專利名稱：一種基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，更具體的是涉及這樣一種輸入設(shè)備，其中使用者在投影屏幕等顯示屏位置處通過筆形發(fā)射裝置發(fā)射近紅外和藍(lán)牙鼠標(biāo)信號，該信號被收裝置接收后通過相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件處理成筆形裝置相對于屏幕的坐標(biāo)信息和鼠標(biāo)左右鍵信號，根據(jù)對應(yīng)的操作發(fā)出計(jì)算機(jī)控制信號，實(shí)現(xiàn)操作計(jì)算機(jī)的目的。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備為鍵盤和鼠標(biāo)。近年來，隨著觸摸屏技術(shù)的發(fā)展，許多計(jì)算機(jī)采用觸摸屏作為一種輸入設(shè)備，尤其是對于平板電腦而言。同鼠標(biāo)相比，直接點(diǎn)擊或者觸摸顯示裝置上對應(yīng)的圖案提高了計(jì)算機(jī)使用的便捷性與人機(jī)交互性。然而，觸摸屏由于制作工藝復(fù)雜和制作成本較高，其應(yīng)用受到一定的限制。例如，將觸摸屏應(yīng)用于面積較大的投 影屏幕在技術(shù)上仍有一定難度并且不具有經(jīng)濟(jì)性。而無線鼠標(biāo)通過測定其滾動球或者具有類似功能的裝置移動量在X軸和Y軸方向的分量的數(shù)據(jù)，通過編碼器編碼，從發(fā)射天線發(fā)射信號。該信號由接收裝置獲得并且通過處理電路與計(jì)算機(jī)連接，將鼠標(biāo)的移動量傳遞給計(jì)算機(jī)。無線鼠標(biāo)的使用特點(diǎn)為操作者需要在一個平面上移動鼠標(biāo)，使得屏幕上的鼠標(biāo)指針移動到所需要的位置。該移動鼠標(biāo)的過程需要花費(fèi)一定的時間。尤其是在利用鼠標(biāo)進(jìn)行常規(guī)書寫或者繪圖的時候，這種傳遞移動量的方式使得書寫或者繪圖過程很難精確地進(jìn)行。由此可見，雖然目前有多種交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，但是如果需要在大屏幕上快捷并且經(jīng)濟(jì)地與計(jì)算機(jī)之間實(shí)現(xiàn)交互控制，現(xiàn)有設(shè)備依然難以實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種利用近紅外接收裝置和藍(lán)牙鼠標(biāo)信號接收器獲得使用者在屏幕上移動的筆形發(fā)射裝置的空間相對位置、運(yùn)動軌跡和鼠標(biāo)左右鍵信號，通過相應(yīng)軟件分析，實(shí)現(xiàn)具有交互控制的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備。本發(fā)明主要由筆形發(fā)射裝置、接收裝置以及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)處理分析模塊組成。筆形發(fā)射裝置包含外殼、按鈕、近紅外光發(fā)射裝置、微處理電路和電源。接收裝置包括能夠?qū)t外光成像的攝像頭、無線鼠標(biāo)信號接收裝置及其處理電路、攝像頭與處理電路同計(jì)算機(jī)的接口。筆形發(fā)射裝置用于使用者手持，其外形如同記號筆，手持處在中部，頭部是近紅外光發(fā)生裝置，可采用近紅外發(fā)光二極管或近紅外激光源作為近紅外光發(fā)生裝置，內(nèi)部為無線鼠標(biāo)信號發(fā)生模塊，采用普通無線鼠標(biāo)的信號發(fā)生裝置即可，信號通過藍(lán)牙傳輸。外殼前端有兩枚控制按鈕，其作用相當(dāng)于鼠標(biāo)的左右鍵，在上述按鈕按下的同時近紅外光發(fā)生裝置發(fā)射近紅外光，無線鼠標(biāo)信號發(fā)生模塊發(fā)射鼠標(biāo)信號。為了減小上述用于手持的筆形發(fā)射裝置的體積和重量，電源采用電池供電。接收裝置分為圖像捕捉模塊和鼠標(biāo)信號接收模塊兩部分。圖像捕捉模塊用于捕捉近紅外光發(fā)生器發(fā)射出的近紅外光。在周圍沒有其他明顯近紅外光源的條件下，通過圖像捕捉裝置內(nèi)安裝的帶通近紅外濾光片的過濾，拍攝到的圖像為暗背景下的亮光斑，該光斑即為近紅外光發(fā)生器發(fā)射的近紅外光形成的光斑。鼠標(biāo)信號接收模塊采用普通無線鼠標(biāo)的藍(lán)牙接收裝置。圖像捕捉模塊和鼠標(biāo)信號接收模塊采用USB接口與計(jì)算機(jī)相連。如計(jì)算機(jī)具有藍(lán)牙功能，則省去鼠標(biāo)信號接收器直接用計(jì)算機(jī)自帶的藍(lán)牙模塊。計(jì)算機(jī)處理分析模塊包括近紅外圖像處理、攝像機(jī)位置標(biāo)定和發(fā)送鼠標(biāo)信號三部分組成。圖像處理的目的是提取光斑圖像的重心位置作為筆形裝置在圖像中的坐標(biāo)，將圖像濾波后得到低噪聲的光斑圖像，由自動全局閾值將光斑圖像二值化后僅保留面積最大的聯(lián)通區(qū)域，求其重心作為筆形裝置的坐標(biāo)。攝像機(jī)標(biāo)定的目的是修正攝像機(jī)成像坐標(biāo)系與投影屏坐標(biāo)系的對應(yīng)關(guān)系，使得到的筆形裝置在光斑圖像上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為其相對于計(jì)算機(jī)屏幕的坐標(biāo)。在得到坐標(biāo)信息和鼠標(biāo)左右鍵信息后，可調(diào)用相應(yīng)的系統(tǒng)函數(shù)例如Windows鼠標(biāo)消息函數(shù)向計(jì)算機(jī)發(fā)送鼠標(biāo)點(diǎn)擊的命令，從而實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)功能。本發(fā)明的整體實(shí)現(xiàn)方式如下·將接收裝置固定在合適的位置，要求拍攝區(qū)域至少包括操作者用于輸入的屏幕范圍，并且上述屏幕占拍攝區(qū)域的主要面積，屏幕可以是投影屏幕或者其他不發(fā)射近紅外光的平面。使用前需要先運(yùn)行標(biāo)定軟件，具體為首先由電腦產(chǎn)生四個邊角的定位點(diǎn)并投影至屏幕，由使用者通過發(fā)射裝置依次點(diǎn)擊投影屏幕上出現(xiàn)的四個定位點(diǎn)，計(jì)算定位點(diǎn)與實(shí)際電腦屏幕的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)標(biāo)定。完成標(biāo)定后即可使用，但接收裝置的位置需要固定，直至使用結(jié)束。操作時，當(dāng)使用者將近紅外發(fā)射裝置在屏幕上移動并點(diǎn)擊時，發(fā)射裝置發(fā)出近紅外光和鼠標(biāo)信號，接收裝置接收到近紅外圖像后，由USB接口將圖像傳送至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過相應(yīng)的圖像分析，可以得到圖像中亮斑的重心位置，即發(fā)射裝置相對于攝像平面的坐標(biāo)；鼠標(biāo)信號通過藍(lán)牙傳送至計(jì)算機(jī)，配合得到的坐標(biāo)信息，向計(jì)算機(jī)發(fā)送鼠標(biāo)消息，從而實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)的操作。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于可以在大屏幕尤其是投影屏幕等顯示屏上實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程操作。傳統(tǒng)無線鼠標(biāo)通過測定其滾動球或者具有類似功能的裝置移動量在X軸和Y軸方向的分量的數(shù)據(jù)，通過編碼器編碼，從發(fā)射天線發(fā)射信號。該信號由接收裝置獲得并且通過處理電路與計(jì)算機(jī)連接，將鼠標(biāo)的移動量傳遞給計(jì)算機(jī)。使用時操作者需要在一個平面上移動鼠標(biāo)，使屏幕上的鼠標(biāo)指針移動到所需要的位置，同時移動鼠標(biāo)的過程需要花費(fèi)一定的時間。尤其是在大屏幕(例如投影屏幕等)利用鼠標(biāo)進(jìn)行常規(guī)書寫或者繪圖的時候，這種傳遞移動量的方式使得書寫或者繪圖過程很難精確地進(jìn)行。本發(fā)明中操作者直接用筆形發(fā)射裝置發(fā)射的紅外光指向屏幕上需要鼠標(biāo)指針到達(dá)的位置，按下近紅外光發(fā)生器的開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)直接將鼠標(biāo)指針移動到上述需要鼠標(biāo)指針到達(dá)的位置，同無線鼠標(biāo)相比操作更加直接與便利，適用于演講或報(bào)告會等場合。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖I是本發(fā)明基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備的原理示意圖；圖2是本發(fā)明基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備的筆形發(fā)射裝置示意圖；圖3是本發(fā)明基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備的圖像接收裝置結(jié)構(gòu)圖4是本發(fā)明基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備的筆形發(fā)射裝置原理框圖；圖5是本發(fā)明基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備的圖形處理與分析算法流程圖。圖6是本發(fā)明基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備的使用前標(biāo)定方法示意圖。其中101為屏幕，102為筆形發(fā)射裝置，103為接收裝置，104為計(jì)算機(jī)，105為投影儀，201是筆形發(fā)射裝置外形結(jié)構(gòu)，202和203為筆形發(fā)射裝置的兩個按鈕，204為筆形發(fā)射裝置中近紅外光發(fā)射裝置，301為近紅外濾光片，302為光學(xué)透鏡，601、602、603、604為標(biāo)定屏幕上產(chǎn)生的4個點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)施例具有在投影屏幕上實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)操作的功能。201是筆形發(fā)射裝置外形結(jié)構(gòu)，202和203為筆形發(fā)射裝置的兩個按鈕，分別具有鼠標(biāo)左右鍵功能。204為筆形發(fā)射裝置中近紅外光發(fā)射裝置，本例中采用近紅外光發(fā)光二極管。按鈕202和按鈕203中有一個被按下時近紅外光發(fā)生裝置204發(fā)射近紅外光；按鈕202和按鈕203都被按下或者都不被按下時近紅外光發(fā)生裝置204不發(fā)射近紅外光。接收裝置103的位置固定，用于捕捉近紅外光發(fā)生器204發(fā)射出的近紅外光。通常情況下，在周圍沒有其他明顯近紅外光源的條件下，攝像頭拍攝的圖像為暗背景下的亮光斑，該光斑即為近紅外光發(fā)生器204發(fā)射的近紅外光形成的光斑。通過計(jì)算機(jī)104軟件分析得到光斑中心在每幀圖像中的坐標(biāo)，對該坐標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)變換，計(jì)算出拍攝時筆形發(fā)射裝置102在屏幕101上的坐標(biāo)。相應(yīng)軟件將鼠標(biāo)指針移動到上述坐標(biāo)位置即完成了鼠標(biāo)定位的功能。操作者通過按下按鈕202和203，筆形發(fā)射裝置中無線鼠標(biāo)信號發(fā)射天線分別發(fā)射無線鼠標(biāo)左、右鍵信號，該信號被接接收裝置103接收后傳遞給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)鼠標(biāo)左右鍵的功能。本發(fā)明在使用前需要進(jìn)行標(biāo)定，該標(biāo)定的方法為選定屏幕101并且接收裝置103位置固定后，通過相應(yīng)軟件在屏幕上投射顯示四個點(diǎn)401、402、403、404，該四個點(diǎn)的位置關(guān)系為構(gòu)成一個矩形的四個頂點(diǎn)。接收裝置中的近紅外圖像捕捉裝置301開始拍攝。操作者用筆形發(fā)射裝置102的前端依次接觸上述四個點(diǎn)401、402、403、404，并且在接觸時按下按鈕202，此時近紅外光發(fā)射裝置204的開關(guān)打開。接收裝置103拍攝的圖像傳遞到計(jì)算機(jī)104中，通過圖像分析筆形發(fā)射裝置102和屏幕101的相對位置進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定后，屏幕101中四個點(diǎn)所在的矩形及其內(nèi)部區(qū)域?yàn)橛行л斎雲(yún)^(qū)域。此實(shí)施例通過一系列的措施實(shí)現(xiàn)了基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備的輸入功能，且實(shí)現(xiàn)的操作過程相比于鼠標(biāo)更為便利和快捷，可在大屏幕上進(jìn)行操作。以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作了說明，但這些說明不能被理解為限制了本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨附的權(quán)利要求書限定，任何在本發(fā)明權(quán)利要求基礎(chǔ)上的改動都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，由筆形發(fā)射裝置、接收裝置和相應(yīng)的圖像分析模塊組成，其特征在于所述接收裝置通過接收所述筆形發(fā)射裝置發(fā)射的近紅外光信號和藍(lán)牙無線鼠標(biāo)信號，由圖像分析模塊進(jìn)行處理實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輸入功能。
2.—種權(quán)利要求I所述的基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，其特征在于所述筆形發(fā)射外形如同記號筆，使所述筆形發(fā)射裝置適用于單手操作。
3.—種權(quán)利要求I所述的基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，其特征在于所述筆形發(fā)射裝置包含近紅外光發(fā)射裝置、按鈕、微處理電路、無線鼠標(biāo)發(fā)射模塊和電源，其中上述近紅外光發(fā)射裝置位于所述筆形發(fā)射裝置前端，上述按鈕位于所述筆形發(fā)射裝置中前端。
4.一種權(quán)利要求I所述的基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，其特征在于所述的筆形發(fā)射裝置的按鈕實(shí)現(xiàn)上述近紅外光發(fā)生裝置開關(guān)的功能，且分別對應(yīng)連接無線鼠標(biāo)模塊左右鍵。
5.一種權(quán)利要求I或4所述的基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，其特征在于所述的筆形發(fā)射裝置的按鈕被按下時，上述近紅外光發(fā)生裝置發(fā)射近紅外光。
6.一種權(quán)利要求I或4所述的基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，其特征在于所述的筆形發(fā)射裝置的按鈕被按下時，上述近紅外光發(fā)生裝置發(fā)射鼠標(biāo)左、右鍵信號。
7.—種權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，其特征在于上述接收裝置包括可以對近紅外光成像的攝像機(jī)和無線鼠標(biāo)信號接收模塊。
8.—種權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，其特征在于上述接收裝置的紅外圖像接收模塊由近紅外濾光片、光學(xué)透鏡、圖像傳感器及USB連接器組成。
9.一種權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，其特征在于上述圖像分析模塊具有攝像機(jī)相對位置標(biāo)定、圖像濾波、選取圖像閾值以及提取紅外光斑重心位置功能。
10.一種權(quán)利要求I所述的基于圖形處理的交互式計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備，其特征在于上述接收裝置位置固定，上述筆形發(fā)射裝置接觸屏幕上位置不同的點(diǎn)且按鈕被按下時完成將鼠標(biāo)指針移動到對應(yīng)位置并執(zhí)行鼠標(biāo)點(diǎn)擊操作功能。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用圖像處理的方法在投影屏幕等顯示屏位置實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)無線操作功能的設(shè)備。本發(fā)明由筆形發(fā)射裝置、接收裝置和相應(yīng)的圖像分析模塊組成，使用者通過筆形發(fā)射裝置在投影屏幕等顯示屏相應(yīng)位置按壓相應(yīng)按鈕發(fā)出近紅外光和鼠標(biāo)按鍵信號，由接收裝置接收，經(jīng)過相應(yīng)的圖像分析與信號處理，得到發(fā)射裝置相對于屏幕的坐標(biāo)以及按鍵信息，向計(jì)算機(jī)發(fā)出控制指令，實(shí)現(xiàn)無線操作計(jì)算機(jī)的功能。
文檔編號G06F3/0354GK102968219SQ20121000485
公開日2013年3月13日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者何玉青, 張祺深, 許晨, 李嘉琦 申請人:北京理工大學(xué)