專利名稱：指針定位裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種指針定位裝置及方法，特別是涉及一種指針定位裝置及 方法，其利用可產(chǎn)生一特定光鐠的輔助定位點配合一設(shè)有濾光器的影像傳感 器以進行指向指針的定位。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的指針定位裝置及方法，如臺灣專利公告第1232769號的「用于光 槍的視覺回饋系統(tǒng)」，其用于擷取一光槍傳送至游戲主機系統(tǒng)的光點訊號或 光點坐標(biāo)訊號； 一控制電路則利用視頻訊號的水平同步訊號及垂直同步訊號 來計算光槍的光點坐標(biāo)訊號，再將光點坐標(biāo)數(shù)據(jù)傳送給一影像合成電路，由 該影像合成電路將光槍瞄準(zhǔn)點的光標(biāo)合成出現(xiàn)于屏幕所對應(yīng)的掃描點的位 置上。然而在實際使用上，由于此種定位方式必須配合顯示裝置的同步訊號 始能進行指針定位，而在一不具有同步訊號的顯示裝置，例如液晶顯示器 (LCD)、等離子體顯示器(PDP)及投影屏幕，則無法進行指針定位的功能，因 而此種指針定位裝置及方法具有僅局限使用于具有同步訊號的影像顯示裝 置的問題。
另一種指針定位裝置及方法，如臺灣專利公告第588258號的「利用攝 影方式進行指針定位的裝置」，其利用攝影指針裝置對顯示屏的顯示區(qū)域影 像先做描邊處理，以獲得顯示區(qū)域的四個角在影像中的坐標(biāo)值，再經(jīng)過坐標(biāo) 計算程序來計算出攝影機瞄準(zhǔn)點在實際屏幕上的坐標(biāo)值，以取代傳統(tǒng)光槍利 用彈著點訊號或同步訊號取得彈著點的坐標(biāo)值。然而在實際使用上，雖然此 種方式可令使用者在任何機種的屏幕上皆可利用攝影指針裝置進行射擊游 戲而不受顯示屏種類的限制，但是利用攝影所取得的影像進行顯示區(qū)域的辨 識程序較為復(fù)雜，且該攝影指針裝置于瞄準(zhǔn)屏幕上任意點時，攝影機均需將 屏幕的全部顯示區(qū)域拍攝進入攝影鏡頭，因而具有需要大視角攝影鏡頭的問 題。
于美國專利公告第2005/0107160A1號的r攝影式指針定位裝置及操作
程序(Photographic Pointer Positioning System and Its Operation Process) J 中， 雖然其藉由另外加入一參考點于前述的指針定位裝置中以加速影像的描邊
及辨識處理，但是如前所述的影像區(qū)域辨識不易以及需要大視角攝影鏡頭的 問題仍未獲得解決。
此外，利用一影像傳感器感測一影像區(qū)域時，感應(yīng)數(shù)組的攝像距離及攝 像時的旋轉(zhuǎn)角度皆會影響感應(yīng)數(shù)組上所取得影像的位置，若不對其進行校正 則會發(fā)生誤定位的情形。
基于上述原因，其確實仍有必要進一步改良上述指針定位裝置及方法， 才能使指針定位裝置適用于任何形式的影像顯示裝置，并達到精確定位及減 小感應(yīng)器視角的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供一種指針定位裝置及方法，其藉由可產(chǎn)生一特定 光鐠的輔助定位點配合一設(shè)有特定光鐠濾光器的影像傳感器以進行指針定 位，使本發(fā)明具有不受影像傳感器于攝像時的距離及旋轉(zhuǎn)角度限制皆能達到 精確定位的功效。
本發(fā)明另一目的是提供一種指針定位裝置及方法，其藉由一可產(chǎn)生特定 光鐠的輔助定位點配合一設(shè)有特定光譜濾光器的影像傳感器以進行指針定 位，由于不需攝取顯示屏的顯示區(qū)域整體畫面影像，因而具有僅需小視角的 影像傳感器的功效。
本發(fā)明再一目的是提供一種指針定位裝置及方法，其藉由一可產(chǎn)生特定 光語的輔助定位點配合一設(shè)有特定光語濾光器的影像傳感器以進行指針定 位，使本發(fā)明的指針定位裝置及方法適用任何形式的影像顯示裝置的指針定 位。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的指針定位裝置包含至少一輔助定位點設(shè)置于 影像顯示裝置的周圍并產(chǎn)生一特定光語； 一影像傳感器接收該輔助定位點所 產(chǎn)生的光訊號；及一濾光器設(shè)置于影像傳感器的前方以濾除該特定光譜以外 的波段的光訊號，使該影像傳感器僅能感測該特定光語的訊號；利用該輔助 定位點做為校正初始設(shè)定及指標(biāo)定位的基準(zhǔn)點，于影像顯示裝置顯示影像的 特定范圍內(nèi)進行指標(biāo)定位。
根據(jù)本發(fā)明的另一特點，本發(fā)明的影像傳感器其用于一影像顯示裝置的
指向指針定位，并配合一濾光器設(shè)置于該影像傳感器的前方以使該影像傳感 器僅能感測設(shè)置于該影像顯示裝置的周圍的輔助定位點所產(chǎn)生的特定光譜 訊號，利用該輔助定位點做為校正初始設(shè)定及指標(biāo)定位的基準(zhǔn)點，于該影像
顯示裝置顯示影像的特定范圍內(nèi)進行指針定位，該影像傳感器包含 一感測 單元，用于接收該輔助定位點所產(chǎn)生的光訊號，并將該光訊號轉(zhuǎn)換為電訊號； 及一計算處理單元接收該電訊號，計算并儲存利用該輔助定位點校正該影像 傳感器的指向指針?biāo)玫某跏荚O(shè)定，并執(zhí)行指標(biāo)定位的計算。
本發(fā)明還提供一種指標(biāo)定位方法用于一影像顯示裝置的屏幕四角落點 所形成的平面上進行一影像傳感器的光軸所指向的任意點的指向指標(biāo)定位， 該指標(biāo)定位方法包含下列步驟設(shè)置至少一輔助定位點于該影像顯示裝置的 周圍以產(chǎn)生一特定光謙；設(shè)置一濾光器于該影像傳感器之前，使該影像傳感 器僅能接收該輔助定位點所產(chǎn)生該特定光譜的訊號；及根據(jù)該影像顯示裝置 所接收的該輔助定位點的光訊號與該指向指針的空間關(guān)系進行該指向指標(biāo) 的校正及定位。


圖la為本發(fā)明實施例的指針定位裝置的立體示意圖。
圖lb為本發(fā)明實施例的指針定位裝置的輔助定位點的配置方式的示意圖。
圖lc為本發(fā)明實施例的指針定位裝置的輔助定位點的另一配置方式的 示意圖。
圖ld為本發(fā)明實施例的指針定位裝置的輔助定位點的再一配置方式的 示意圖。
圖2a為本發(fā)明實施例的指標(biāo)定位方法的流程圖。 圖2b為本發(fā)明第一實施例的絕對坐標(biāo)的指標(biāo)定位方法的流程圖。 圖2c為圖2b的本發(fā)明第一實施例的絕對坐標(biāo)的指標(biāo)定位方法的部分流 程圖。
圖2d為圖2b的本發(fā)明第一實施例的絕對坐標(biāo)的指標(biāo)定位方法的另一部 分流程圖。
圖2e為圖2b的本發(fā)明第一實施例的絕對坐標(biāo)的指標(biāo)定位方法的再一部 分流程圖。
圖3a為本發(fā)明第二實施例的相對坐標(biāo)的指標(biāo)定位方法的流程圖。 圖3b為圖3a的本發(fā)明第二實施例的相對坐標(biāo)的指標(biāo)定位方法的部分流 程圖。
圖3c為圖3a的本發(fā)明第二實施例的相對坐標(biāo)的指標(biāo)定位方法的另一部 分流程圖。
圖4為本發(fā)明實施例的指針定位裝置及方法的求取光軸校正向量的示意圖。
圖5為本發(fā)明實施例的指針定位裝置及方法的求取參考距離信息的示意圖。
圖6為本發(fā)明實施例的指針定位裝置及方法的四角落點的感測影像的示意圖。
圖7為本發(fā)明實施例的指針定位裝置及方法的進行角度補償?shù)氖疽鈭D。 圖8為本發(fā)明實施例的指針定位裝置及方法的進行映像轉(zhuǎn)換的示意圖。 圖9為本發(fā)明實施例的指針定位裝置及方法的利用比例參數(shù)進行指標(biāo)移 動的敏感度修正的示意圖。
附圖符號說明 10指針定位裝置 112輔助定位點 121感測單元 123特定光譜光源 14指向指標(biāo) 90平面 200 600步驟 301-307子步驟 501-504子步驟
I川，Im影像點
111輔助定位點 12影像傳感器 122計算處理單元 13濾光器 80光軸 170~190步驟 201~204子步驟 401-405子步驟 601 606子步驟
I川ref，Im ref參考影像點
Im一any，Ill2一any需校正影像點Ulll lD111影像點
Ia112 Id112影^象點
Xscale,Yseaie比例參數(shù)
A，,B，,C，，D，四角落點坐標(biāo)A,B,C,D平面上特定點
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的上述和其它目的、特征及優(yōu)點能更明顯，下文特舉本發(fā) 明實施例，并結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下。此外，于本說明書的說明內(nèi)容中，類 似的組件是以相同的編號表示。
請參照圖la所示，其示出了本發(fā)明實施例所使用的指針定位裝置10, 其可用于一影像顯示器(未示出)上的指向指針定位，該影像顯示器可為一投 影幕裝置、 一游戲機顯示屏裝置及一計算機顯示屏裝置的其中一種。該影像 顯示器具有一平面90以做為顯示畫面的用，亦即該平面90可為包含一投影 屏幕、游戲機顯示屏幕及一計算機屏幕的屏幕顯示區(qū)域的部份或全部的一平 面，且A、 B、 C及D為此平面上或平面外特定的四個位置點，例如屏幕顯 示區(qū)域的四個角落，其可形成一四邊形。
該指針定位裝置10包含兩輔助定位點111及112、 一影像傳感器12及 一濾光器13。所述輔助定位點111、 112為一特定光鐠的光源，其可為自發(fā) 性及非自發(fā)性光源的其中一種，且其較佳為一紅外光光源。當(dāng)所述輔助定位 點111、 112為自發(fā)性光源時可產(chǎn)生一特定光語，例如一紅外光發(fā)光二極管(IR LED)可產(chǎn)生一紅外光光錯；當(dāng)所述輔助定位點111、 112為非自發(fā)性光源時 則可反射一特定光譜，例如一紅外線反射鏡(IRmirror)可反射一紅外光光譜； 此時該指針定位裝置10可選擇另設(shè)置一該特定光語光源123以提供該非自 發(fā)性光源(所述輔助定位點111、 112 )反射時所需的光源，且依產(chǎn)品需求該 特定光語光源123可固設(shè)于該影像傳感器12上，亦可選擇于使用時利用螺 設(shè)或其它方式結(jié)合于該影像傳感器12上，或依實際需求設(shè)置于該影像傳感 器12的附近而不結(jié)合于其上；此外，其它實施例中亦可僅利用環(huán)境光源提 供該非自發(fā)性光源反射時所需的光源。
必須說明的是，由于該影像傳感器12的攝像距離及攝像時的旋轉(zhuǎn)角度 (依如圖1中所示的箭號方向旋轉(zhuǎn))皆會影響該影像傳感器12的感應(yīng)數(shù)組 上所感應(yīng)影像的位置，為增加指針定位的精確性，本實施例中以兩個輔助定 位點來說明指向器的指標(biāo)定位。然而本發(fā)明并不受限于此，于實際操作上亦 可僅使用一個輔助定位點作為輔助指向定位的用。另外必須說明的是，所述 輔助定位點111、 112的大小可設(shè)定為相等或不相等，其詳細(xì)原因?qū)⒂谝韵?的段落中做詳細(xì)說明。
i青參照圖la至Id所示，雖然所述輔助定位點111及112可i殳置于該影 像顯示裝置周圍的任意位置，但其較佳是如圖la至ld所示的配置方式，由 于該影像傳感器12于攝像時主要必需攝取所述輔助定位點111及112的光 學(xué)ifl號，而并非該平面90的整體影-像，如依圖la至Id所示的配置方式， 則可減小該影像傳感器12的攝像視角。除此之外，所述輔助定位點111、 112 依產(chǎn)品需求亦可選擇結(jié)合于該影像顯示裝置，或制作成一獨立的輔助定位裝 置。
該影像傳感器12設(shè)置于該平面90前方并依產(chǎn)品需求可選擇設(shè)有一光軸 80投射一指向指標(biāo)14至該平面90上，例如一投影筆的光點、 一光線槍的瞄 準(zhǔn)點及一鼠標(biāo)的控制光標(biāo)等；然于其它實施例中可選擇不具有該光軸80。該 影像傳感器12包含一感測單元121及一計算處理單元122，其用以感測而得 到包含所述輔助定位點111、 112的光學(xué)影像。該感測單元121可為一CMOS 影像傳感器及一 CCD影像傳感器的其中一種，其可將所感測的光學(xué)影像訊 號轉(zhuǎn)換為一電影像訊號(dectrical image signal)。該計算處理單元122電連接 于該感測單元121,其接收該電影像訊號后，并利用后述的指標(biāo)定位方法計 算并儲存利用所述輔助定位點111、 112校正該影像傳感器12的指向指針14 所得的初始設(shè)定，并執(zhí)行指標(biāo)定位的計算。本發(fā)明的該影像傳感器12可適 用于一特定范圍的指向器，例如一投影屏幕的指向器、 一游戲機的光線槍及 一計算機鼠標(biāo)的定位指針。
該濾光器13設(shè)置于該影像傳感器12的前方以濾除所述輔助定位點111、 112所產(chǎn)生的特定光譜以外的波段的光訊號，以使該影像傳感器12僅能感測 該特定光i瞽的訊號，于本實施例中，該濾光器13較佳為一紅外光濾光器(IR Filter)。藉此，由于該影像傳感器12的感測單元121無法接收該特定光語以 外的光訊號，因此該計算處理單元122所需處理的影像信息僅包括所述輔助 定位點111、 112的初始校正信息及該指向指針14于該平面90上與所述輔 助定位點111、 112間的空間關(guān)系，因此可大幅降低計算復(fù)雜度以增加指標(biāo) 定位的精確性。此外，該濾光器13可于產(chǎn)品出廠前即固設(shè)于該影像傳感器 12上，或于出廠后于產(chǎn)品裝設(shè)及使用前利用螺設(shè)或其它方式合于該影像傳感 器12上。
請參照圖2a所示，其示出了本發(fā)明實施例的指標(biāo)定位方法，其可用于 一影像顯示裝置的屏幕四角落點A、 B、 C及D所形成的平面90上進行一影
4象傳感器12的光軸80所指向任意點的指向指標(biāo)14的定位，該指標(biāo)定位方 法包含下列步驟設(shè)置至少兩輔助定位點111、 112于該影像顯示裝置的周 圍以產(chǎn)生一特定光鐠(步驟170 );設(shè)置一濾光器13于該影像傳感器12之 前，使該影像傳感器12僅能接收所述輔助定位點111、 112所產(chǎn)生特定光譜 的訊號(步驟180 );及根據(jù)該影像顯示裝置所接收的所述輔助定位點111、 112的光訊號與該指向指針14的空間關(guān)系進行該指向指標(biāo)14的校正及定位 (步驟190 )。其中，進行該指向指標(biāo)14的校正及定位的方式(步驟190 〕 可利用本發(fā)明第一實施例的絕對坐標(biāo)的指標(biāo)定位方法進行(圖2b 〕，其包含 下列步驟校正該影像傳感器的光軸(步驟200);屏幕四角落點校正(步驟 300);及任意點定位(步驟400)。
請參照圖2c所示，其示出了本發(fā)明第一實施例的校正該影像傳感器的 光軸(步驟200)的執(zhí)行方式，其包含下列子步驟瞄準(zhǔn)一參考點(步驟201); 影像傳感器擷取數(shù)字影像(步驟202);所述輔助定位點的成像位置及面積大 小檢測(步驟203);及求得一光軸校正向量及參考距離信息(步驟204)。
請參照圖2c、 4及5所示，以下針對校正該影像傳感器的光軸(步驟200) 及其子步驟進行詳細(xì)說明。首先必須說明的是，校正該影像傳感器的光軸的
步驟可為一于產(chǎn)品出廠前所進行的校正動作，亦可于產(chǎn)品出廠后于設(shè)置甚至 于使用期間所進行的校正動作。首先，將該感測單元121的光軸80瞄準(zhǔn)于 一參考點(步驟201),例如該輔助定位點lll,因而該感測單元121可感測到 一如圖4所示的數(shù)字影像(步驟202)，其中由兩粗線所形成的十字表示該影 像傳感器12的指向指針14， Im、 1112則表示所述輔助定位點111、 112在該 影像傳感器12上所形成的影像；該影像傳感器12的感測單元121檢測所述 影像Iiu、 Im在該影像傳感器12的位置及面積大小(步驟203)后，將其轉(zhuǎn)換 為電訊號并傳送至該計算處理單元122進行計算及儲存?？捎梢活A(yù)定原則設(shè) 定使用者所瞄準(zhǔn)者為上方的該輔助定位點111或是下方的輔助定位點112 ( 例如于本實施例中預(yù)設(shè)為上方的該輔助定位點111 );亦可由一預(yù)設(shè)的面積 大小原則預(yù)設(shè)使用者所瞄準(zhǔn)者為面積較大的輔助定位點111。
請再參照圖4所示，其為該光軸80瞄準(zhǔn)該輔助定位點111時所得的感 測影像，由于該指向指針14與該輔助定位點111于該影像傳感器12上成像 的位置Im并不相重迭，因此必須校正該光軸80的指向，以使該光軸80指 向正確的位置(I川的位置)。該計算處理單122則可依此求得一光軸校正
向量的校正值(步驟204),亦即該指向指針14與該影像傳感器12上的感測 影像Im兩點間所形成的向量，并儲存于該計算處理單122的一存儲器內(nèi)( 未示出)，以供后續(xù)指向定位的各步驟中使用。
請再參照圖5所示，該影像傳感器12的計算處理單元122內(nèi)可預(yù)先設(shè) 定有一于參考距離攝像時，該兩輔助定位點lll、 112在該影像傳感器12上 的兩感測影像距離L及平均坐標(biāo)(X，Y),并將其定為一參考距離信息(步驟
204)，以供后續(xù)指向定位的步驟中使用。其中，I川ref及Im—ref分別表示該影
像傳感器12在前述參考距離攝像時，所述輔助定位點111及112于該影像
傳感器12所呈現(xiàn)的影像；1川—any及Iu2一any則分別表示需校正影像點，其為該 影像傳感器12瞄準(zhǔn)同一點且位于任意距離攝像時，所述輔助定位點111及 112于該影像傳感器12所呈現(xiàn)的影像。于圖5中，Im—any及Im—any表示攝像 距離大于該參考距離時所得的影像，因而所得的感測影像較小。該計算處理
單122在進行距離補償時，利用所測得的該兩輔助定位點111、 112在該影
像傳感器12上的成像Im一any、 1112—any的距離1及其平均坐標(biāo)(X,y)與該參考距
離攝像時所得影像間的比例關(guān)系以進行距離補償；亦即將(x，y)修正為(x，,y，) (未示出)，其中(x，，y，)氣xL/l，yL/l)以表示經(jīng)距離補償后在同一距離基準(zhǔn)下 所述輔助定位點lll、 112在該影像傳感器12上感測影像的平均坐標(biāo)，且當(dāng)
(X，,y，(X，Y)時，該影像傳感器12所感測到的影像I川ref、 Im一ref及Im—any、 Im一any即表示同一組影像。如上所述，在完成校正該影像傳感器的光軸(步驟
200)后，該計算處理單122內(nèi)儲存有一光軸校正向量(該指向指針14與該 影像傳感器12上的感測影像I川兩點間所形成的向量)及一參考距離信息( 兩感測影像距離L及平均坐標(biāo)(X，Y))以做為指標(biāo)定位的部分初始設(shè)定。
請參照圖2d所示，其示出了本發(fā)明第一實施例的屏幕四角落點校正(步 驟300)的執(zhí)行方式，其包含下列子步驟瞄準(zhǔn)屏幕四角落點(步驟301);影 像傳感器擷取數(shù)字影像(步驟302);所述輔助定位點的成像位置及面積大小 檢測(步驟303);判斷是否屏幕四角落點皆已擷取完成輔助定位點信息？若是， 則進行步驟305，若否，則再進行步驟301(步驟304);距離及角度補償，并 加入該光軸校正向量及參考距離信息進行校正(步驟305);計算并求得屏幕 四角落點坐標(biāo)(步驟306);及計算并求得轉(zhuǎn)換矩陣(步驟307)。必須說明的是， 步驟307依產(chǎn)品需求可選擇實施或不實施，若實施，雖然在校正過程增加計 算量，但在其后瞄準(zhǔn)任意點計算指向坐標(biāo)時，則可簡化計算過程并節(jié)省存儲空間。
請參照圖2d及6至8所示，以下針對屏幕四角落點校正(步驟300)及其 子步驟進行詳細(xì)說明，首先必須說明的是，該四角落點校正的步驟同樣可為 一于產(chǎn)品出廠前所進行的校正動作，亦可于產(chǎn)品出廠后于設(shè)置甚至于使用期 間所進行的校正動作。利用前述步驟200所校正過后的該光軸80所指向的 指向指標(biāo)14分別瞄準(zhǔn)該平面90的四角落點A、 B、 C及D(步驟301)，接著 進行步驟302的影像傳感器擷取數(shù)字影像及步驟303的輔助定位點的成像位 置及面積大小檢測，因其與步驟200的子步驟202及203執(zhí)行過程相同，于 此不再贅述。當(dāng)完成該平面90的四角落點A、 B、 C及D的影像感測后(步 驟304)，則可得到如圖6所示的感測影像，其中U川、 Ibiii、 Iciii及Idiii表 示該指向指標(biāo)14分別指向該平面90的四個角落A、 B、 C及D時該輔助定 位點111在該影像傳感器12上的感測影像； Ul12、 Ib112、 Icil2及1。112表示該 指向指標(biāo)14分別指向該平面90的四個角落A、 B、 C及D時該輔助定位點 112在該影像傳感器12上的感測影像；A，、B，、C，及D，則分別為U川與IA112、
Ibiii與Ibu2、 Iciii與Icii2及Idiii與Idii2的平均坐杯。
請再參照圖7所示，其說明步驟305的角度補償方式，其中，Im一rer及
Im一ref分別表示所述輔助定位點111、 112于該影像傳感器12預(yù)先設(shè)定并儲 存于該計算處理單元122的存儲器內(nèi)的感測影像信息，其用做該影像傳感器
12攝像時旋轉(zhuǎn)角度的基準(zhǔn)點；Im一any及Iu2一any則分別表示需校正影像點，其
為所述輔助定位點111、 112于該影像傳感器12瞄準(zhǔn)同一點且于任意旋轉(zhuǎn)角 度時所得的感測影像，此時由于該影像傳感器12攝像時與基準(zhǔn)影像間具有 一旋轉(zhuǎn)角度(9的偏差，因而該計算處理單元122需依照下列公式計算并進行 角度補償
r
義
其中，0表示該影像傳感器12攝像時的旋轉(zhuǎn)角度偏差；X、 Y表示補償 前該兩輔助定位點lll、 112于該影像傳感器12上所成影像的平均坐標(biāo)，其 預(yù)先儲存于該計算處理單元122的存儲器內(nèi)；X，、 Y，表示補償后該兩輔助定 位點lll、 112于該影像傳感器12上所成影像的平均坐標(biāo)。必須說明的是， 若所述輔助定位點111、 112為大小相等的特定光語光源，則若攝像時的旋 轉(zhuǎn)角度超過180度時，可能形成無法分辨所述輔助定位點111、 112而造成
誤判并導(dǎo)致角度補償不正確的情形，此時該影4象傳感器12則可另配合設(shè)置
一水銀開關(guān)(未示出)以解決此問題；此外于本實施例中較佳亦可選用不同 大小的所述輔助定位點111、 112，如此不論攝像時的旋轉(zhuǎn)角度為何，都不會 因無法分辨所述輔助定位點111、 112而造成誤判，皆可正確進行角度補償。
步驟305中的距離補償則是基于該步驟200所求得的參考距離信息進 行，以補償于不同距離攝像時所造成的誤差，且必需同時加入該光軸校正向 量以使得所求得的屏幕四角落點坐標(biāo)(步驟306)能夠正確算出，且求得的所 述屏幕四角落點平均坐標(biāo)A，、 B，、 C，及D，則儲存于該影像傳感器12的計算 處理單元122的存儲器內(nèi)。此外，雖然本發(fā)明使用至少一個輔助定位點便可 以實現(xiàn)指標(biāo)定位的校正，但于實際使用上較佳是選用兩個輔助定位點以使校 正時便于進行角度及距離補償?shù)男Ｕ允怪笜?biāo)定位結(jié)果更為精確。
請再參照圖8所示，其說明由步驟306所求得的屏幕四角落點坐標(biāo)轉(zhuǎn)換 為轉(zhuǎn)換矩陣(步驟307)的方式，此轉(zhuǎn)換過程亦于該記算處理單元122內(nèi)進行。 其中A，(xA，，yA,)、 B，(xB',yB，)、 C，(Xc，,yc,)及D，(XD',yD')則分別表示該指向指標(biāo) 14指向該平面90的四角落點A、 B、 C及D時所求得該兩輔助定位點111、 112于該影像感測裝置12上所成影像的平均坐標(biāo)，由于該影像傳感器12攝 像時的角度及感測時所產(chǎn)生的形變，因而該A，、 B，、 C，及D，所形成的四邊 形并非為 一對稱的矩形。藉由 一現(xiàn)有映射轉(zhuǎn)換(Projection transformation)的方 式，則可將一非對稱的四邊形轉(zhuǎn)換成一標(biāo)準(zhǔn)的單位正方形(四邊長皆為單位 長度的正方形)，并將進行轉(zhuǎn)換所需的轉(zhuǎn)換矩陣儲存于該影像傳感器12的 計算處理單元122的存儲器內(nèi)，以供后續(xù)指標(biāo)定位之用。由于所述A，、 B，、 C，及D，表示該平面90的四角落點平均坐標(biāo)，因而只要是在該平面90內(nèi)的 特定范圍內(nèi)的任意點，經(jīng)由該轉(zhuǎn)換矩陣轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)皆會落于該標(biāo)準(zhǔn)的單位 正方形所形成的平面空間內(nèi)。如上所述，在完成屏幕四角落點校正(步驟300) 后，該計算處理單122內(nèi)則儲存有一轉(zhuǎn)換矩陣以及距離和角度的校正信息， 如此便完成指針定位的全部初始設(shè)定，以供后續(xù)步驟中使用。
此外必須說明的是，于步驟300中的子步驟307可依產(chǎn)品需求選擇不予 執(zhí)行，亦即只要利用儲存于該影像傳感器12的計算處理單元122內(nèi)的存儲 器中的所述屏幕四角落點平均坐標(biāo)A，、 B，、 C，及D，，亦可進行步驟400的 任意點定位，如此在進行校正時可減少計算量，但在進行該任意瞄準(zhǔn)點定位 (步驟400)時會增加該計算處理單元122的計算量及存儲器的存儲空間。
:清參照圖2e所示，其示出了本發(fā)明第一實施例的4壬意點定位(步驟400) 的執(zhí)行方式，其包含下列子步驟瞄準(zhǔn)屏幕任意點(步驟401);影像傳感器 擷取數(shù)字影像(步驟402);所述輔助定位點的成像位置及面積大小檢測(步驟 403);距離及角度補償，并加入該光軸校正向量及參考距離信息進行校正(步 驟404);及計算并求得指向定位坐標(biāo)(步驟405)。
請參照圖2e、 6至8所示，以下針對任意點定位(步驟400)及其子步驟 進行詳細(xì)說明，必須說明的是，該任意點定位的步驟為使用者基于該步驟200 及300所求的的初始設(shè)定信息，其包括光軸校正向量、參考距離信息及四角 落點坐標(biāo)或轉(zhuǎn)換矩陣等信息，而進行的任意點指標(biāo)定位。令該光軸80所指 向的指向指標(biāo)14指向該平面90上的任意點(步驟401);接著進行步驟402 的影像傳感器擷取數(shù)字影像、步驟403的輔助定位點的成像位置及面積大小 檢測及步驟404的距離及角度補償，因其與步驟300的子步驟302、 303及 305的執(zhí)行方式相同，于此不再贅述。該計算處理單元122在進行任意點的 指向定位坐標(biāo)運算時，必須基于步驟300所求得的屏幕四角落點坐標(biāo)或是轉(zhuǎn) 換矩陣進行計算，換句話說，若儲存于該計算處理單元122的存儲器內(nèi)的為 屏幕四角落點坐標(biāo)，則于步驟405的計算則需加入該屏幕四角落點坐標(biāo)以進 行計算；反之，若儲存于該計算處理單元122的存儲器內(nèi)者為轉(zhuǎn)換矩陣，則 于步驟405的計算則需加入該轉(zhuǎn)換矩陣以進行計算。藉此，則可計算并求得 該平面90上任意點的指向定位坐標(biāo)(步驟405)。
請參照圖3a所示，其示出了本發(fā)明進行該指向指標(biāo)14的校正及定位( 步驟l卯)的第二實施例，其利用一相對坐標(biāo)的指標(biāo)定位方法，該方法同樣 用于一影像顯示裝置指向指針14的定位，藉由兩輔助定位點lll、 112設(shè)置 于該影像顯示裝置的周圍并產(chǎn)生一特定光譜及以該影像傳感器12接收所述 輔助定位點111、 112所產(chǎn)生的光訊號并配合一濾光器13置于該影像傳感器 12的前方以濾除該特定光語以外的波段的光訊號，使該影像傳感器12僅能 感測該特定光鐠的訊號。該指標(biāo)定位方法同樣包含下列步驟校正該影像傳 感器的光軸(步驟500)及任意點定位(步驟600)。本實施例與第一實施例的差 別在于，于本實施例中并不用校正屏幕的四角落點，而是利用于校正該影像 傳感器的光軸時所定義出的該平面90上的一相對參考點或者依使用者所自 行定義的任意點作為相對參考點，并以該光軸80所指向的指向指標(biāo)14與該 相對參考點的空間相關(guān)性以進行指標(biāo)定位，其詳細(xì)說明如下。請參照圖3b、 4及5所示，同樣的本實施例的校正該影像傳感器的光軸 (步驟500)仍可為一于產(chǎn)品出廠前所進行的校正動作，亦可于產(chǎn)品出廠后于 設(shè)置甚至于使用期間所進行的校正動作。校正該影像傳感器的光軸的執(zhí)行方 式同樣包含下列子步驟瞄準(zhǔn)一參考點(步驟501);影像傳感器擷取數(shù)字影 像(步驟502);所述輔助定位點的成像位置及面積大小檢測(步驟503);及求 得一光軸校正向量及參考距離信息(步驟504)。由于其執(zhí)行方式與步驟200 相同，于此不再贅述，以下僅針對其與第一實施例間的差異進行詳細(xì)說明。 在步驟504的校正該影像傳感器的光軸完成時，除了可求得一光軸校正向量 以及參考距離信息外(如同第一實施例〕，并可設(shè)定步驟501的該參考點為 相對參考點做為利用相對坐標(biāo)進行指標(biāo)定位時的參考基準(zhǔn)(步驟504)，并將 其位置信息儲存于該記算處理單元122中。
請參照圖3c及6至9所示，本實施例的任意點定位(步驟600)的執(zhí)行方 式同樣包含下列子步驟瞄準(zhǔn)屏幕任意點(步驟602);影像傳感器擷取數(shù)字 影像(步驟603);所述輔助定位點的成像位置及面積大小檢觀'J(步驟604);距 離及角度補償，并加入該光軸校正向量及參考距離信息進行校正(步驟605); 及計算并求得指向定位坐標(biāo)(步驟606)。其與第一實施例的任意點定位(步驟 400)的執(zhí)行方式相同，于此不再贅述，以下僅針對其間的差異進行詳細(xì)說明。 其中，在執(zhí)行任意點定位之前，除了可利用于前述步驟500所選出的相對參 考點為相對坐標(biāo)的參考基準(zhǔn)點外，使用者亦可根據(jù)其使用習(xí)慣自行定義一相 對參考點(步驟601),例如于本實施例中以(xo，yo)為相對參考點(圖9 ),以 做為該指向指標(biāo)14移動時的相對參考點，且此步驟可選擇不實施。此外， 該計算處理單元122在計算指向定位坐標(biāo)時，較佳是可輸入一比例參數(shù) (Xscale，Yseale，以調(diào)整該指向指針14于該影像傳感器12上感測影像移動的靈 敏度，其利用下述的公式進行調(diào)整
其中，Xscale、 Y^e為一使用者可調(diào)的比例參數(shù)；xq、 y。為使用者自定義 的相對參考點或是于該步驟504中所定義的相對參考點坐標(biāo)；Xl、 yt為該指 向指標(biāo)14移動時所迷輔助定位點111、 112于該影像傳感器12上的感測影 像坐標(biāo)；D為移動距離；〈AX,A1^則為經(jīng)修正后的移動距離。其中，當(dāng)Xscale 及Y^e愈大時，則表示該指向指標(biāo)14移動的距離必須愈大，才能得到相同
的移動效果。
如上所示，現(xiàn)有指針定位裝置及方法因需藉由攝影機擷取整個顯示屏幕 的信息，如此會具有影像區(qū)域辨識不易以及需要大視角攝影鏡頭的問題。相 較于現(xiàn)有指針定位裝置及方法，本發(fā)明各實施例的指針定位裝置及方法(如
圖1、 2a及3a所示)藉由可產(chǎn)生一特定光譜輔助定位點配合一設(shè)有濾光器的 影像傳感器以進行指針定位，因為僅需攝取所述輔助定位點111、 112的光 訊號，其確實將影像傳感器所需的視角減小、簡化計算復(fù)雜度及增加定位精 確性，且本發(fā)明亦能適用于任何形式的影像顯示裝置的指針定位。
雖然本發(fā)明已以前述較佳實施例示出，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng) 域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可作各種的更動與修 改。因此本發(fā)明的保護范圍以本發(fā)明的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種指針定位裝置用于一影像顯示裝置的指向指針定位，該指針定位裝置包含至少一輔助定位點設(shè)置于該影像顯示裝置的周圍，并產(chǎn)生一特定光譜；一影像傳感器接收該輔助定位點所產(chǎn)生的光訊號；及一濾光器設(shè)置于該影像傳感器的前方以濾除該特定光譜以外的波段的光訊號，使該影像傳感器僅能感測該特定光譜的訊號；其中，利用該輔助定位點做為校正初始設(shè)定及指標(biāo)定位的基準(zhǔn)點，于該影像顯示裝置顯示影像的特定范圍內(nèi)進行指標(biāo)定位。
2. 如權(quán)利要求1所述的指針定位裝置，其中該特定光語為紅外光光譜， 該濾光器為一紅外光濾光器。
3. 如權(quán)利要求1所述的指針定位裝置，其中該輔助定位點為自發(fā)性光源， 其可產(chǎn)生該特定光譜。
4. 如權(quán)利要求3所述的指針定位裝置，其中該輔助定位點為紅外光發(fā)光 二極管。
5. 如權(quán)利要求1所述的指針定位裝置，其中該輔助定位點為非自發(fā)性光 源，可反射該特定光語。
6. 如權(quán)利要求5所述的指針定位裝置，其中該指針定位裝置還包含一該 特定光譜的光源。
7. 如權(quán)利要求1所述的指針定位裝置，其中該輔助定位點的數(shù)目為2且 大小相等，該影像傳感器還包含一水銀開關(guān)以使該影像傳感器于攝像時的旋 轉(zhuǎn)角度超過180時仍可正確進行指標(biāo)定位。
8. 如權(quán)利要求1所述的指針定位裝置，其中該輔助定位點的數(shù)目為2且 大小不相等，以使該影像傳感器于任意旋轉(zhuǎn)角度攝像時皆可正確進行指標(biāo)定 位。
9. 如權(quán)利要求1所述的指針定位裝置，其中該輔助定位點可結(jié)合于該影 像顯示裝置。
10. 如權(quán)利要求1所述的指針定位裝置，其中該影像傳感器為選自一 CMOS影像傳感器及一 CCD影像傳感器的其中一種。
11. 如權(quán)利要求1所述的指針定位裝置，其中該影像傳感器包含一感測單元用于接收該輔助定位點所產(chǎn)生的光訊號，并將該光訊號轉(zhuǎn)換為電訊號；及一計算處理單元接收該電訊號，計算并儲存利用該輔助定位點校正該影 像傳感器的指向指針?biāo)玫某跏荚O(shè)定，并執(zhí)行指標(biāo)定位的計算。
12.—種指針定位方法用于一影像顯示裝置的屏幕四角落點所形成的平 面上進行一影像傳感器的光軸所指向的任意點的指向指標(biāo)定位，該指標(biāo)定位 方法包含下列步驟設(shè)置至少一輔助定位點于該影像顯示裝置的周圍以產(chǎn)生一特定光譜；設(shè)置一濾光器于該影像傳感器之前，使該影像傳感器僅能接收該輔助定 位點所產(chǎn)生該特定光謙的訊號；及根據(jù)該影像顯示裝置所接收的該輔助定位點的光訊號與該指向指針的 空間關(guān)系進行該指向指標(biāo)的校正及定位。
13.如權(quán)利要求12所述的指標(biāo)定位方法，其中該輔助定位點的數(shù)目為2。
14. 如權(quán)利要求13所述的指標(biāo)定位方法，其中該指向指標(biāo)的校正及定位的方式包含下列步驟校正該影像傳感器的光軸；及 任意點定位。
15. 如權(quán)利要求14所述的指標(biāo)定位方法，其中該校正該影像傳感器的光 軸的方式包含下列步驟瞄準(zhǔn)一參考點； 影像傳感器擷取數(shù)字影像； 所述輔助定位點的成像位置及面積大小檢測；及 求得一 光軸校正向量以及參考距離信息。
16. 如權(quán)利要求15所述的指標(biāo)定位方法還包含下列步驟 設(shè)定該參考點為相對參考點。
17. 如權(quán)利要求15所述的指標(biāo)定位方法，其中該參考距離信息是基于一 預(yù)定攝像距離攝像時該兩輔助定位點于該影像傳感器上所得的影像間距及 平均坐標(biāo)的信息。
18. 如權(quán)利要求15所述的指標(biāo)定位方法，其中該光軸校正向量為該參考 點與該光軸的指向指標(biāo)間的向量。
19. 如權(quán)利要求14所述的指標(biāo)定位方法，其中該任意點定位的方式包含 下列步驟瞄準(zhǔn)屏幕任意點；影像傳感器擷取數(shù)字影像；所述輔助定位點的成像位置及面積大小檢測；距離及角度補償，并加入該光軸校正向量及參考距離信息進行校正；及 計算并求得指向定位坐標(biāo)。
20.如權(quán)利要求19所述的指標(biāo)定位方法，其中該角度補償?shù)姆绞嚼孟?列公式<formula>formula see original document page 4</formula>其中，P表示該影像傳感器攝像時的旋轉(zhuǎn)角度偏差，X、 Y表示補償前 該兩輔助定位點于該影像傳感器上所成影像的平均坐標(biāo)，X，、 Y，表示補償后 該兩輔助定位點于該影像傳感器上所成影像的平均坐標(biāo)。
21. 如權(quán)利要求19所述的指標(biāo)定位方法，其中于該瞄準(zhǔn)屏幕任意點步驟 之前還包含一步驟選擇一相對參考點。
22. 如權(quán)利要求19所述的指標(biāo)定位方法，其中于該計算并求得指向定位 坐標(biāo)步驟中加入一比例參數(shù)以進行指向指標(biāo)移動的敏感度修正。
23. 如權(quán)利要求14所述的指標(biāo)定位方法，其中于該任意點定位步驟之前 還包含下列步驟屏幕四角落點校正。
24. 如權(quán)利要求23所述的指標(biāo)定位方法，其中該屏幕四角落點校正的方 式包含下列步驟瞄準(zhǔn)屏幕四角落點；影像傳感器擷取數(shù)字影像；所述輔助定位點的成像位置及面積大小檢測；判斷是否屏幕四角落點皆已擷取完成輔助定位點信息？若是，則進行下 一步驟，若否，則再重新進行該瞄準(zhǔn)屏幕四角落點步驟；距離及角度補償，并加入該光軸校正向量及參考距離信息進行校正；及 計算并求得屏幕四角落點坐標(biāo)。
25. 如權(quán)利要求24所述的指標(biāo)定位方法，其中該計算并求得屏幕四角落點坐標(biāo)完成后還包含下列步驟 計算并求得轉(zhuǎn)換矩陣。
26. 如權(quán)利要求25所述的指標(biāo)定位方法，其中由該四角落點坐標(biāo)計算該 轉(zhuǎn)換矩陣的方式利用映射轉(zhuǎn)換。
27. 如權(quán)利要求24所述的指標(biāo)定位方法，其中計算指向定位坐標(biāo)為配合 該四角落點坐標(biāo)以進行計算。
28. 如權(quán)利要求25所述的指標(biāo)定位方法，其中計算指向定位坐標(biāo)為配合 該轉(zhuǎn)換矩陣以進行計算。
29. 如權(quán)利要求12所述的指標(biāo)定位方法，其中該特定光譜為一紅外光光譜。
30. —種影像傳感器用于一影像顯示裝置的指向指針定位，并配合一濾光 器設(shè)置于該影像傳感器的前方以使該影像傳感器僅能感測設(shè)置于該影像顯 示裝置的周圍的輔助定位點所產(chǎn)生的特定光語訊號，利用該輔助定位點做為 校正初始設(shè)定及指標(biāo)定位的基準(zhǔn)點，于該影像顯示裝置顯示影像的特定范圍 內(nèi)進行指針定位，該影像傳感器包含一感測單元，用于接收該輔助定位點所產(chǎn)生的光訊號，并將該光訊號轉(zhuǎn) 換為電訊號；及一計算處理單元接收該電訊號，計算并儲存利用該輔助定位點校正該影 像傳感器的指向指針?biāo)玫某跏荚O(shè)定，并執(zhí)行指標(biāo)定位的計算。
31. 如權(quán)利要求30所述的影像傳感器，其中該感測單元為選自一 CMOS 影像傳感器及一 CCD影像傳感器的其中一種。
32. 如權(quán)利要求30所述的指針定位裝置，其中該影像傳感器還包含一該 特定光鐠的光源。
33. 如權(quán)利要求30所述的指針定位裝置，其中該影像傳感器還包含一水 銀開關(guān)。
34. 如權(quán)利要求30所述的指針定位裝置，其中該特定光鐠為一紅外光光譜。
全文摘要
一種指針定位裝置用于一影像顯示裝置的指向指針定位，其包含至少一輔助定位點、一影像傳感器及一濾光器。該輔助定位點設(shè)置于該影像顯示裝置的周圍并產(chǎn)生一特定光譜。該影像傳感器接收該輔助定位點所產(chǎn)生的光訊號。該濾光器設(shè)置于該影像傳感器的前方用以濾除該特定光譜以外的波段的光訊號，使該影像傳感器僅能感測該特定光譜訊號。利用該輔助定位點做為校正初始設(shè)定及指標(biāo)定位的基準(zhǔn)點，以于該影像顯示裝置顯示影像的特定范圍內(nèi)進行指標(biāo)定位。
文檔編號G06K11/06GK101169831SQ20061013743
公開日2008年4月30日 申請日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者吳孟聰, 李宜方, 李宣賢, 林志新, 趙子毅, 陳信嘉, 黃昭薦 申請人:原相科技股份有限公司