專利名稱：用于與顯示系統(tǒng)進(jìn)行交互操作的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及人機(jī)交互操作的方法及設(shè)備，特別是一種用于與顯示系統(tǒng)進(jìn)行交互操作的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
作為與計(jì)算機(jī)交互的輔助手段，顯示交互成為目前被廣泛關(guān)注的領(lǐng)域之一。從教學(xué)、會議以及娛樂等領(lǐng)域，顯示交互系統(tǒng)越來越扮演了重要的角色。在教學(xué)上，傳統(tǒng)意義上使用投影儀作為顯示設(shè)備，在進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)之前，教師要準(zhǔn)備好要講的稿，通過計(jì)算機(jī)將文件在課堂上展示出來。這種方式存在幾個(gè)問題第一、老師可能在編寫講稿時(shí)存在疏忽、遺漏。由于編輯需要通過計(jì)算機(jī)操作并且需要打斷正常的教學(xué)，從而導(dǎo)致不能夠?qū)Τ霈F(xiàn)偏差的地方及時(shí)更正；第二、老師可能需要類似黑板的平臺，來進(jìn)一步進(jìn)行書寫和講解，這就使得現(xiàn)在的課堂不能夠徹底的將傳統(tǒng)的黑板去除，并且需要老師在黑板和投影儀之間來回切換，而寫在黑板上的內(nèi)容不能夠保留。最后，老師只能通過計(jì)算機(jī)對投影儀所示的內(nèi)容進(jìn)行操作，這些操作包括，打標(biāo)記，修改，加重等。針對這些問題，從上世紀(jì)90年代初，各國的研究者或者相應(yīng)的顯示設(shè)備公司就開始了大量的研究并且由之產(chǎn)生了相應(yīng)的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品主要包括基于超聲、鐳射、紅外矩陣、壓敏觸摸屏等?；诔暤姆椒ǎ饕贸晫Υ判怨P進(jìn)行探測，并通過信號處理設(shè)備進(jìn)行信息處理和位置計(jì)算；該方法由于定位準(zhǔn)確使用方便，成為目前市場上普遍采用的方法。然而，該方法的缺點(diǎn)在于第一、響應(yīng)速度慢，超聲產(chǎn)生的信號通過信號濾波、整形、放大等處理，然后進(jìn)行位置信息計(jì)算；第二、超聲設(shè)備安裝問題，由于需要配合顯示屏的相應(yīng)坐標(biāo)位置，超聲設(shè)備的安裝位置和角度需要進(jìn)行人為配準(zhǔn)，這一過程一般需要較長的時(shí)間；第三、該設(shè)備需要較昂貴的硬件成本費(fèi)用，這主要是需要一個(gè)較強(qiáng)的信號處理器；第四、該設(shè)備對環(huán)境噪聲敏感，如果環(huán)境中存在與超聲頻率相近的頻率，則超聲定位將變得不可靠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種用于與顯示系統(tǒng)進(jìn)行交互操作的方法及設(shè)備，它將光學(xué)、電子學(xué)和圖象處理學(xué)相結(jié)合，產(chǎn)生一種適用于目前所有的顯示系統(tǒng)的交互操作，并具有定位準(zhǔn)確、可靠性高、響應(yīng)速度快、成本低等特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種用于與顯示系統(tǒng)進(jìn)行交互操作的方法，特點(diǎn)是用戶手持近紅外偏振光發(fā)光器進(jìn)入顯示系統(tǒng)的顯示屏前，計(jì)算機(jī)將交互界面顯示在顯示屏上，手持近紅外偏振光發(fā)光器對顯示屏接觸并在顯示屏上發(fā)出命令，通過圖象成像器對顯示屏進(jìn)行圖象采集，并由圖象處理器完成對手持近紅外偏振器光斑位置的計(jì)算以及接收所發(fā)出的命令信息，圖象處理器將光斑位置信息和命令信息進(jìn)行編碼并傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)位置信息及命令信息與顯示系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的交互操作。
實(shí)現(xiàn)上述方法的設(shè)備包括顯示系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、圖象成像器、圖象處理器和近紅外偏振發(fā)光器，計(jì)算機(jī)分別連接顯示系統(tǒng)、圖象處理器，圖象處理器連接圖象成像器，近紅外偏振發(fā)光器接觸顯示系統(tǒng)。
所述圖象成像器是電荷耦合器件(CCD)攝象機(jī)或互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)攝象機(jī)，并在圖象采集器鏡頭前或在鏡頭與成像器之間設(shè)置偏振光檢偏器及可見光濾波片。
所述近紅外偏振發(fā)光器由電池、兩組紅外線發(fā)射管、編碼器、偏振光起偏器、可見光濾波器、按鈕組成；其中可見光濾波器、偏振光起偏器貼合在一起后將可見光濾波器貼合在一組紅外線發(fā)射管上，該組紅外線發(fā)射管連接電源開關(guān)，編碼器分別連接按鈕、電源開關(guān)及另一組紅外線發(fā)射管。
所述圖象處理器包括數(shù)據(jù)接口、信號處理器、信號編碼器、通信接口及紅外接收器，數(shù)據(jù)接口連接數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器連接信號編碼器，信號編碼器連接紅外接收器，信號編碼器連接通信接口。
所述顯示系統(tǒng)是液晶(LCD)顯示器、背投影顯示器、前投影儀、等離子顯示器或陰極射線管(CRT)顯示器。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)定位準(zhǔn)確由計(jì)算機(jī)視覺檢測光斑的方式，可以唯一進(jìn)行光斑中心定位。
可靠性高由于采用近紅外配以可見光濾波器和偏振光檢測，所以對外界自然光和近紅外光以及室內(nèi)環(huán)境光都不敏感。
響應(yīng)速度快由于顯示內(nèi)容的刷新率通常為60場/秒，本發(fā)明的定位速度也達(dá)到了這一速度。
成本低本發(fā)明可以采用普通的黑白微型攝像機(jī)，和常用的LED作為主要組成設(shè)備，所以成本要比超聲等設(shè)備低很多。自動(dòng)配準(zhǔn)本發(fā)明能夠通過計(jì)算機(jī)視覺將顯示系統(tǒng)的顯示位置進(jìn)行計(jì)算，通過軟件處理，自動(dòng)進(jìn)行配準(zhǔn)。
安裝簡單本發(fā)明可以以兩種方式安裝1、直接嵌入光顯示設(shè)備內(nèi)部——此方式下系統(tǒng)可以自動(dòng)矯正；2、使用單獨(dú)的攝像頭和系統(tǒng)模塊，對普通的光顯示設(shè)備升級，——此方式只需要簡單的攝像頭安裝即可。以上兩種方式都要比超聲簡單的多。


圖1為本發(fā)明設(shè)備連接框2為本發(fā)明近紅外偏振發(fā)光器結(jié)構(gòu)示意3為本發(fā)明圖象處理器結(jié)構(gòu)示意4、圖5本發(fā)明圖象成像器結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
參閱圖1，本發(fā)明設(shè)備包括顯示系統(tǒng)1(其中2為顯示屏)、計(jì)算機(jī)6、圖象成像器4、圖象處理器5和近紅外偏振發(fā)光器3，計(jì)算機(jī)6分別連接顯示系統(tǒng)1、圖象處理器5，圖象處理器5連接圖象成像器4，近紅外偏振發(fā)光器3接觸顯示系統(tǒng)上的顯示屏2。
參閱圖2，近紅外偏振發(fā)光器3由電池7、兩組紅外線發(fā)射管9、12、編碼器11、偏振光起偏器14、可見光濾波器13、按鈕10、開關(guān)8組成，可見光濾波器13、偏振光起偏器14貼合在一起后將可見光濾波器13貼合(或放置)在一組紅外線發(fā)射管12上(或前)，該組紅外線發(fā)射管連接電源開關(guān)8，編碼器11分別連接按鈕10、電源開關(guān)8及另一組紅外線發(fā)射管9；其中電池7為近紅外偏振發(fā)光器7提供電能；紅外線發(fā)射管9作為紅外線無線通訊的發(fā)射器，它接收編碼器11的數(shù)據(jù)并將該數(shù)據(jù)進(jìn)行紅外發(fā)射給圖象處理器5；按扭10是當(dāng)近紅外偏振發(fā)光器3與顯示屏2進(jìn)行接觸時(shí)被開啟，從而由編碼器11將開啟信息進(jìn)行編碼并且通過紅外發(fā)射管9發(fā)送給圖象處理器5；紅外線發(fā)射管12是作為指示近紅外偏振發(fā)光器位置的器件，它發(fā)射的近紅外光線經(jīng)過可見光濾波器13和偏振光起偏器14后，得到偏振近紅外光線，該光線將通過圖象成像器4來捕獲，并且由圖象處理器5來進(jìn)行位置計(jì)算；可見光濾波器13用來濾除環(huán)境中的環(huán)境光線和其他自然光線，提高近紅外偏振發(fā)光器(交互筆)3被圖象成像器4和圖象處理器5的檢測精度和可靠性，即去除其它可見光線的影響；偏振光起偏器14是將紅外線發(fā)射管12發(fā)出的光線轉(zhuǎn)換為偏振光線，提高近紅外偏振發(fā)光器(交互筆)3被圖象成像器4和圖象處理器5的檢測精度和可靠性，即去除其它不可見光線的影響。
參閱圖3，圖象處理器5包括數(shù)據(jù)接口15、信號處理器16、信號編碼器17、通信接口18及紅外接收器19，數(shù)據(jù)接口15連接數(shù)據(jù)處理器16，數(shù)據(jù)處理器16連接信號編碼器17，紅外接收器19連接信號編碼器17，信號編碼器17連接通信接口18；其中圖象數(shù)據(jù)接口15與圖象成像器4相連接，獲取圖象數(shù)據(jù)并且將該數(shù)據(jù)傳遞給信號處理器16進(jìn)行處理；信號處理器16完成對圖象數(shù)據(jù)的處理并且計(jì)算出近紅外偏振發(fā)光器3中紅外發(fā)射管12的位置以及將該位置信息傳遞給信號編碼器17進(jìn)行通訊編碼處理；信號編碼器接收從信號處理器16和紅外接收器19傳遞來的信號并且將這些信號進(jìn)行通訊編碼處理，再由計(jì)算機(jī)通信接口18傳遞給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)6的顯示交互軟件；計(jì)算機(jī)通信接口18完成圖象處理器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的通信；紅外接收器19接收從近紅外偏振發(fā)光器(交互筆)3發(fā)出的命令信息。
參閱圖4、圖5，圖象成像器4是電荷耦合器件(CCD)攝象機(jī)或互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)攝象機(jī)，并在圖象采集器20鏡頭前或在鏡頭與成像器24之間設(shè)置偏振光檢偏器22及可見光濾波片23；其中圖象采集器20用來對顯示屏區(qū)域的圖象采集并且通過圖象數(shù)據(jù)接口21傳遞給圖象處理器5；圖象數(shù)據(jù)接口21連接圖象處理器5和與圖象成像器4并且傳遞圖象數(shù)據(jù)給圖象處理器5；偏振光檢偏器22只讓與近紅外偏振發(fā)光器(交互筆)3上偏振紅外光線相同極性的光線通過并進(jìn)入圖象采集器20；可見光濾波器23只讓由近紅外偏振發(fā)光器發(fā)射的近紅外光線通過并進(jìn)入圖象采集器20；成像器24完成將環(huán)境光線進(jìn)行電信號轉(zhuǎn)換。
實(shí)施例將顯示屏2設(shè)置在所需交互操作位置，計(jì)算機(jī)6與顯示屏2連接，圖象成像器4上的圖象采集器20鏡頭設(shè)在正對顯示屏2的位置或安放在顯示屏2的上方或側(cè)面；圖像處理器5設(shè)置在任意位置，通過通訊線與計(jì)算機(jī)6和圖象成像器4連接；在計(jì)算機(jī)6內(nèi)安裝顯示交互操作應(yīng)用軟件。整個(gè)交互操作過程如下首先設(shè)備校準(zhǔn)(1)、操作者手持近紅外偏振發(fā)光器(交互筆)3在顯示屏2上點(diǎn)擊校準(zhǔn)模式圖像的校準(zhǔn)點(diǎn)；(2)、顯示屏2上自動(dòng)顯示近紅外偏振發(fā)光器(交互筆)3的位置與校準(zhǔn)模式圖像上的校準(zhǔn)點(diǎn)位置的偏差值；(3)、根據(jù)上述偏差值調(diào)整圖象成像器4的位置；
(4)、重復(fù)步驟1、2，直到偏差值為零；(5)、固定圖象成像器4。
其次系統(tǒng)進(jìn)入工作模式，步驟如下(1)、操作者手持近紅外偏振發(fā)光器(交互筆)3在顯示屏2上點(diǎn)擊顯示交互操作軟件提供的功能按鈕，例如點(diǎn)擊調(diào)用微軟的演示文檔軟件(PowerPoint)，該軟件就可以以演示方式被調(diào)用出來；(2)、軟件被調(diào)用出來后，操作者在顯示屏2上使用近紅外偏振發(fā)光器(交互筆)3進(jìn)行文字書寫、畫圖、文字修改等操作；(3)、經(jīng)上述操作的文檔可以通過手持近紅外偏振發(fā)光器(交互筆)3點(diǎn)擊顯示屏2上的保存按鈕進(jìn)行保存。
權(quán)利要求
1.一種用于與顯示系統(tǒng)進(jìn)行交互操作的方法，其特征在于用戶手持近紅外偏振光發(fā)光器進(jìn)入顯示系統(tǒng)的顯示屏前，計(jì)算機(jī)將交互界面顯示在顯示屏上，手持近紅外偏振光發(fā)光器對顯示屏接觸并在顯示屏上發(fā)出命令，通過圖象成像器對顯示屏進(jìn)行圖象采集，并由圖象處理器完成對手持近紅外偏振器光斑位置的計(jì)算以及接收所發(fā)出的命令信息，圖象處理器將光斑位置信息和命令信息進(jìn)行編碼并傳遞給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)根據(jù)位置信息及命令信息與顯示系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的交互操作。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的設(shè)備，其特征在于它包括顯示系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、圖象成像器、圖象處理器和近紅外偏振發(fā)光器，計(jì)算機(jī)分別連接顯示系統(tǒng)、圖象處理器，圖象處理器連接圖象成像器，近紅外偏振發(fā)光器接觸顯示系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述圖象成像器是電荷耦合器件攝象機(jī)或互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體攝象機(jī)，并在圖象采集器鏡頭前或在鏡頭與成像器之間設(shè)置偏振光檢偏器及可見光濾波片。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述近紅外偏振發(fā)光器由電池、兩組紅外線發(fā)射管、編碼器、偏振光起偏器、可見光濾波器、按鈕組成；其中可見光濾波器、偏振光起偏器貼合在一起后將可見光濾波器貼合在一組紅外線發(fā)射管上，該組紅外線發(fā)射管連接電源開關(guān)，編碼器分別連接按鈕、電源開關(guān)及另一組紅外線發(fā)射管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述圖象處理器包括數(shù)據(jù)接口、信號處理器、信號編碼器、通信接口及紅外接收器，數(shù)據(jù)接口連接數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器連接信號編碼器，信號編碼器連接紅外接收器，信號編碼器連接通信接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于所述顯示系統(tǒng)是液晶顯示器、背投影顯示器、前投影儀、等離子顯示器或陰極射線管顯示器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于與顯示系統(tǒng)進(jìn)行交互操作的方法及設(shè)備，方法是操作者手持近紅外偏振光發(fā)光器3進(jìn)入顯示系統(tǒng)1的顯示屏2前，計(jì)算機(jī)6將交互界面顯示在顯示屏2上，手持近紅外偏振光發(fā)光器3對顯示屏2接觸并在顯示屏2上發(fā)出命令，通過圖象成像器4對顯示屏2進(jìn)行圖象采集，并由圖象處理器5完成對手持近紅外偏振器3光斑位置的計(jì)算以及接收所發(fā)出的命令信息，圖象處理器5將光斑位置信息和命令信息進(jìn)行編碼并傳遞給計(jì)算機(jī)6，計(jì)算機(jī)6根據(jù)位置信息及命令信息與顯示系統(tǒng)2進(jìn)行相應(yīng)的交互操作；設(shè)備包括顯示系統(tǒng)1、計(jì)算機(jī)6、圖象成像器4、圖象處理器5和近紅外偏振發(fā)光器3。本發(fā)明定位準(zhǔn)確，可靠性高，響應(yīng)速度快，成本低，使用方便。
文檔編號H04B10/10GK101067761SQ20071004112
公開日2007年11月7日 申請日期2007年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者司秉玉, 陳黎平, 蔣健明 申請人:司秉玉