專利名稱：用于相對(duì)于觸摸面檢測(cè)指示器的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及交互式輸入系統(tǒng)，并且特別涉及一種用于相對(duì)于觸摸面檢測(cè)指示器的裝置和方法。
背景技術(shù)：
觸摸系統(tǒng)在本領(lǐng)域是公知的，并且其通常包括具有觸摸面的觸摸屏，使用指示器在觸摸面上進(jìn)行接觸從而產(chǎn)生用戶輸入。檢測(cè)與觸摸面的指示器接觸，并將其用于根據(jù)進(jìn)行指示器接觸的觸摸面區(qū)域而產(chǎn)生相應(yīng)的輸出。通用的觸摸系統(tǒng)利用模擬電阻、電磁、電容、聲學(xué)或機(jī)器視覺技術(shù)，識(shí)別在觸摸面上的指示器接觸。
例如，轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人SMART Technologies有限公司的、于2001年7月5日提交的國際PCT申請(qǐng)NO.PCT/CA01/00980并以NO.WO02/03316于2002年1月10日公布，其披露了一種基于攝像機(jī)的觸摸系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括具有無源觸摸面的觸摸屏，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的圖像呈現(xiàn)在所述無源觸摸面上。矩形邊框(bezel)或框架圍繞觸摸面，并且將多個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)保持在其轉(zhuǎn)角上。這些數(shù)字?jǐn)z像機(jī)具有多個(gè)重疊的視野區(qū)域，它們包圍并且一般掃視觸摸面平面。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)從不同的位置掃視觸摸面獲取圖像，并且產(chǎn)生圖像數(shù)據(jù)。多個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器對(duì)由數(shù)字?jǐn)z像機(jī)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而確定在所捕獲的圖像數(shù)據(jù)內(nèi)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)，這些數(shù)據(jù)信號(hào)處理器將指示器特征數(shù)據(jù)傳送給主控制器，該主控制器接下來處理指示器特征數(shù)據(jù)，從而使用三角測(cè)量相對(duì)于觸摸面以(x，y)坐標(biāo)確定該指示器的位置。將該指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送到一臺(tái)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)數(shù)據(jù)更新在觸摸面上呈現(xiàn)的計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的圖像。因此，在觸摸面上的指示器接觸可以記錄為寫或畫，或用于控制由計(jì)算機(jī)運(yùn)行的應(yīng)用程序的執(zhí)行。
雖然上述觸摸系統(tǒng)工作得非常出色，但是還不斷的在基于視覺的觸摸系統(tǒng)內(nèi)尋求改進(jìn)。
因此本發(fā)明的目的是提供一種新的裝置和方法，用于相對(duì)于接觸面檢測(cè)指示器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于相對(duì)于接觸面檢測(cè)指示器的裝置，包括至少兩個(gè)間隔的成像設(shè)備，成像設(shè)備具有包圍觸摸面的重疊的視野區(qū)域。成像設(shè)備將觸摸面在三維空間內(nèi)看作透視圖。成像設(shè)備從不同的位置獲取圖像。處理器接收和處理由成像設(shè)備中的至少一個(gè)產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)，從而相對(duì)于觸摸面確定指示器的位置。
校準(zhǔn)每個(gè)成像設(shè)備，以建立在其透視圖內(nèi)的點(diǎn)(X，Y，Z)與所獲取圖像內(nèi)的點(diǎn)(x，y)之間的關(guān)系。當(dāng)在獲取圖像內(nèi)捕獲指示器時(shí)，每個(gè)成像設(shè)備產(chǎn)生指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。處理器對(duì)指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行三角測(cè)量，從而相對(duì)于觸摸面確定指示器的位置。
在一個(gè)實(shí)施例中，該裝置包括一對(duì)成像設(shè)備，鄰近于觸摸面的不同轉(zhuǎn)角設(shè)置每個(gè)成像設(shè)備。每個(gè)成像設(shè)備與觸摸面隔開并且隔開在觸摸面的前面。每個(gè)成像設(shè)備相對(duì)于觸摸面定位，使得至少觸摸面的整個(gè)周邊在其透視圖內(nèi)。
在一個(gè)實(shí)施例中，在校準(zhǔn)期間，測(cè)量觸摸面上的校準(zhǔn)點(diǎn)(X，Y，Z)和對(duì)應(yīng)于校準(zhǔn)點(diǎn)的圖像點(diǎn)(x，y)。使用所測(cè)量的校準(zhǔn)和圖像點(diǎn)求解共線性方程，從而確定成像設(shè)備的外部和內(nèi)部方向參數(shù)。使用最小二乘法求解共線性方程。校準(zhǔn)點(diǎn)位于沿觸摸面周邊的間隔位置處，例如位于觸摸面的轉(zhuǎn)角和邊緣中點(diǎn)。在一個(gè)替換的實(shí)施例中，使用沒影點(diǎn)(vanishing point)方法確定成像設(shè)備的外部方向參數(shù)。在又一個(gè)實(shí)施例中，使用平面單應(yīng)(planar homography)確定成像設(shè)備的外部和內(nèi)部方向參數(shù)。在再一個(gè)實(shí)施例中，使用三點(diǎn)法確定成像設(shè)備的外部方向參數(shù)。
在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)成像設(shè)備產(chǎn)生表示成像設(shè)備確實(shí)識(shí)別到捕獲圖像的指示器的可信度的可信度值。處理器使用該可信度值，以確定用于相對(duì)于觸摸面確定指示器位置的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。當(dāng)與其相關(guān)的可信度值低于閾值水平時(shí)，處理器忽略由該成像設(shè)備產(chǎn)生的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供一種基于攝像機(jī)的觸摸系統(tǒng)，包括通常為矩形的無源觸摸面，使用指示器在觸摸面上進(jìn)行接觸。攝像裝置可移動(dòng)的安裝在觸摸面的至少兩個(gè)轉(zhuǎn)角附近。每個(gè)攝像裝置具有掃視且向后看到觸摸面的視野區(qū)域，并且設(shè)置在觸摸面平面的前方。攝像裝置的視野區(qū)域在觸摸面上重疊。攝像裝置獲取觸摸面的圖像。處理器接收并處理圖像數(shù)據(jù)，以通過三角測(cè)量相對(duì)于觸摸面確定指示器的位置。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種用于相對(duì)于通常為矩形的接觸面檢測(cè)指示器的裝置，包括至少兩個(gè)間隔的成像設(shè)備，成像設(shè)備具有包圍觸摸面的重疊的視野區(qū)域。成像設(shè)備將觸摸面在三維空間內(nèi)看作透視圖，該透視圖至少包括觸摸面的四個(gè)轉(zhuǎn)角。成像設(shè)備從不同的位置獲取圖像。處理器接收和處理由成像設(shè)備中的至少一個(gè)產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)，從而使用三角測(cè)量相對(duì)于觸摸面確定指示器的位置。
本發(fā)明所提供的優(yōu)點(diǎn)在于，由于成像設(shè)備將觸摸面在三維空間內(nèi)看作透視圖，所以成像設(shè)備看到整個(gè)觸摸面及其周邊區(qū)域。因此，在圖像處理過程中，不必處理由成像設(shè)備捕獲的全部圖像，而是僅處理對(duì)應(yīng)于在觸摸面的邊界內(nèi)的信息的像素。對(duì)發(fā)生在觸摸面以外的區(qū)域內(nèi)的噪聲和像差，可以不予處理。另外，成像設(shè)備的三維透視允許自動(dòng)且在連續(xù)的基礎(chǔ)上校準(zhǔn)所述裝置，而不需要用戶干預(yù)。此外，成像設(shè)備的三維透視允許將(x，y，z)坐標(biāo)指定給出現(xiàn)在成像設(shè)備的視野區(qū)域內(nèi)的每個(gè)指示器。因此，該裝置能夠在接觸觸摸面的多個(gè)指示器之間消除模棱兩可的情況。
本發(fā)明所提供的優(yōu)點(diǎn)還在于，由于成像設(shè)備是便攜的，可以使用它們將任何表面基本的變?yōu)橛|摸面。成像設(shè)備需要簡(jiǎn)單的從此表面向前延伸足夠的距離，使得它們向后看且掃視的視野區(qū)域看到此表面的轉(zhuǎn)角，而不會(huì)由包圍該表面的任何邊框或框架所阻擋。使用將觸摸面在三維空間內(nèi)看作透視圖的便攜式成像設(shè)備，還支持了任意大的或彎曲的觸摸面。


現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1是用于相對(duì)于觸摸面檢測(cè)指示器的裝置的部分透視的示意圖；圖2是圖1的裝置的示意性前平面圖；圖3是圖1的裝置的示意性側(cè)視圖；圖4是構(gòu)成圖1的裝置的一部分的成像部件的透視圖；圖5是圖4的成像部件的示意性框圖；圖6是流程圖，示出了圖1的裝置在校準(zhǔn)期間所執(zhí)行的步驟；圖7是流程圖，示出了在從所獲取圖像中抽取的指示器數(shù)據(jù)的三角測(cè)量期間所執(zhí)行的用以確定在觸摸面上的指示器接觸位置的步驟；圖8a～8d示出了在必須以成像部件和接觸面平面之間的不同間隔處理的捕獲圖像中的像素行的數(shù)量；圖9是用于相對(duì)于觸摸面檢測(cè)指示器的裝置的另一個(gè)實(shí)施例的透視圖；圖10是用于相對(duì)于觸摸面檢測(cè)指示器的裝置的另一個(gè)實(shí)施例的正視圖；
圖11是用于相對(duì)于觸摸面檢測(cè)指示器的裝置的又一個(gè)實(shí)施例；圖12a～12c示出了在圖11的裝置的接觸面上的不同的指示器接觸。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1～3，示出了用于相對(duì)于觸摸面檢測(cè)指示器的裝置，并且一般用附圖標(biāo)記50標(biāo)記。在這個(gè)實(shí)施例中，裝置50是一種觸摸系統(tǒng)的形式，并且包括觸摸屏52，觸摸屏52具有在其上進(jìn)行指示器接觸的觸摸面54。觸摸屏52是在觸摸面54上呈現(xiàn)圖像的平板顯示器，例如等離子顯示器、高清晰度電視(HDTV)、液晶顯示器(LCD)等等。邊框56圍繞觸摸面54。鄰近于觸摸屏52的頂部轉(zhuǎn)角放置一對(duì)成像部件58。成像部件58相互通信，還與執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)應(yīng)用程序的計(jì)算機(jī)60通信。計(jì)算機(jī)60處理由成像部件58產(chǎn)生的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而確定在觸摸面54上進(jìn)行的指示器接觸的位置，并且響應(yīng)于指示器接觸而更新在觸摸面54上呈現(xiàn)的圖像。因此，在觸摸面54上的指示器接觸可以記錄為寫或畫，或用于控制由計(jì)算機(jī)60運(yùn)行的應(yīng)用程序的執(zhí)行。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，較好的描述了成像部件58中的一個(gè)。如可以看到的，成像部件58包括與觸摸屏52的轉(zhuǎn)角互補(bǔ)(complimentary)成形的外殼72。在外殼72上的結(jié)構(gòu)(未示出)允許將成像部件58相對(duì)于觸摸屏的轉(zhuǎn)角固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。然而成像部?8可以從觸摸面52上移除，使成像部件58是便攜式的。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74由外殼72容納，并以大約等于2.5cm的距離定位在觸摸面54的平面的前方。選擇在數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74與觸摸面54的平面之間的距離，使得邊框56不阻礙數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74的視野區(qū)域，允許數(shù)字?jǐn)z像機(jī)看到整個(gè)觸摸面54，同時(shí)還許可對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的三維處理。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74還以大約等于10cm的距離定位在觸摸面54上方。對(duì)準(zhǔn)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74，使得其視野區(qū)域(FOV)向后看并掃視在整個(gè)觸摸面54。從而，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74在三維空間內(nèi)將包括其四個(gè)轉(zhuǎn)角的觸摸面54看作一個(gè)透視圖。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74的光軸與觸摸屏52的頂部轉(zhuǎn)角成一直線，并且相對(duì)于觸摸屏52的頂部邊緣成大約等于45度的角。
外殼72還容納電路板，其上安裝有如圖5所示的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74和圖像處理電路80。如可以看到的，圖像處理電路80包括數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)82，DSP 82連接到數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74和靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)84。DSP 82還通過數(shù)據(jù)總線86與計(jì)算機(jī)60通信。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74是高分辨率CMOS數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，具有640×480的像素陣列，例如由National Semiconductor制造的No.LM9618型，以及相關(guān)透鏡88。DSP 82是由Analog Devices有限公司制造的No.Blackfin BF 533型號(hào)的類型，并且DSP 82具有以下特征，即允許將圖像數(shù)據(jù)從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74中迅速的移到SRAM 84，而不中斷DSP處理。
將首先說明觸摸系統(tǒng)50的常規(guī)操作。當(dāng)指示器進(jìn)入到數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74的視野區(qū)域并接觸觸摸面54時(shí)，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74中的每一個(gè)獲取包括該指示器的圖像。每個(gè)成像部件58的DSP 82將圖像數(shù)據(jù)從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74傳送到SRAM 84，并且隨后將該圖像數(shù)據(jù)與數(shù)學(xué)模型比較，所述數(shù)學(xué)模型描述如數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74所看到的觸摸面54的邊界。這使得能夠處理僅包括相關(guān)像素的捕獲圖像的像素子集。每個(gè)成像部件58的DSP 82接下來處理該像素子集，從而在捕獲圖像中確定指示器的(x，y)位置。成像部件58接下來將這個(gè)指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送到計(jì)算機(jī)60，計(jì)算機(jī)60利用三角測(cè)量使用該指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算在接觸面54上的指示器接觸的(X，Y，Z)位置。計(jì)算機(jī)60隨后還將指示器位置數(shù)據(jù)記錄為寫或畫或解釋為鼠標(biāo)或其它事件。
為了使用三角測(cè)量能夠精確的計(jì)算相對(duì)于觸摸面54的指示器接觸，需要校準(zhǔn)觸摸系統(tǒng)50，使得任一或兩個(gè)成像部件58知道捕獲圖像內(nèi)的特定點(diǎn)是如何與觸摸面54上的物理三維位置(“場(chǎng)景”)對(duì)應(yīng)。在校準(zhǔn)過程中，建立變換，該變換確定了在每個(gè)成像部件58觀察的三維場(chǎng)景內(nèi)的任一點(diǎn)與所捕獲的二維圖像內(nèi)的任一點(diǎn)之間的關(guān)系。這個(gè)步驟是必須的，因?yàn)楫?dāng)建立觸摸系統(tǒng)50時(shí)，不知道關(guān)于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74相對(duì)于觸摸面54的位置和方向的先驗(yàn)信息。
三維場(chǎng)景內(nèi)的點(diǎn)與捕獲圖像內(nèi)的其二維位置之間的關(guān)系，根據(jù)共線性方程概括如下x=x0-Δx-fR1R3]]>y=y0-Δy-fR2R3]]>其中(x，y)是對(duì)應(yīng)于三維場(chǎng)景內(nèi)的點(diǎn)(X，Y，Z)在捕獲圖像內(nèi)的點(diǎn)坐標(biāo)；(x0，y0)是數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74的主點(diǎn)(principal point)坐標(biāo)，在此位置數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的光軸與數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的焦平面相交，光軸大致垂直于焦平面；(Δx，Δy)代表由于透鏡88的不良特性而引入的失真項(xiàng)；f是數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的焦距；以及(R1，R2，R3)項(xiàng)取決于點(diǎn)(X，Y，Z)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的光心位置的空間位置(x0，Y0，Z0)以及關(guān)于觸摸面54的三維坐標(biāo)系的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)光軸的方向角(ω，φ，κ)。
上述共線性方程代表一種針孔模式。從而，每個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74理想化為在數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的光心(焦點(diǎn))位置處的非常小的孔徑，將其帶入到三維空間內(nèi)的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的位置。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)視野的三維特性的重要性在于，其允許這些數(shù)字?jǐn)z像機(jī)查看邊框56，如果假定觸摸面54是平面的則允許確定觸摸面平面，允許在任一點(diǎn)處確定指示器是與觸摸面54接觸還是懸于觸摸面54之上，以及允許相對(duì)于觸摸面54確定指示器位置。
上述共線性方程表示，三位場(chǎng)景內(nèi)具有坐標(biāo)(X，Y，Z)的點(diǎn)投影到二維圖像的點(diǎn)(x，y)處。為了使用該共線性方程建立該變換，需要確定數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74的外部方向參數(shù)(X0，Y0，Z0)和ω、φ、κ以及內(nèi)部方向參數(shù)f、x0、y0和Δx、Δy。
由特別關(guān)聯(lián)于徑向失真和偏心失真的項(xiàng)可以表示每個(gè)透鏡88的失真。在本實(shí)施例中，由于每個(gè)透鏡88和捕獲圖像數(shù)據(jù)相對(duì)性低的質(zhì)量，僅記錄一階徑向失真。因此透鏡失真項(xiàng)可以表示為Δx＝(x-x0)K1((x-x0)2+(y-y0)2)Δy＝(y-y0)K1(x-x0)2+(y-y0)2)從而，通過參數(shù)K1可以概括透鏡失真。
如將理解的，對(duì)于每個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74需要從所述共線性方程確定十(10)個(gè)參數(shù)，以校準(zhǔn)每個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，即X0、Y0、Z0、ω、φ、κ、f、x0、y0、K1在當(dāng)前的實(shí)施例中，使用自校準(zhǔn)技術(shù)校準(zhǔn)觸摸系統(tǒng)50。自校準(zhǔn)基于以下事實(shí)，即如果已知在物體上的參考點(diǎn)的三維位置并且可以在一個(gè)或多個(gè)該物體的圖像內(nèi)測(cè)量相同點(diǎn)的二維位置，那么這些數(shù)據(jù)就完全確定了捕獲圖像的成像部件的位置、成像部件的角方向以及關(guān)于成像部件的透鏡的參數(shù)。
可以以絕對(duì)單位(例如，厘米)或以相對(duì)項(xiàng)在三維空間內(nèi)測(cè)量數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74的位置(X0，Y0，Z0)，相對(duì)項(xiàng)是假定的相應(yīng)于參考長度的長度單位，例如觸摸面54的較短尺寸。每個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的角方向用三個(gè)角ω、φ、κ表示，允許對(duì)于每個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74限定旋轉(zhuǎn)矩陣R。旋轉(zhuǎn)矩陣R說明在三維場(chǎng)景坐標(biāo)系與數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的坐標(biāo)系之間的變換。如果已知這些數(shù)字?jǐn)z像機(jī)參數(shù)的準(zhǔn)確值，不必計(jì)算焦距f、主點(diǎn)(x0，y0)以及透鏡失真系數(shù)。
在自校準(zhǔn)期間，假定觸摸面54對(duì)應(yīng)于X-Y平面，并且Z軸以通常垂直于觸摸面平面的角度從觸摸面54向外指出。如果對(duì)應(yīng)于多個(gè)場(chǎng)景點(diǎn)(X，Y，Z)從圖像中測(cè)量多個(gè)圖像位置(x，y)，并且已知場(chǎng)景點(diǎn)位置(X，Y，Z)(例如，厘米)，那么可以為每個(gè)點(diǎn)設(shè)定共線性方程并且使用最小二乘法技術(shù)求解，從而能夠確定外部和內(nèi)部方向參數(shù)。由于共線性方程模型的非線性特性，所以使用最小二乘法。
在當(dāng)前實(shí)施例中，選擇圍繞觸摸面54周邊的八(8)個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，由于通過這樣選擇產(chǎn)生了十六(16)個(gè)方程和十(10)個(gè)未知數(shù)，這對(duì)于好的最小二乘法解決方案是足夠的。特別是，將觸摸面54的四個(gè)轉(zhuǎn)角和沿著每個(gè)側(cè)邊的中點(diǎn)選擇為校準(zhǔn)點(diǎn)，是由于在這些校準(zhǔn)點(diǎn)處的(X，Y)位置容易測(cè)量、容易提供可重現(xiàn)的校準(zhǔn)點(diǎn)，用戶容易設(shè)置并且在這些(X，Y)位置的每一處Z＝0cm。通過測(cè)量在圖像中捕獲的、在校準(zhǔn)點(diǎn)處的指示器位置，或通過測(cè)量在捕獲圖像中的校準(zhǔn)點(diǎn)處的標(biāo)志物的位置，限定這些相應(yīng)的圖像點(diǎn)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，示出了流程圖，說明了在自校準(zhǔn)期間所執(zhí)行的一般步驟。開始確定在接觸面54上的多個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的(X，Y，Z)位置(步驟100)。具體的，通過測(cè)量觸摸面轉(zhuǎn)角和相對(duì)于其中一個(gè)接觸面轉(zhuǎn)角的其側(cè)邊中點(diǎn)的位置，來確定在接觸面54上的多個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)的位置，將所述其中一個(gè)接觸面轉(zhuǎn)角指定位于坐標(biāo)系原點(diǎn)處。替代的，如果已知觸摸面54的長寬比，那么就可以將觸摸面的短尺寸作為長度單位，允許確定轉(zhuǎn)角和側(cè)邊中點(diǎn)的相對(duì)位置。隨后通過圖像處理確定在圖像內(nèi)的校準(zhǔn)點(diǎn)的(x，y)位置(步驟102)，以及自外部圖像處理的可能的初始估計(jì)輸入，如將描述的(步驟104)。隨后計(jì)算校準(zhǔn)方案，如果期望，包括內(nèi)部方向參數(shù)(步驟106)。如果所計(jì)算的方案是基于初始估計(jì)輸入的，那么計(jì)算最小二乘法的改進(jìn)(步驟108)。
通過校準(zhǔn)的觸摸系統(tǒng)50，使用三角測(cè)量可以計(jì)算與觸摸面54接觸或在其上的指示器的三維位置。在三角測(cè)量期間，假定已知所有攝像機(jī)方向參數(shù)，并且要確定指示器位置(X，Y，Z)，從由一個(gè)或兩個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74捕獲的圖像中給出了相應(yīng)的(x，y)測(cè)量。圖7是流程圖，示出了在指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)的三角測(cè)量期間所執(zhí)行的相對(duì)于觸摸面確定指示器接觸位置的一般步驟。當(dāng)由包括指示器的成像部件58捕獲圖像時(shí)，DSP 82處理圖像數(shù)據(jù)，從而確定在(x，y)坐標(biāo)系內(nèi)每個(gè)捕獲圖像中的指示器位置。DSP 82接下來將這個(gè)指示器的坐標(biāo)數(shù)據(jù)輸出到計(jì)算機(jī)60(步驟120)。每個(gè)DSP 82還輸出指示器位置可信度估計(jì)，其代表DSP 82在捕獲圖像內(nèi)確實(shí)識(shí)別到有效指示器的可信度等級(jí)。計(jì)算機(jī)60從兩個(gè)成像部件58的DSP 82中接收指示器坐標(biāo)和可信度估計(jì)數(shù)據(jù)(步驟122和124)，計(jì)算機(jī)60基于可信度估計(jì)確定是否使用由一個(gè)或兩個(gè)成像部件返回的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)(步驟126)。通常，計(jì)算機(jī)60使用由兩個(gè)DSP 82產(chǎn)生的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。然而如果與由DSP82中的一個(gè)產(chǎn)生的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)相關(guān)的可信度估計(jì)低于閾值水平，假如50％的情況，表示指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的低可信度等級(jí)，那么忽略或不使用該指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
隨后使用來自兩個(gè)成像部件58的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)(步驟128)或使用來自一個(gè)成像部件58的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)(步驟130)，利用早先提到的共線性方程執(zhí)行三角測(cè)量。由于該共線性方程將圖像位置(x，y)與空間位置(X，Y，Z)相關(guān)聯(lián)，所以對(duì)于為指示器計(jì)算唯一的(X，Y，Z)空間位置來說，分別來自每個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74的兩個(gè)(x，y)位置是必不可少的。這樣產(chǎn)生了四個(gè)方程和三個(gè)未知數(shù)。重新設(shè)置該共線性方程，從而產(chǎn)生線性最小二乘法的情況，使三角測(cè)量成為有效的步驟。在這種情況下由于三角測(cè)量的結(jié)果為指示器產(chǎn)生了(X，Y，Z)空間位置，所以可以分別追蹤出現(xiàn)在成像部件58的視野區(qū)域內(nèi)的多個(gè)指示器，從而為指示器消除了模棱兩可的情況。
當(dāng)使用來自單一成像部件58的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)執(zhí)行三角測(cè)量時(shí)，假定Z＝0(cm)。此時(shí)，刪去了共線性方程內(nèi)的一個(gè)未知數(shù)。換句話說，由圖像位置(x，y)確定空間位置(X，Y)。使用來自單一成像部件58的圖像具有如下優(yōu)點(diǎn)，即使在其中一個(gè)成像部件58不能看到指示器的情況下，觸摸系統(tǒng)50依然可以確定與觸摸面54的指示器接觸。
一旦三角測(cè)量的結(jié)果是有效的，如果期望，就能夠使用非線性最小二乘技術(shù)改進(jìn)三角測(cè)量的結(jié)果。
成像部件58將整個(gè)觸摸面54在三位區(qū)域內(nèi)看作透視圖，成像部件58還看到了其周圍區(qū)域，成像部件58的使用是有益的。例如，在圖像處理過程中，能夠先于在觸摸面上的指示器接觸而識(shí)別指示器越過觸摸面54的邊界。DSP 82可以使用這些信息來將圖像處理限制到鄰近于跨躍點(diǎn)的邊界的相關(guān)像素子集內(nèi)的像素。觸摸系統(tǒng)50還提供陰影/物體判別。一般，當(dāng)指示器進(jìn)入到觸摸面54，成像部件58中的一個(gè)將先于另一個(gè)看到該指示器。首先看到該指示器的成像部件可以給另一個(gè)成像部件提供指示器信息，識(shí)別要檢查以定位指示器的其相關(guān)像素子集區(qū)域。這有助于增加準(zhǔn)確和迅速的定位指示器的可能性。使用平面單應(yīng)將兩個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的焦平面相互關(guān)聯(lián)，允許指示器信息在成像部件58之間有效的交換。
另一種方法是使用成像部件的視野間的不同關(guān)系，雖然已知一種實(shí)體作為基礎(chǔ)矩陣、或緊密相關(guān)的基本矩陣。這里，如果已知在一個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)視野內(nèi)的點(diǎn)的位置，那么基礎(chǔ)矩陣將這個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為另一個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)視野內(nèi)的一條線。從而，僅需要沿著這條線(稱為核線(epipolar line))搜索圖像以定位相應(yīng)的點(diǎn)。這種方法具有以下優(yōu)點(diǎn)，即在第二個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)視野內(nèi)嚴(yán)格的限定搜索區(qū)域，并且有助于消除錯(cuò)誤肯定(false positive)。
在上述實(shí)施例中，將成像部件58表示為以大約等于2.5cm的距離設(shè)置在觸摸面54的平面的前面。如所提到的，這個(gè)距離確保了邊框56不阻擋整個(gè)觸摸面54的成像部件的視野。雖然成像部件58設(shè)置在觸摸面54的平面的前面的距離影響對(duì)應(yīng)于必須處理的觸摸面邊界的相關(guān)像素子集的大小，但是該距離當(dāng)然可以根據(jù)環(huán)境條件而改變。成像部件58這樣定位，至少觸摸面54的四個(gè)轉(zhuǎn)角位于它們的視野區(qū)域內(nèi)。圖8a～8d示出在必須以不同距離處理的一張捕獲圖像中的像素行的數(shù)量，假定觸摸面54具有84″對(duì)角線尺寸和4∶3的長寬比。如將理解的，如果距離增加，那么在捕獲圖像中要求處理的像素行數(shù)量也增加。
雖然描述了自校準(zhǔn)技術(shù)，但是可以使用其他的技術(shù)來校準(zhǔn)觸摸系統(tǒng)50。例如，如在Kanatani所著的標(biāo)題為“機(jī)器視覺的幾何計(jì)算(Geometric Computation for Machine Vison)”(牛津大學(xué)出版社，牛津1993)的出版物中描述的，可以為觸摸面54確定沒影點(diǎn)(vanishingpoint)。替代的，可以使用如在Hartley等所著的標(biāo)題為“計(jì)算機(jī)視覺中的多視野幾何學(xué)(Multiple View Geometry in Computer Vison)”(劍橋大學(xué)出版社，劍橋2001)的出版物中所述的平面單應(yīng)，或使用如在Wrobel所著的標(biāo)題為“計(jì)算機(jī)視野中關(guān)于攝像機(jī)方向和校準(zhǔn)方向的最小解(Minimum Solutions for Orientations in Calibration and Orientationsof Cameras in Computer Vision)”(Springer-Verlag，紐約2001)的出版物中所述的三點(diǎn)法，對(duì)觸摸系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)。
在沒影點(diǎn)方法中，在計(jì)算外部方向參數(shù)的過程中，利用了常規(guī)矩形形狀的觸摸面54。在這種情況下，通過在數(shù)字?jǐn)z像機(jī)圖像中尋找觸摸面54的外圍邊緣，可以使用對(duì)應(yīng)于觸摸面的兩組平行外圍側(cè)邊的沒影點(diǎn)來完全限定外部方向參數(shù)。在觸摸系統(tǒng)中，沒影點(diǎn)是有限的，即它們位于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)視野的界限內(nèi)并且用于限定旋轉(zhuǎn)矩陣R。如果假定一個(gè)長度單元，隨后可以確定數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的位置，完成外部方向參數(shù)確定。還能夠使用沒影點(diǎn)來限定數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的焦距和主點(diǎn)，如在Foerstner所著的標(biāo)題為“估測(cè)旋轉(zhuǎn)(On Estimating Rotations)”(T.U.Munchen，1999)的出版物中所述。如將理解的，兩個(gè)沒影點(diǎn)為觸摸系統(tǒng)限定三維坐標(biāo)系，所有一切從中得出。當(dāng)使用這種方法時(shí)，優(yōu)選的使用最小二乘法改進(jìn)所確定的外部方向參數(shù)。
平面單應(yīng)校準(zhǔn)方法將觸摸面54的平面上的點(diǎn)與數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的像平面上的點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。通過測(cè)量對(duì)應(yīng)于某些場(chǎng)景點(diǎn)的多個(gè)圖像點(diǎn)的位置，能夠限定單應(yīng)矩陣的9個(gè)分量。一旦完成這些，單應(yīng)矩陣能夠分解為旋轉(zhuǎn)矩陣R和表示三維空間中數(shù)字?jǐn)z像機(jī)位置的向量。使用這種校準(zhǔn)方法要求關(guān)于數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的固有方向的一些假設(shè)。然而通過將單應(yīng)矩陣改寫為另一個(gè)矩陣實(shí)體，能夠避免進(jìn)行這些假設(shè)的需要，已知所述另一個(gè)矩陣實(shí)體為如前述Hartley等的出版物中所述的絕對(duì)二次曲線的圖像。通過其奇異值分解，這個(gè)矩陣實(shí)體提供了數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的焦距和主點(diǎn)的直接估計(jì)。
三點(diǎn)測(cè)量方法利用基本的三角學(xué)和三點(diǎn)確定一個(gè)平面的事實(shí)。如果在三維空間中已知三個(gè)點(diǎn)之間的方向和距離，并且形成一個(gè)三角形，隨后可以使用這些點(diǎn)的圖像位置來限定點(diǎn)之間的角。這些信息足以求解所述三個(gè)點(diǎn)離數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的光學(xué)的距離，從而給出了空間中數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的位置。隨后接著處理圖像點(diǎn)，提供旋轉(zhuǎn)矩陣R的估計(jì)。由于這種方法從最小數(shù)據(jù)組中給出了方向，所以可以使用這種方法來初始化最小二乘法，用于改進(jìn)方向，并且因此在校準(zhǔn)過程中在步驟104提供初始估計(jì)輸入。
雖然上述校準(zhǔn)技術(shù)使用三個(gè)角通過旋轉(zhuǎn)矩陣R在空間中來限定每個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)74的方向，但是替代的方法也是可用的。例如，不是限定旋轉(zhuǎn)矩陣R，基于稱為“四元數(shù)”的實(shí)體，可以確定空間內(nèi)的每個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的方向。四元數(shù)是四元素向量，具有在前述Foerstner的出版物內(nèi)所述的某些特性。四元數(shù)元素僅具有在-1和1之間的值，將其中一個(gè)元素限制到1。這避免了與數(shù)值急劇變化相關(guān)的問題，并且極大的幫助了在收斂中使用最小二乘法。如應(yīng)當(dāng)理解的，當(dāng)測(cè)量角度時(shí)，一些角度變化帶來了困難，例如當(dāng)從359度到360度進(jìn)行角度變化時(shí)，其與到0度的角度變化相同。
圖9示出了用于相對(duì)于觸摸面54檢測(cè)指示器的裝置的另一個(gè)實(shí)施例。在這個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)174容納在單獨(dú)的外殼72內(nèi)，鄰近于外殼172的相對(duì)端。外殼172放在邊框56的頂部邊緣上并且橫跨觸摸屏52，使得數(shù)字?jǐn)z像機(jī)174鄰近于觸摸屏的頂部轉(zhuǎn)角而定位。
在三維空間內(nèi)將觸摸面看作透視圖的成像部件也能夠與大規(guī)模觸摸系統(tǒng)結(jié)合使用，大規(guī)模觸摸系統(tǒng)例如是Hill等于2004年1月2日提交的、轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人SMART Technologies有限公司的美國專利申請(qǐng)No.(未知)中所述的觸摸系統(tǒng)，該美國專利申請(qǐng)的內(nèi)容在此引入作為參考。例如，圖10示出了對(duì)于大規(guī)模觸摸系統(tǒng)的一種數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的設(shè)置。在這個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C1到C8沿著觸摸面254的頂部設(shè)置，并且向后看并掃視觸摸面。具體的，數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C1和C8設(shè)置在觸摸面254的頂部左側(cè)轉(zhuǎn)角和頂部右側(cè)轉(zhuǎn)角。中間的多對(duì)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C2和C3、C4和C5以及C6和C7沿著觸摸面254的頂部間隔位置設(shè)置。由虛線示出了這些數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的視野區(qū)域。如可以看到的，這些攝像機(jī)的視野區(qū)域重疊，使得觸摸面254上的每個(gè)位置落入到至少兩個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的視野區(qū)域內(nèi)。這當(dāng)然允許如上所述以相同的方式使用三角測(cè)量橫跨整個(gè)觸摸面254追蹤指示器。
圖11示出了對(duì)于大規(guī)模觸摸系統(tǒng)的再一種數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的設(shè)置。在這個(gè)實(shí)施例中，均勻間隔的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C1到C7設(shè)置在觸摸面354的頂部邊緣上方，并且向后看并掃視觸摸面。由虛線示出了這些數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的視野區(qū)域，并且如可以看到的，這些攝像機(jī)的視野區(qū)域重疊，使得觸摸面上的每個(gè)位置落入到至少兩個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的視野區(qū)域內(nèi)。再有，這允許如上所述以相同的方式使用三角測(cè)量橫跨整個(gè)觸摸面354追蹤指示器。在這個(gè)實(shí)施例中，觸摸面354上的大多數(shù)位置落入在超過兩個(gè)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)的視野區(qū)域內(nèi)，對(duì)于每個(gè)指示器接觸允許產(chǎn)生多個(gè)三角測(cè)量結(jié)果。根據(jù)指示器接觸位置，可以使用不同的邏輯來選擇用于確定指示器接觸位置的三角測(cè)量結(jié)果。
例如，如圖12a所示，通過對(duì)從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C1和C2所捕獲的圖像中得到的指示器信息進(jìn)行三角測(cè)量，并且可能通過對(duì)從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C3所捕獲的圖像中得到的指示器信息進(jìn)行三角測(cè)量，可以計(jì)算觸摸面354上的指示器P的位置。在后一種情況中，可以對(duì)從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C1和C3以及數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C2和C3所捕獲的圖像中得到的指示器信息進(jìn)行三角測(cè)量，得出多個(gè)三角測(cè)量結(jié)果?？梢杂?jì)算這多個(gè)三角測(cè)量結(jié)果的平均值，或根據(jù)其他邏輯對(duì)這多個(gè)三角測(cè)量結(jié)果進(jìn)行處理從而產(chǎn)生單獨(dú)的指示器位置。如果認(rèn)為數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C3離指示器P太遠(yuǎn)，那么可以忽略數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C3的結(jié)果。替代的，當(dāng)指示器對(duì)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C3達(dá)到一定的接近程度時(shí)，可以將從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C3所捕獲的圖像中得到的指示器信息用于追蹤該指示器。當(dāng)指示器對(duì)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C3達(dá)到一定的接近程度時(shí)，可以對(duì)從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)C3所捕獲的圖像中得到的指示器信息進(jìn)行三角測(cè)量，從而確定在觸摸面354上的指示器位置。
圖12b和圖12c示出了在觸摸面354上的指示器的其它位置以及能夠從數(shù)字?jǐn)z像機(jī)所捕獲的圖像中得到的多個(gè)的三角測(cè)量結(jié)果。
通過對(duì)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)進(jìn)行組對(duì)，由于多對(duì)數(shù)字?jǐn)z像機(jī)僅需要為觀察一部分觸摸面負(fù)責(zé)，所以可以支持彎曲的或非平面觸摸面。
如將理解的，由于成像部件能夠自校準(zhǔn)，所以成像部件可以基本固定到任何表面，從而將那個(gè)表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛|摸面。
雖然將觸摸系統(tǒng)50描述為包括一臺(tái)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)與成像部件的DSP通信，并且使用三角測(cè)量處理指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)，從而相對(duì)于觸摸面確定指示器的位置，但當(dāng)然可以使用其它的處理結(jié)構(gòu)。例如，成像部件的DSP可以作為對(duì)三角測(cè)量指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)的處理器。
雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離所附權(quán)利要求所限定的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行多種變化和修改。
權(quán)利要求
1.一種用于相對(duì)于觸摸面檢測(cè)指示器的裝置，包括至少兩個(gè)間隔的成像設(shè)備，具有包圍所述觸摸面的重疊的視野區(qū)域，所述成像設(shè)備將所述觸摸面在三維空間內(nèi)看作透視圖，所述成像設(shè)備從不同位置獲取重疊圖像；以及處理器，接收和處理由所述成像設(shè)備中的至少一個(gè)產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)，從而相對(duì)于所述觸摸面確定指示器的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中校準(zhǔn)每個(gè)成像設(shè)備，以建立在其透視圖內(nèi)的點(diǎn)(X，Y，Z)與所獲取的圖像內(nèi)的點(diǎn)(x，y)之間的關(guān)系，當(dāng)在獲取圖像內(nèi)捕獲指示器時(shí)，每個(gè)成像設(shè)備產(chǎn)生指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中所述處理器對(duì)指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行三角測(cè)量，從而相對(duì)于所述觸摸面確定指示器的位置。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，包括一對(duì)成像設(shè)備。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備鄰近于所述觸摸面的不同轉(zhuǎn)角而設(shè)置。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備與所述觸摸面隔開并且隔開在所述觸摸面的前面。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備相對(duì)于所述觸摸面定位，使得至少觸摸面的整個(gè)周邊在其視野區(qū)域內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備在所述觸摸面的前方以至少等于2.5cm的距離間隔開。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中所述觸摸面由邊框作邊界。
10.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中對(duì)準(zhǔn)每個(gè)成像設(shè)備，使得其光軸與所述觸摸面的轉(zhuǎn)角成一直線，并且與所述觸摸面的頂部邊緣成大約等于45度的角。
11.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中在校準(zhǔn)期間確定每個(gè)成像設(shè)備的外部方向參數(shù)(X0，Y0，Z0)和(ω、φ、κ)，其中(X0，Y0，Z0)是成像設(shè)備的光心的空間位置；和(ω，φ，κ)是關(guān)于所述觸摸面的三維坐標(biāo)系的成像設(shè)備的光軸的方向角。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中在校準(zhǔn)期間還確定每個(gè)成像設(shè)備的內(nèi)部方向參數(shù)f、x0、y0和Δx、Δy，其中(Δx，Δy)代表由于成像設(shè)備的透鏡的不良特性而引入的失真項(xiàng)；f是成像設(shè)備的焦距；以及(x0，y0)是成像設(shè)備的主點(diǎn)坐標(biāo)。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其中使用以下共線性方程表示所述關(guān)系x=x0-Δx-fR1R3]]>y=y0-Δy-fR2R3]]>其中(x，y)是對(duì)應(yīng)于三維透視圖內(nèi)的點(diǎn)(X，Y，Z)的在捕獲圖像內(nèi)的點(diǎn)坐標(biāo)；和(R1，R2，R3)項(xiàng)取決于點(diǎn)(X，Y，Z)、空間位置(X0，Y0，Z0)以及方向角(ω，φ，κ)。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中在校準(zhǔn)期間，測(cè)量所述觸摸面上的校準(zhǔn)點(diǎn)(X，Y，Z)和對(duì)應(yīng)于所述校準(zhǔn)點(diǎn)的圖像點(diǎn)(x，y)，使用所述測(cè)量的校準(zhǔn)和圖像點(diǎn)求解所述共線性方程，從而確定所述外部和內(nèi)部方向參數(shù)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中使用最小二乘法求解所述共線性方程。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，其中所述校準(zhǔn)點(diǎn)位于沿所述觸摸面周邊的間隔位置處。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述校準(zhǔn)點(diǎn)位于所述觸摸面的轉(zhuǎn)角和邊緣中點(diǎn)。
18.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中使用沒影點(diǎn)方法確定所述外部方向參數(shù)。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中使用最小二乘法改進(jìn)所確定的外部方向參數(shù)。
20.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中使用平面單應(yīng)確定所述外部和內(nèi)部方向參數(shù)。
21.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中使用三點(diǎn)法確定所述外部方向參數(shù)。
22.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備還產(chǎn)生可信度值，該可信度值表示成像設(shè)備確實(shí)已經(jīng)識(shí)別到捕獲圖像中的指示器的可信度。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，其中所述處理器使用所述可信度值，以確定用于相對(duì)于所述觸摸面確定所述指示器位置的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中當(dāng)與其相關(guān)的可信度值低于閾值水平時(shí)，所述處理器忽略由所述成像設(shè)備產(chǎn)生的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
25.如權(quán)利要求24所述的裝置，包括一對(duì)成像設(shè)備。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備鄰近于所述觸摸面的不同轉(zhuǎn)角而設(shè)置。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備與所述觸摸面隔開并且隔開在所述觸摸面的前面。
28.如權(quán)利要求27所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備相對(duì)于所述觸摸面定位，使得至少觸摸面的整個(gè)周邊在其視野區(qū)域內(nèi)。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，其中對(duì)準(zhǔn)每個(gè)成像設(shè)備，使得其光軸與所述觸摸面的轉(zhuǎn)角成一直線，并且與所述觸摸面的頂部邊緣成大約等于45度的角。
30.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述成像設(shè)備通信，從而幫助在獲取圖像中確定指示器。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，其中在獲取的圖像中檢測(cè)指示器的成像設(shè)備首先將數(shù)據(jù)傳遞到其它的成像設(shè)備，以幫助那個(gè)成像設(shè)備在其獲取的圖像內(nèi)檢測(cè)該指示器。
32.如權(quán)利要求31所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備還產(chǎn)生可信度值，該可信度值表示成像設(shè)備確實(shí)已經(jīng)識(shí)別到捕獲圖像中的指示器的可信度。
33.如權(quán)利要求32所述的裝置，其中所述處理器使用所述可信度值，以確定用于相對(duì)于所述觸摸面確定所述指示器位置的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
34.如權(quán)利要求33所述的裝置，其中當(dāng)與其相關(guān)的可信度值低于閾值水平時(shí)，所述處理器忽略由所述成像設(shè)備產(chǎn)生的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
35.如權(quán)利要求34所述的裝置，包括一對(duì)成像設(shè)備。
36.如權(quán)利要求35所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備鄰近于所述觸摸面的不同轉(zhuǎn)角而設(shè)置。
37.如權(quán)利要求36所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備與所述觸摸面隔開并且隔開在所述觸摸面的前面。
38.如權(quán)利要求37所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備相對(duì)于所述觸摸面定位，使得至少觸摸面的整個(gè)周邊在其視野區(qū)域內(nèi)。
39.如權(quán)利要求38所述的裝置，其中對(duì)準(zhǔn)每個(gè)成像設(shè)備，使得其光軸與所述觸摸面的轉(zhuǎn)角成一直線，并且與所述觸摸面的頂部邊緣成大約等于45度的角。
40.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備處理在每個(gè)獲取圖像中的像素子集。
41.如權(quán)利要求40所述的裝置，其中所述像素子集對(duì)應(yīng)于在所述成像設(shè)備的透視圖內(nèi)的所述觸摸面的邊界。
42.如權(quán)利要求41所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備還產(chǎn)生可信度值，該可信度值表示成像設(shè)備確實(shí)已經(jīng)識(shí)別到捕獲圖像中的指示器的可信度。
43.如權(quán)利要求42所述的裝置，其中所述處理器使用所述可信度值，以確定用于相對(duì)于所述觸摸面確定所述指示器位置的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
44.如權(quán)利要求43所述的裝置，其中當(dāng)與其相關(guān)的可信度值低于閾值水平時(shí)，所述處理器忽略由所述成像設(shè)備產(chǎn)生的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
45.如權(quán)利要求44所述的裝置，包括一對(duì)成像設(shè)備。
46.如權(quán)利要求45所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備鄰近于所述觸摸面的不同轉(zhuǎn)角而設(shè)置。
47.如權(quán)利要求46所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備與所述觸摸面隔開并且隔開在所述觸摸面的前面。
48.如權(quán)利要求47所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備相對(duì)于所述觸摸面定位，使得至少觸摸面的整個(gè)周邊在其視野區(qū)域內(nèi)。
49.如權(quán)利要求48所述的裝置，其中對(duì)準(zhǔn)每個(gè)成像設(shè)備，使得其光軸與所述觸摸面的轉(zhuǎn)角成一直線，并且與所述觸摸面的頂部邊緣成大約等于45度的角。
50.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中所述成像設(shè)備是便攜的。
51.如權(quán)利要求50所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理器，其安裝在外殼內(nèi)，所述數(shù)字信號(hào)處理器處理由所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)獲取的圖像幀，從而產(chǎn)生所述指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
52.如權(quán)利要求50所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備包括數(shù)字?jǐn)z像機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理器，兩個(gè)成像設(shè)備安裝在單獨(dú)的外殼內(nèi)，所述數(shù)字信號(hào)處理器處理由所述數(shù)字?jǐn)z像機(jī)獲取的圖像數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生所述指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
53.如權(quán)利要求3所述的裝置，包括三個(gè)或更多的成像設(shè)備，其位于沿著所述觸摸面的間隔位置處，每個(gè)成像設(shè)備具有包圍所述觸摸面的不同部分的視野區(qū)域。
54.如權(quán)利要求53所述的裝置，其中成對(duì)設(shè)置所述成像設(shè)備，每對(duì)成像設(shè)備查看所述觸摸面的不同部分。
55.一種基于攝像機(jī)的觸摸系統(tǒng)，包括通常為矩形的無源觸摸面，使用指示器在所述觸摸面上進(jìn)行接觸；攝像裝置，可移動(dòng)的安裝在所述觸摸面的至少兩個(gè)轉(zhuǎn)角附近，所述攝像裝置中的每個(gè)具有掃視且向后看到所述觸摸面的視野區(qū)域，并且設(shè)置在觸摸面平面的前方，所述攝像裝置的視野區(qū)域在所述觸摸面上重疊，所述攝像裝置獲取所述觸摸面的圖像；和處理器，接收并處理所述圖像數(shù)據(jù)，以通過三角測(cè)量相對(duì)于所述觸摸面確定所述指示器的位置。
56.如權(quán)利要求55所述的觸摸系統(tǒng)，其中校準(zhǔn)每個(gè)攝像裝置，以建立在其透視圖內(nèi)的點(diǎn)(X，Y，Z)與所獲取圖像內(nèi)的點(diǎn)(x，y)之間的關(guān)系，當(dāng)在獲取圖像內(nèi)捕獲指示器時(shí)，每個(gè)攝像裝置產(chǎn)生指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
57.如權(quán)利要求56所述的觸摸系統(tǒng)，其中每個(gè)攝像裝置處理在每個(gè)獲取圖像中的像素子集。
58.如權(quán)利要求57所述的觸摸系統(tǒng)，其中所述像素子集對(duì)應(yīng)于在所述攝像裝置的透視圖內(nèi)的所述觸摸面的邊界。
59.如權(quán)利要求58所述的觸摸系統(tǒng)，其中每個(gè)攝像裝置在所述觸摸面的前方間隔足夠的距離，使得至少每個(gè)攝像裝置看到所述觸摸面的四個(gè)轉(zhuǎn)角在其視野區(qū)域內(nèi)。
60.如權(quán)利要求59所述的觸摸系統(tǒng)，其中每個(gè)攝像裝置還產(chǎn)生可信度值，該可信度值表示攝像裝置確實(shí)已經(jīng)識(shí)別到捕獲圖像中的指示器的可信度。
61.如權(quán)利要求60所述的觸摸系統(tǒng)，其中所述處理器使用所述可信度值，以確定用于相對(duì)于所述觸摸面確定所述指示器位置的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
62.如權(quán)利要求61所述的觸摸系統(tǒng)，其中當(dāng)與其相關(guān)的可信度值低于閾值水平時(shí)，所述處理器忽略由所述攝像裝置產(chǎn)生的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
63.一種用于相對(duì)于通常為矩形的觸摸面檢測(cè)指示器的裝置，包括至少兩個(gè)間隔的成像設(shè)備，具有包圍所述觸摸面的重疊的視野區(qū)域，所述成像設(shè)備將所述觸摸面在三維空間內(nèi)看作透視圖，該透視圖至少包括所述觸摸面的四個(gè)轉(zhuǎn)角，所述成像設(shè)備從不同的位置獲取重疊圖像；和處理器，接收和處理由所述成像設(shè)備中的至少一個(gè)產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)，從而使用三角測(cè)量相對(duì)于所述觸摸面確定指示器的位置。
64.如權(quán)利要求63所述的裝置，其中校準(zhǔn)每個(gè)成像設(shè)備，以建立在其透視圖內(nèi)的點(diǎn)(X，Y，Z)與所獲取圖像內(nèi)的點(diǎn)(x，y)之間的關(guān)系，當(dāng)在獲取圖像內(nèi)捕獲指示器時(shí)，每個(gè)成像設(shè)備輸出指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
65.如權(quán)利要求64所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備在所述觸摸面的前方間隔足夠的距離，以防止遮擋其整個(gè)觸摸面的視野。
66.如權(quán)利要求65所述的裝置，其中每個(gè)成像設(shè)備還產(chǎn)生可信度值，該可信度值表示成像設(shè)備確實(shí)已經(jīng)識(shí)別到捕獲圖像中的指示器的可信度。
67.如權(quán)利要求66所述的裝置，其中所述處理器使用所述可信度值，以確定用于相對(duì)于所述觸摸面確定所述指示器位置的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
68.如權(quán)利要求67所述的裝置，其中當(dāng)與其相關(guān)的可信度值低于閾值水平時(shí)，所述處理器忽略由所述成像設(shè)備產(chǎn)生的指示器坐標(biāo)數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種用于相對(duì)于觸摸面(54、254、354)檢測(cè)指示器的裝置(50)，包括至少兩個(gè)間隔的成像部件(58)，成像部件(58)具有包圍觸摸面的重疊的視野區(qū)域。成像部件將觸摸面在三維空間內(nèi)看作透視圖。成像部件從不同的位置獲取重疊圖像。處理器(60)接收和處理由至少一個(gè)成像部件產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)，從而相對(duì)于觸摸面確定指示器的位置。
文檔編號(hào)G06F3/042GK101019096SQ200580014441
公開日2007年8月15日 申請(qǐng)日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月5日
發(fā)明者杰拉爾德·D·莫里森, 大衛(wèi)·E·霍姆格倫 申請(qǐng)人:智能技術(shù)公司