線28被傳送到成像組件60。每一個(gè)成像組件60的時(shí)鐘接收器76使用時(shí)鐘信號(hào)來設(shè) 置相關(guān)聯(lián)的圖像傳感器70的幀率。在這個(gè)實(shí)施例中，控制器120產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，使得每 一個(gè)圖像傳感器70的幀率是期望的圖像幀輸出率的兩倍。控制器120也通過I2C串行總 線來向每一個(gè)成像組件60的電流控制模塊80發(fā)送信號(hào)。作為響應(yīng)，每一個(gè)電流控制模 塊80將IR光源82連接到電源84，然后將Hl光源82與電源84斷開，使得每一個(gè)[R光 源82接通和斷開。通/斷的IR光源切換的定時(shí)被控制使得對(duì)于由每一個(gè)圖像傳感器70 捕獲的每對(duì)隨后的圖像幀，當(dāng):[R光源82接通時(shí)捕獲一個(gè)圖像幀，并且當(dāng)IR光源82斷開 時(shí)捕獲一個(gè)圖像幀。
當(dāng)Hl光源82接通時(shí)，IR光源的LED使紅外線照明充滿在顯示表面24上的關(guān) 注區(qū)域。照在邊框分段40-44的IR輻射吸收帶104上的紅外線照明不返回成像組件60。 照在邊框分段40-44的回射帶102上的紅外線照明返回成像組件60。如上所述，每一個(gè) IR光源82的IR LED的配置被選擇使得回射帶102在它們的整個(gè)長(zhǎng)度上大體均勻地被照 明。結(jié)果，在沒有指示器的情況下，每一個(gè)成像組件60的圖像傳感器70看到亮帶160， 亮帶160在被布置在對(duì)應(yīng)于IR輻射吸收帶104的上黑帶162和對(duì)應(yīng)于顯示表面24的下黑 帶164之間的其長(zhǎng)度上具有大致均勻的強(qiáng)度，如圖IOa中所示。當(dāng)使得指示器接近顯示 表面24并且與IR光源82相距足夠遠(yuǎn)時(shí)，指示器擋住由回射帶102反射的紅外線照明。 結(jié)果，指示器表現(xiàn)為在捕獲圖像幀中中斷亮帶160的暗區(qū)域166，如圖IOb中所示。如上所述，由每一個(gè)成像組件60的圖像傳感器70輸出的每一個(gè)圖像幀被傳送到 DSP單元26。當(dāng)DSP單元26從成像組件60接收?qǐng)D像幀時(shí)，控制器120處理該圖像幀以 檢測(cè)指示器在其中的存在，并且如果存在指示器，則使用三角測(cè)量來確定指示器相對(duì)于 顯示表面24的位置。為了減小不需要的光可能對(duì)于指示器識(shí)別的影響，控制器120測(cè)量 在圖像幀內(nèi)的光的不連續(xù)，而不是在圖像幀內(nèi)的光強(qiáng)，以檢測(cè)指示器的存在。一般存在 三種不需要的光的來源，即環(huán)境光、來自顯示單元的光和由IR光源82發(fā)射并且從接近成 像組件60的物體散射的紅外線照明?？梢悦靼?，如果指示器鄰近成像組件60，則由相關(guān) 聯(lián)的IR光源82發(fā)射的紅外線照明可以直接地照明指示器，使得指示器與在所捕獲的圖像 幀中的回射帶(retro-reflectiveband) 102—樣亮或比其更亮。結(jié)果，指示器將在圖像幀中 不作為中斷亮帶160的暗區(qū)域(darkregion)出現(xiàn)，而是作為亮區(qū)域168出現(xiàn)，亮區(qū)域168 在整個(gè)亮帶160以及上黑帶162和下黑帶164延伸，如圖IOc中所示?？刂破?20處理由每一個(gè)成像組件60的圖像傳感器70成對(duì)輸出的連續(xù)圖像幀。 具體地說，當(dāng)接收到一個(gè)圖像幀時(shí)，控制器120在緩沖器中存儲(chǔ)圖像幀。當(dāng)接收到連續(xù) 的圖像幀時(shí)，控制器120在緩沖器中類似地存儲(chǔ)圖像幀。在可以獲得連續(xù)圖像幀的情況 下，控制器120相減兩個(gè)圖像幀以形成差圖像幀。如果圖像傳感器70的幀率足夠高，則 在連續(xù)的圖像幀中的環(huán)境光水平通常不大幅度改變，結(jié)果，基本上消除了環(huán)境光，并且 在差圖像幀中不出現(xiàn)環(huán)境光。一旦已經(jīng)產(chǎn)生了差圖像幀，則控制器120處理差圖像幀，并且產(chǎn)生不連續(xù)值， 該不連續(xù)值表示在差圖像幀中存在指示器的可能性。當(dāng)沒有接近顯示表面24的指示器 時(shí)，不連續(xù)值高。當(dāng)指示器接近顯示表面24時(shí)，不連續(xù)值的一些落在閾值之下，以允許 容易確定在差圖像幀中的指示器的存在。為了產(chǎn)生每一個(gè)差圖像幀的不連續(xù)值，控制器120計(jì)算在邊框線Bretro—T(x)和 Bretro3(X)之間的差圖像幀的每一個(gè)像素列的垂直強(qiáng)度分布(VIPretro),邊框線Bretro—τ(χ)和 Bretro—Β(χ)大體表示在差圖像中的亮帶160的上邊和下邊，并且，控制器120計(jì)算在邊框線 Bdark X(x)和Bd k—Β(χ)之間的差圖像幀的每一個(gè)像素列的VIPdaric，邊框線Bd k—T(X)和Bdarie β(x)大體表示在差圖像中的上暗帶162的上邊和下邊。經(jīng)由在交互輸入系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的校 準(zhǔn)期間執(zhí)行的邊框查找過程來確定邊框線，如下所述。對(duì)每一個(gè)像素列，通過對(duì)在邊框線Bretro—τ (χ)和Bretro—Β (χ)之間的該像素列中的N 個(gè)像素的強(qiáng)度值I求和來計(jì)算該像素列的VIPretro。N的值被確定為在邊框線Bretro—τ(χ)和 Bretro—Β(χ)之間的像素行的數(shù)量，其等于回射帶102的寬度。如果邊框線的任何一條部分地落在差圖像幀的某像素上，則將來自該像素的強(qiáng)度水平影響與落在邊框線Bretro—τ(χ)和 Bretro—B(x)內(nèi)的像素?cái)?shù)量成比例地加權(quán)。在用于每一個(gè)像素列的VIPretro計(jì)算期間，在那個(gè) 像素列內(nèi)的邊框線Bretro—τ(χ)和Bretro—Β(χ)的位置被分解為整數(shù)分量B1+retro—T(x)、BLretro3(x) 與小數(shù)分量B
f_retro_T (χ)和(χ),它們被表示為Biretrox (x) = ceil[BretroX(x)]Bi retro3 (χ) = floor[Bretro Β (χ)]BfretroT(x) = Biretrox (χ)-Bretrox (χ)Bfretro3 (χ) = Bretro3 (χ, y)-Blretro—Β (χ)然后，根據(jù)下式，使用在邊緣的適當(dāng)加權(quán)，通過對(duì)沿著在邊框線Bretro—τ(χ)和 Bretro3(X)之間的像素列的N個(gè)像素的強(qiáng)度值I做求和(sum)來計(jì)算用于像素列的VIPretro VIPretro(X) = (B
f_retro_T (χ) I (χ,(χ)-1) +(Bfretro3 (χ) I (χ, Biretro3 (χ))+sum (I (χ, Biretr?！?j)其中，N= (B,—retro—B(X)-B1+retro—τ(χ))，j在0至N的范圍中，并且I是在邊框線 之間的位置χ的強(qiáng)度。通過求和在邊框線BdaA—T(X)和Bd k—B(x)之間的每一個(gè)像素列中的K個(gè)像素的 強(qiáng)度值I來計(jì)算那個(gè)像素列的VIPdaA。K的值被確定為在邊框線Bd k—τ (χ)和Bd k—Β (χ)之 間的像素行的數(shù)量，該數(shù)量等于紅外線輻射吸收帶104的寬度。如果邊框線的任何一條 部分地落在差圖像幀的某像素上，貝"J與落在邊框線BdaA—τ(χ)和Bd k—Β(χ)內(nèi)的像素的數(shù)量 成比例地加權(quán)來自該像素的強(qiáng)度水平影響。在用于每一個(gè)像素列的VIPdaric計(jì)算期間，在 那個(gè)像素列內(nèi)的邊框線Bd k—τ(χ)和Bd k—Β(χ)的位置被分解為整數(shù)分量B1+d k—T(x)、BLdark_ β (x)與小數(shù)分量
UfLdarkJT
(χ)和 (χ)，它們被表示為Bldarkx (x) = ceil[BdarkX (χ)]Bldark3 (χ) = floor[BdarkB(x)]Bfdarkx (χ) = Bldarkx (χ) -Bdarkx (χ)Bf darkj3 (χ) = Bdarkj3 (χ, y)-Bldark—β (χ)然后，根據(jù)下式，使用在邊緣的適當(dāng)加權(quán)，通過求和沿著在邊框線Bd k—τ(χ)和 Bdark3(X)之間的像素列的K個(gè)像素的強(qiáng)度值I來以類似的方式計(jì)算用于每一個(gè)像素列的 VIPdark VIPdark(X)=
VjjLdarU
(χ) I (χ,
(χ)-1) +(Bfdark3(χ)I(χ, Bldark3(χ))+sum(I(χ, BLdarkX+j)其中，K= (Bldark3 (χ) -Bldarkx (χ)),并且，j 在 0 至 N 的范圍中。隨后，通過將VIP除以像素行的對(duì)應(yīng)數(shù)量(對(duì)于回射區(qū)域?yàn)镹，對(duì)于暗區(qū)域?yàn)?K)來標(biāo)準(zhǔn)化VIP。然后，根據(jù)下式，通過確定在VIPretro和VIPdaric之間的差來計(jì)算每一個(gè) 像素列的不連續(xù)值D(X) D (x) = VIPretro (χ) -VIPdark (χ) 圖Ila示出對(duì)于圖IOa的圖像幀的像素列計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化的VIPd k、VIPreta^PD(X) 值的圖表。可以明白，在這個(gè)圖像幀中內(nèi)，不存在指示器，因此，相對(duì)于圖像幀的所有 像素列，不連續(xù)值D(X)保持高。圖lib示出對(duì)于圖IOb的圖像幀的像素列計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化 的VIPd k、VIPretro和D(x)值的圖表。可以看出，D(X)曲線在與在圖像幀中的指示器的
10位置對(duì)應(yīng)的區(qū)域下降為低值。圖IlC示出對(duì)于圖IOc的圖像幀的像素列計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)化的 VIPdark> VIPretro和D(X)值的圖表?？梢钥闯?，D(X)曲線在與在圖像幀中的指示器的位 置對(duì)應(yīng)的區(qū)域也下降為低值。一旦已經(jīng)確定了每一個(gè)差圖像幀的像素列的不連續(xù)值D(X)，則檢查每一個(gè)差圖 像幀的結(jié)果D(X)曲線以確定D(X)曲線是否落在表示指示器的存在的閾值以下，如果如 此，則檢測(cè)用于表示指示器的相反側(cè)的、在D(X)曲線中的左右邊。具體地說，為了在每 一個(gè)差圖像幀中定位左右邊，計(jì)算D(X)曲線的一階導(dǎo)數(shù)以形成梯度曲線如果D(X) 曲線落在表示指示器的存在的閾值下，則結(jié)果的梯度曲線將包括由負(fù)峰值和正峰值 限定的區(qū)域，負(fù)峰值和正峰值用于表示由在D(X)曲線中的傾斜形成的邊緣。為了檢測(cè)該 峰值并且因此檢測(cè)區(qū)域的邊界，梯度曲線VflW被邊緣檢測(cè)器處理。具體地說，首先將閾值T應(yīng)用到梯度曲線卯《，以便對(duì)于每一個(gè)位置X，如果梯度 曲線的絕對(duì)值小于閾值，則梯度曲線VDW的那個(gè)值被設(shè)置為0，如下式表達(dá)VD(X) = ο ’如果 < T按照這種閾值化過程，被閾值化的梯度曲線包含與用于表示指示器的相反 側(cè)的左邊和右邊對(duì)應(yīng)的負(fù)尖峰和正尖峰，并且在其他位置是零。然后，從被閾值化的梯 度曲線VDW的兩個(gè)非零的尖峰分別檢測(cè)左右邊。為了計(jì)算左邊，根據(jù)下式，從自像素列 Xt開始的閾值化的梯度曲線VDW的左尖峰來計(jì)算質(zhì)心距離CD左
權(quán)利要求
1.一種用于交互輸入系統(tǒng)的照明組件，包括至少兩個(gè)接近的輻射源，用于把輻射引導(dǎo)到關(guān)注區(qū)域，所述輻射源的每個(gè)具有不同 的發(fā)射角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的照明組件，其中，所述輻射源被定位使得鄰近所述交互輸入系統(tǒng) 的成像組件，所述成像組件捕獲所述關(guān)注區(qū)域的圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的照明組件，其中，所述輻射源的每個(gè)被定位使得接近所述成 像組件的中線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的照明組件，其中，所述輻射源被安裝在位于所述成像組件上 的板上，所述板中具有開口，所述成像組件通過所述開口來觀看。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的照明組件，其中，所述輻射源在所述開口的相反側(cè)被安裝在 所述板上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的照明組件，其中，具有窄發(fā)射角的所述輻射源位于所述成像 組件的視場(chǎng)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的照明組件，進(jìn)一步包括遮護(hù)板，以阻止來自具有窄發(fā)射角的 所述輻射源的雜散光照射在所述成像組件上。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7的任何一項(xiàng)所述的照明組件，其中，所述關(guān)注區(qū)域具有沿著其 多個(gè)側(cè)延伸的邊框，所述輻射源的所述發(fā)射角被選擇使得在所捕獲的圖像中所述邊框看 起來被大體均勻地照明。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明組件，其中，所述關(guān)注區(qū)域是大體矩形的，并且其中， 所述成像組件被定位使得鄰近所述關(guān)注區(qū)域的角部，具有窄發(fā)射角的所述輻射源被定向 為大體朝向所述關(guān)注區(qū)域的相對(duì)的對(duì)角。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的照明組件，進(jìn)一步包括與所述輻射源的至少一個(gè)相關(guān)聯(lián)的 透鏡，在由所述相關(guān)聯(lián)的輻射源發(fā)射的照明進(jìn)入所述關(guān)注區(qū)域之前，所述透鏡整形所述 照明。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的照明組件，其中，所述透鏡被成形以提供反射部件， 用于改向遠(yuǎn)光軸照明射線；以及，折射部件，用于改向近光軸照明射線。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的照明組件，其中，所述反射部件是全內(nèi)反射部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12的任何一項(xiàng)所述的照明組件，其中，透鏡與每一個(gè)輻射源相關(guān)聯(lián)。
14.根據(jù)權(quán)利要求11至13的任何一項(xiàng)所述的照明組件，其中，所述折射部件包括沿 著所述透鏡的光軸間隔開的一對(duì)大體拋物線形的表面。
15.—種照明組件，包括至少一個(gè)輻射源，其發(fā)射具有近朗伯方向性圖的照明；以及，與所述輻射源相關(guān)聯(lián)的透鏡，其整形由所述輻射源發(fā)射的照明，以減少沿著所選擇 的軸線的散開的照明射線。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的照明組件，其中，所述透鏡被成形以提供反射部件， 用于改向遠(yuǎn)光軸照明射線；以及，折射部件，用于改向近光軸照明射線。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的照明組件，其中，所述折射部件包括沿著所述透鏡的光軸 間隔開的一對(duì)大體拋物線形的表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的照明組件，其中，所述反射部件是全內(nèi)反射部件。
19.根據(jù)權(quán)利要求15至18的任何一項(xiàng)所述的照明組件，包括 多個(gè)間隔開的輻射源和與每個(gè)輻射源相關(guān)聯(lián)的透鏡。
20.—種交互輸入系統(tǒng)，包括至少一個(gè)成像裝置，用于捕獲至少部分地被反射邊框圍繞的關(guān)注區(qū)域的圖像；以及，至少兩個(gè)輻射源，用于把輻射引導(dǎo)到所述關(guān)注區(qū)域，所述輻射源的每個(gè)具有不同的 發(fā)射角。
全文摘要
一種用于交互輸入系統(tǒng)(20)的照明組件(82)，包括至少兩個(gè)接近的輻射源(82a，82b)，用于把輻射引導(dǎo)到關(guān)注區(qū)域，每一個(gè)輻射源具有不同的發(fā)射角。
文檔編號(hào)F21V5/04GK102016772SQ200980116729
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2009年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月9日
發(fā)明者亞歷山大·克切蒂尼內(nèi), 佐蘭·內(nèi)希奇, 杰里米·漢森, 沃爾夫?qū)じダ锏吕锵?申請(qǐng)人:智能技術(shù)無限責(zé)任公司