JP4229964B2 - Position detection device using area image sensor - Google Patents
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Description
本発明は、検出面上に位置する指示体を検出する位置検出装置に関し、特に、撮像部にエリアイメージセンサを用いた位置検出装置に関する。 The present invention relates to a position detection device that detects an indicator positioned on a detection surface, and more particularly to a position detection device that uses an area image sensor in an imaging unit.
検出面上に位置する指示体を検出する位置検出装置には、電磁誘導式や感圧式、光学式等、種々のものがある。電磁誘導閾値検出装置は、指示体自体から放射される電磁波の放射強度の平面分布から2次元座標を求めるものである。この方式では電磁波を放射する専用の指示体が必要であり、指等による入力を行うことはできないものである。 There are various types of position detection devices that detect an indicator positioned on the detection surface, such as an electromagnetic induction type, a pressure sensitive type, and an optical type. The electromagnetic induction threshold value detection device obtains a two-dimensional coordinate from a planar distribution of radiation intensity of electromagnetic waves radiated from an indicator itself. This method requires a dedicated indicator that emits electromagnetic waves, and cannot be input with a finger or the like.
感圧式位置検出装置は、抵抗被膜等を検出面上に配置し、指示体の指示位置をこの抵抗被膜等で検出して指示位置座標を出力するものである。しかしながら、感圧式位置検出装置では、先の鋭利な指示体を用いると検出面が破けるという問題があった。また、表示装置と組み合わせた所謂タッチパネル表示装置に応用した場合には、抵抗被膜等を介して表示画面を見ることになるため、表示が暗くなる等の問題もあった。 In the pressure-sensitive position detection device, a resistance film or the like is arranged on a detection surface, and an indication position of an indicator is detected by the resistance film or the like and an indication position coordinate is output. However, the pressure-sensitive position detection device has a problem that the detection surface is broken if a sharp indicator is used. Further, when applied to a so-called touch panel display device combined with a display device, the display screen is seen through a resistance film or the like.
光学式位置検出装置は、検出面上に置かれた指示体を2つの撮像部により2箇所から撮像し、指示体の指示位置座標を三角測量の原理で求めるものである。これには、画像認識等により指示体の形状を検出して、指示位置座標を出力するものや、入射した光を入射した方向に反射する再帰反射部材を指示体又は検出面の周囲に設け、それに向けて光源から光を放射することで、光の有る部分又は影の部分の位置から指示位置座標を出力するもの等がある。図1は、三角測量の原理を用いて指示体の指示位置を検出する遮蔽式の光学式位置検出装置の上平面図である。検出面1上に置かれた指等の指示体2を、2つの撮像部3で撮像するものである。例えば、撮像部3には、LED等の光源が検出面1に向かって光を放射するように設けられ、その光が再帰反射枠4に入射し、入射した方向に反射して戻ってきた光を撮像部3のセンサで撮像する。指示体2が検出面1上に置かれると、その部分が影となって撮像部3に撮像されるので、その影の部分の位置から三角測量の原理を用いて指示位置座標が算出できるものである。これら光学式位置検出装置は、検出面が保護ガラス等の硬いもので構わないため、先の鋭利な指示体を用いることも可能であり、また、タッチパネル表示装置に応用した場合でも、表示に影響を及ぼすことはないので、都合良く適用できるものである。さらに、プラズマディスプレイ等の大型表示装置にも適応可能であり、今後、光学式位置検出装置はますます需要は高まってくると考えられている。
The optical position detection apparatus images a pointer placed on a detection surface from two locations by two imaging units, and obtains the pointing position coordinates of the pointer based on the principle of triangulation. For this, the shape of the indicator is detected by image recognition or the like, the indicated position coordinates are output, and a retroreflective member that reflects the incident light in the incident direction is provided around the indicator or the detection surface, In some cases, light is emitted from a light source to output the indicated position coordinates from the position of a portion with light or a shadow portion. FIG. 1 is a top plan view of a shielded optical position detection device that detects the pointing position of a pointer using the principle of triangulation. An
これらの装置に用いられる撮像部のセンサは、通常リニアイメージセンサで構成されている。これは、指示体の検出においては、基本的に高さ方向の情報は不要であり、水平方向における影又は光の位置を検出できれば良いからである。 The sensor of the image pick-up part used for these apparatuses is normally comprised with the linear image sensor. This is because information on the height direction is basically unnecessary in the detection of the indicator, and it is only necessary to detect the position of the shadow or light in the horizontal direction.
しかしながら、光学式位置検出装置は、それに使用する撮像部の位置合わせが非常に難しいものであった。即ち、リニアイメージセンサは1ラインで構成されるセンサであるため、この1ラインによる撮像部の視野を検出面に沿って平行に、且つ検出面により近い位置に合わせ込むことは難しかった。このような取り付け角度や取り付け位置の調整が難しいという問題の解決を図ったものとしては、ネジにより撮像部の高さ及び傾きを微調整できるようにしたもの等もある。 However, in the optical position detection device, it is very difficult to align the imaging unit used for the optical position detection device. That is, since the linear image sensor is a sensor composed of one line, it has been difficult to align the field of view of the imaging unit by this one line in parallel with the detection surface and closer to the detection surface. As a solution to such a problem that it is difficult to adjust the mounting angle and the mounting position, there is one in which the height and inclination of the imaging unit can be finely adjusted with a screw.
上述のように、光学式位置検出装置は、撮像部の取り付け位置の調整が非常に難しいものであった。仮にネジにより高さや傾きを調整できる機構を設けたとしても、素人が撮像部の視野を検出面に平行に正確に合わせることは難しく、仮に製品出荷時に正確に合わせたとしても、製品搬送時や設置時に位置が狂うこともあり、また、大型の検出面に適用した場合には、温度変化による検出面の変形等により、撮像部の位置が変化し、視野がずれることもあった。このような場合、エンドユーザ側で位置合わせを行うことは不可能に近く、保守サービス等により調整する必要があった。 As described above, it is very difficult to adjust the mounting position of the imaging unit in the optical position detection device. Even if a mechanism that can adjust the height and inclination with screws is provided, it is difficult for an amateur to accurately align the field of view of the imaging unit in parallel with the detection surface, even if it is accurately adjusted at the time of product shipment, The position may be distorted at the time of installation, and when applied to a large detection surface, the position of the imaging unit may change due to deformation of the detection surface due to a temperature change and the field of view may shift. In such a case, it is almost impossible to perform alignment on the end user side, and it has been necessary to make adjustments by maintenance service or the like.
撮像部の位置合わせがシビアにならないように、結像レンズの画角を垂直方向にも広げることで、撮像部の視野を検出面の垂直方向に広げることも考えられる。図2は、図1に示すような位置検出装置を横方向から見た図である。図示のように、撮像部3の視野5を結像レンズ等で垂直方向に広げることで、撮像部3の取り付け位置がずれたとしても、その視野内に再帰反射枠4が含まれるように構成することは可能である。しかしながら、垂直方向に視野を広げた場合、外来光等の影響を受けてしまう。即ち、位置検出には検出面1の近傍のみの指示体2の影を検出する必要があるにも拘らず、視野を広げることにより指示体以外の外来光、例えば太陽や蛍光灯等の光による影を指示体により生じた影と誤って認識してしまい、誤った座標を出力してしまう場合がある。このため、撮像部の視野を検出面の垂直方向に広げることは難しかった。なお、検出面の周りに再帰反射枠を設ける例ではなく、指示体に再帰反射部材を設け、光の部分を検出して指示体の指示位置を算出する例もあるが、この場合には、外来光があるとそれ自体が指示体と区別できず、誤認してしまうことになる。外来光の影響をなくすために、枠を高くすることも考えられるが、あまり高い枠を設けると、操作性が悪くなる等の問題があった。
It is also conceivable to widen the field of view of the imaging unit in the vertical direction of the detection surface by widening the angle of view of the imaging lens so that the positioning of the imaging unit does not become severe. FIG. 2 is a view of the position detection device as shown in FIG. 1 as viewed from the side. As shown in the drawing, the field of
また、指示位置座標の検出精度を上げるためには、撮像部の視野を極力検出面に平行で且つ検出面に近い所に合わせる必要がある。検出面に近い位置に視野を合わせることは、指示体が検出面に触れていないのに触れたと誤認してしまうことや、斜めに検出面に触れたときに、検出する位置と検出面がずれていることによる指示位置座標の誤差等をなくすために重要なことである。しかしながら、検出面が大きくなってくると、その平面性の影響を受ける場合がある。図3に示すように検出面1が歪んでいる場合、視野5が途中で検出面の歪みによって遮られ、再帰反射枠4まで届かなくなってしまう。このようになると、検出面全体を検出できなくなってしまう。したがって、検出面全体を検出できるようにするために、撮像部3の位置を高くし、斜め上方向から検出面を見下ろすように構成することも考えられる。しかしながら、撮像部3の位置を上げて見下ろすようにした場合、図4のように、検出面1の角の部分の再帰反射枠4が屈折して見えることになる。このような場合、1ラインで構成されるリニアイメージセンサでは、その視野も直線であるため、屈折して見える再帰反射枠4全体を撮像することが不可能になってしまう。
Further, in order to increase the detection accuracy of the designated position coordinates, it is necessary to align the field of view of the imaging unit as close to the detection surface as possible and close to the detection surface. Adjusting the field of view to a position close to the detection surface may result in misunderstanding that the indicator has touched the detection surface when it is not touching, or the detection position and the detection surface may be misaligned when touching the detection surface diagonally. This is important in order to eliminate the error of the indicated position coordinates due to the fact that However, when the detection surface becomes larger, it may be affected by the flatness. As shown in FIG. 3, when the
なお、エリアイメージセンサ等を用いたカメラによって広い視野で検出面上を撮像し、それを画像処理部へ送り画像処理して指示位置座標検出に用いることも考えられる。しかしながら、指示位置座標検出を行うためには、毎秒100フレーム程度のフレームレートが必要となるため、エリアイメージセンサから画像処理部へ送るデータ量が膨大となり、それを処理するためには高速なインタフェースや処理装置が必要となるので、製品コストが高くなり、現実的ではなかった。 Note that it is also conceivable that the detection surface is imaged with a wide field of view by a camera using an area image sensor or the like, sent to the image processing unit, and processed for image detection to detect the designated position coordinates. However, in order to detect the designated position coordinates, a frame rate of about 100 frames per second is required, so the amount of data sent from the area image sensor to the image processing unit is enormous, and a high-speed interface is required to process it. And a processing device are required, which increases the product cost and is not realistic.
本発明は、斯かる実情に鑑み、撮像部の取り付け位置調整が不要であり保守も容易で、温度変化等の環境変化による影響も受けず、安価な構成要素で実現可能な位置検出装置を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention provides a position detection device that does not require adjustment of the mounting position of the imaging unit, is easy to maintain, is not affected by environmental changes such as temperature changes, and can be realized with inexpensive components. It is something to try.
上述した本発明の目的を達成するために、本発明によれば、検出面上に位置する指示体を検出する位置検出装置であって、該位置検出装置は、
感光素子を2次元的に配列したエリアイメージセンサと結像レンズを有し、前記検出面の側方2箇所から前記検出面上を、ある視野で撮像して画像信号を出力する一対の撮像部と、
前記撮像部により撮像される前記ある視野の内の前記検出面に近い位置の所定部分を画定する基準となるマーカ手段と、
前記撮像部から出力される画像信号を入力とし、前記マーカ手段に基づき画像信号の所定部分を画定し、該画定された所定部分の画像信号を用いて指示体が指示する検出面上の指示位置の座標を算出する画像処理手段と、
検出面上に指示体が検出されない場合に自動的に所定の間隔で、前記マーカ手段の位置の変動を検出して所定部分を画定し直す追従手段と、
を具備することを特徴とする位置検出装置が提供される。
In order to achieve the above-described object of the present invention, according to the present invention, there is provided a position detection device for detecting an indicator positioned on a detection surface, the position detection device comprising:
A pair of imaging units having an area image sensor and an imaging lens in which photosensitive elements are two-dimensionally arranged, and imaging the detection surface from two positions on the side of the detection surface with a certain visual field and outputting an image signal When,
Marker means serving as a reference for defining a predetermined portion at a position close to the detection surface in the certain visual field imaged by the imaging unit;
An image signal output from the imaging unit is input, a predetermined portion of the image signal is demarcated based on the marker means, and an indication position on the detection surface indicated by the indicator using the image signal of the demarcated predetermined portion Image processing means for calculating the coordinates of
Tracking means for automatically detecting a change in the position of the marker means and redefining a predetermined portion at predetermined intervals when no indicator is detected on the detection surface;
There is provided a position detecting device characterized by comprising:
ここで、撮像部は、さらに、検出面上に沿った光を放射する光源を有し、該光源は結像レンズの近傍に配置されるようにしても良い。 Here, the imaging unit may further include a light source that emits light along the detection surface, and the light source may be disposed in the vicinity of the imaging lens.
さらに、光を再帰反射する再帰反射部材を用い、再帰反射部材は、指示体に設けられるか、検出面の少なくとも周囲3辺に連続して設けられるようにしても良い。 Furthermore, a retroreflective member that retroreflects light may be used, and the retroreflective member may be provided on the indicator or continuously on at least three sides of the detection surface.
また、特定画素に対応する特定の視野は、再帰反射部材の像の一部又は全部を含む領域であれば良い。 Moreover, the specific visual field corresponding to the specific pixel may be an area including a part or all of the image of the retroreflective member.
さらに、撮像部により撮像され特定の視野を画定する基準となるマーカ手段を有し、選択手段はマーカ手段を基準として特定の視野に対応する特定画素を感光素子から選択するようにしても良い。マーカ手段は、検出面の少なくとも4箇所に配置されれば良い。 Furthermore, it may have marker means as a reference for defining a specific field of view imaged by the imaging unit, and the selection means may select a specific pixel corresponding to the specific field of view from the photosensitive element on the basis of the marker means. The marker means may be arranged at least at four locations on the detection surface.
また、マーカ手段は、反射像が特徴的形状となるように構成した再帰反射部材であっても良いし、光を放射する発光部であっても良い。 Further, the marker means may be a retroreflective member configured such that the reflected image has a characteristic shape, or may be a light emitting unit that emits light.
ここで、発光部は、発光像が特徴的形状となるように構成しても良いし、特定の視野を画定する時にのみ発光するように構成しても良い。 Here, the light emitting unit may be configured such that the light emission image has a characteristic shape, or may be configured to emit light only when defining a specific field of view.
さらに、キャリブレーション手段を有し、該キャリブレーション手段は、自動的に所定の間隔で又は手動で任意に、選択手段に特定画素の選択を行わせるようにしても良い。 Further, it may include calibration means, and the calibration means may automatically cause the selection means to select a specific pixel at a predetermined interval or manually.
また、選択手段が選択する特定画素は、画素配列に則して直線状に並ぶ画素、斜めに並ぶ画素、又は屈折した部分を有して並ぶ画素の何れでも選択可能である。 Further, the specific pixel selected by the selection unit can be selected from a pixel arranged in a straight line in accordance with the pixel arrangement, a pixel arranged obliquely, or a pixel arranged with a refracted portion.
さらに、選択手段により選択される特定画素に関する画素選択情報を記憶するメモリを有し、選択手段は、メモリに記憶された画素選択情報を用いて、撮像部で撮像される画像信号から特定画素に対応する特定画像信号を出力するようにしても良い。 Furthermore, it has a memory which memorize | stores the pixel selection information regarding the specific pixel selected by the selection means, and the selection means uses the pixel selection information stored in the memory to convert the image signal captured by the imaging unit to the specific pixel. A corresponding specific image signal may be output.
またさらに、撮像部で撮像される画像信号を一時記憶するバッファメモリを有し、選択手段は、メモリに記憶された画素選択情報を用いて、バッファメモリに記憶された画像信号から特定画素に対応する特定画像信号を出力するようにしても良い。 Furthermore, it has a buffer memory that temporarily stores the image signal picked up by the image pickup unit, and the selection unit uses the pixel selection information stored in the memory to correspond to the specific pixel from the image signal stored in the buffer memory. The specific image signal to be output may be output.
ここで、メモリは、シリアルアクセス方式のメモリであり、記憶された画素選択情報は、入力されるクロック信号に同期して読み出されるように構成されても良い。 Here, the memory may be a serial access type memory, and the stored pixel selection information may be configured to be read in synchronization with an input clock signal.
また、選択手段と画像処理手段との間は、高速シリアル転送インタフェースにより接続され、画像処理手段は、パーソナルコンピュータに含まれる構成であっても良い。 Further, the selection unit and the image processing unit may be connected by a high-speed serial transfer interface, and the image processing unit may be included in a personal computer.
さらに、画像処理手段は、マイクロコンピュータで構成され、指示位置の座標は、マイクロコンピュータが有するインタフェースを介して出力されるように構成されても良い。 Further, the image processing means may be configured by a microcomputer, and the coordinates of the designated position may be output via an interface included in the microcomputer.
さらにまた、表示装置を有する構成とし、検出面を表示装置の表示面を保護する透明板で構成しても良い。 Furthermore, it may be configured to have a display device, and the detection surface may be formed of a transparent plate that protects the display surface of the display device.
また、本発明による検出面上に位置する指示体を検出する位置検出装置は、感光素子を2次元的に配列したエリアイメージセンサと結像レンズを有し、前記検出面の側方2箇所から前記検出面上を、ある視野で撮像して画像信号を出力する一対の撮像部と、前記撮像部により撮像される前記ある視野の内の所定部分を画定する基準となるマーカ手段と、前記撮像部から出力される画像信号を入力とし、前記マーカ手段に基づき画像信号の所定部分を画定し、該画定された所定部分の画像信号を用いて指示体が指示する検出面上の指示位置の座標を算出する画像処理手段と、自動的に所定の間隔で又は手動で任意に、前記マーカ手段の位置の変動を検出して所定部分を画定し直す追従手段とを具備するものであっても良い。 According to the present invention, a position detection apparatus for detecting an indicator positioned on a detection surface has an area image sensor and an imaging lens in which photosensitive elements are two-dimensionally arranged. A pair of imaging units for imaging the detection surface with a certain visual field and outputting an image signal, marker means serving as a reference for defining a predetermined portion of the certain visual field captured by the imaging unit, and the imaging The image signal output from the unit is input, a predetermined portion of the image signal is defined based on the marker means, and the coordinates of the indicated position on the detection surface indicated by the indicator using the image signal of the defined predetermined portion And an image processing means for calculating the position and a tracking means for automatically redefining a predetermined portion by detecting a change in the position of the marker means automatically at a predetermined interval or manually. .
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。即ち、撮像部の取り付け位置調整をする必要がなく、取り付け位置を調整する代わりに、エリアイメージセンサの特定画素を選択するだけで良くなるため、組立工数を削減でき、メンテナンス性も良くなるという作用が得られる。撮像部が傾いて取り付けられたとしても、エリアイメージセンサの画素配列に対して斜めに並ぶ画素を選択すれば良い。また、直線ではなく、屈折した部分を選択することも可能であるため、検出面が反り返っているような場合でも、撮像部を多少高い位置に設けて検出面全体で検出可能な状態にすることも容易である。さらに、撮像部の視野を検出面に対して容易に低く設定することができるため、検出精度も上がり、操作性も向上する。また、エリアイメージセンサを用いたとしても、特定画素に対応する特定画像信号のみを画像処理するため、専用の高速インタフェースや高価な処理装置は必要なく、安価に製造可能である。 According to the above means, the following operation can be obtained. In other words, it is not necessary to adjust the mounting position of the imaging unit, and instead of adjusting the mounting position, it is only necessary to select a specific pixel of the area image sensor, so that the number of assembly steps can be reduced and the maintainability is also improved. Is obtained. Even if the image pickup unit is attached with an inclination, it is only necessary to select pixels arranged obliquely with respect to the pixel arrangement of the area image sensor. In addition, since it is possible to select a refracted portion instead of a straight line, even when the detection surface is warped, the imaging unit is provided at a slightly higher position so that the entire detection surface can be detected. Is also easy. Furthermore, since the field of view of the imaging unit can be easily set lower than the detection surface, the detection accuracy is improved and the operability is improved. Even if an area image sensor is used, only a specific image signal corresponding to a specific pixel is image-processed, so that a dedicated high-speed interface and an expensive processing device are not necessary and can be manufactured at low cost.
以下、本発明の実施の形態を図示例と共に説明する。図5は、本発明の位置検出装置の上平面図である。図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図1に示す従来のものと同様である。なお、図5では、再帰反射枠4を検出面1の周辺の少なくとも3辺に設け、指等の指示体2により遮られた影の位置を撮像部7で検出する例について主に説明するが、本発明はこれに限定されず、指示体2に再帰反射部材を設け、その再帰反射部材による光の位置を撮像部7で検出するものであっても構わない。さらに、再帰反射部材は特に用いずに、指示体2が検出面1上に置かれたことを、撮像部7により撮像された画像の画像処理により検出する方式や、指示体自体に光源を設けてその光の位置を検出する方式のものも勿論可能である。本発明の最も特徴とするところは、撮像部7に感光素子を2次元的に配列したエリアイメージセンサを用いる点と、撮像部7が撮像する視野の内の特定の視野を選択する選択手段を有する制御部10を具備する点にある。以下にこれらを中心により具体的に説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a top plan view of the position detection apparatus of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same components, and the basic configuration is the same as the conventional one shown in FIG. 5 mainly illustrates an example in which the
本発明の位置検出装置に用いられる撮像部7は、感光素子を2次元的に配列したエリアイメージセンサと結像レンズとから主になっており、検出面1の側方2箇所に配置される。そして、2箇所から検出面上を撮像して画像信号を出力するものである。図5に示すような再帰反射部材を用いる位置検出装置の場合には、結像レンズの近傍に光源が必要となる。図5に例示した例の場合、再帰反射枠4は検出面1の少なくとも周囲3辺に連続して設けられる。枠に連続して設けられないと、指示体2に対応する影の部分の検出ができなくなるためである。
The
図6を用いて、撮像部7の構成の一例を説明する。図6は、本発明の位置検出装置に用いることが可能な撮像部7の一構成例である。図6(a)がその上平面図であり、図6(b)がその側面図である。図示の通り、撮像部7は、エリアイメージセンサ70と、結像レンズ71、さらに光源72を有する。エリアイメージセンサ70は、CCD方式やCMOS方式等、種々のセンサを利用可能である。なお、エリアイメージセンサのすべての画素に対応する画像信号のみを出力するだけではなく、大まかに一部の領域に制限可能なモードを有するセンサも利用可能である。本発明の位置検出装置に用いられるエリアイメージセンサは、高速動作が必要なA/Dコンバータ等が別途不要なCMOS方式のエリアイメージセンサを用いるのが好ましい。これにより製品コストを抑えることが可能となる。光源72は、例えばLED等を用いることが可能であり、図示例では2つの光源を設けている。しかしながら、本発明はこれに限定されず、光源は1つであっても構わない。光源の数や配置は、検出面の大きさ等に応じて種々変更可能である。また、図6の撮像部は、その大きさを小さく構成するためにプリズムミラー73を用いる例を示したが、これには限定されず、プリズムミラーを用いずに結像レンズとエリアイメージセンサを並べても勿論構わない。また、結像レンズ71は、検出面1に平行な方向には画角が広く、検出面1全体を撮像できるような視野となるように構成される。なお、結像レンズ71の検出面1に垂直な方向の画角に関しては、後述するようにエリアイメージセンサの視野を制御できるため、特に制限はなく、適当な画角を任意に決定すれば良い。
An example of the configuration of the
このように構成された撮像部7において、光源72からの光は、検出面1に平行に検出面上に沿って放射され、再帰反射枠4に入射する。再帰反射枠4は、入射した方向に光を反射するため、再度検出面1上に沿って撮像部7に戻ってくる。この光は結像レンズ71で集光され、プリズムミラー73で90度屈折されてエリアイメージセンサ70に再帰反射枠の像が結像される。そして、エリアイメージセンサは画像信号を出力する。
In the
エリアイメージセンサにより出力された画像信号は、制御部10に送られる。制御部10は、撮像部7が撮像する視野の内の特定の視野に対応する特定画素を感光素子から選択する選択手段を有している。具体的には、エリアイメージセンサ70の感光素子すべての画素から、特定の視野に対応する特定画素、即ち、再帰反射枠4を撮像できるような視野に対応する部分の特定画素のみを選択できる選択手段を有する。例えば撮像部7の視野には、再帰反射枠4以外にもその上部や検出面1が入るが、指示体の位置検出に必要な部分というのは、再帰反射枠4の像の部分のみである。したがって、再帰反射枠4の像の部分の特定の視野に対応する特定画素を選択すれば良い。なお、選択手段においては、エリアイメージセンサの感光素子の任意の特定画素を選択可能であるため、再帰反射枠4の像の全部に対応する部分を選択する必要はなく、検出面1により近い部分の再帰反射枠の像に対応する画素を選択することで、検出精度が高くなり、且つ操作性も良好な位置検出装置が実現可能となる。
The image signal output by the area image sensor is sent to the
そして、左右2つの撮像部7のそれぞれから、選択された特定画素に対応する特定画像信号をUSB等の高速シリアル転送インタフェース手段を介してパーソナルコンピュータ11に送る。特定画像信号は、特定の視野に対応する部分のみのデータであるため、専用の高速インタフェース等は不要であり、USB等の一般的なインタフェースを利用することが可能である。画像処理部としてパーソナルコンピュータ11を用いることが可能であり、パーソナルコンピュータ11は、送られてきた画像信号を基に画像処理を行い、指示体が指示する検出面上の指示位置の座標を出力する。具体的には、左右2つの撮像部7からの特定画像信号に含まれる影の部分の位置から、三角測量の原理で検出面1上の座標を算出する。また、例えば本発明の位置検出装置をタッチパネル表示装置に適用する場合には、検出面1を透明板で構成し、その後に表示画面を重ねて表示装置12を配置すれば良い。
Then, a specific image signal corresponding to the selected specific pixel is sent from each of the left and
次に、図7を用いて本発明の位置検出装置の撮像部に設けられる選択手段について詳細に説明する。図7は、本発明の位置検出装置に用いられる制御部10を説明するためのブロック図である。撮像部7は左右に2個あるが、それぞれの画像信号処理は同じであるため、片側の処理のみ説明する。撮像部7のエリアイメージセンサからの画像信号は、バッファメモリ20に一旦蓄積される。バッファメモリはある程度書込・読出速度が高速なSRAM等を利用することが好ましい。なお、バッファメモリ20に蓄積する画像信号は、エリアイメージセンサのすべての画素に対応する画像信号で良いが、エリアイメージセンサ側に撮像範囲を制限できるようなモードがあれば、そのようなモードで予め大まかな一部のエリアのみに制限された画像信号をバッファメモリ20に蓄積しても良い。そして、画像信号とは別に、エリアイメージセンサの走査線に沿って送られてくる画像信号の中の画素クロック信号を画素カウンタ21によりカウントし、この値をバッファメモリ20にアドレスとして書き込む。そして、バッファメモリ20は、制御部10の主要部であるマイクロコンピュータ22に接続される。マイクロコンピュータ22は、パーソナルコンピュータ11との接続手段であるUSB等のインタフェースを有する。さらに、後述するキャリブレーション等によりパーソナルコンピュータ11内で設定された画素選択情報を記憶するためのSRAM等の記憶部23も有する。この画素選択情報を基に、マイクロコンピュータ22がバッファメモリ20から特定画素に対応する特定画像信号、即ち指示位置座標の検出に必要な部分の画像信号を読み出して、インタフェースを介してパーソナルコンピュータ11に送信する。バッファメモリ20への読み書きの命令は、マイクロコンピュータ22からの指示により行えば良い。パーソナルコンピュータ11では、ドライバソフトウェア等により、送られてきた画像から指示体の指示位置座標を算出する。
Next, the selection means provided in the imaging unit of the position detection apparatus of the present invention will be described in detail with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram for explaining the
次に、図8を用いて本発明の位置検出装置の検出手順を説明する。図8は、図5に示す本発明の位置検出装置における検出手順を説明するためのフローチャートである。まず、後に詳細に説明する画素領域選択手順が行われる(ステップ801)。これは、撮像部7の特定の視野に対応するエリアイメージセンサの特定画素を決定するために行われるものである。そして、特定画素が決定すると、上位のパーソナルコンピュータ11からの指示に基づき、マイクロコンピュータ22は、特定画素に対応する特定画像信号をSRAM等のバッファメモリ20からアドレスを参照して読み出す(ステップ802)。読み出された特定画像信号は、インタフェースを介してパーソナルコンピュータ11に送信される。これにより検出面1上での位置検出が可能な状態となる。そして、パーソナルコンピュータ11では、送られてきた特定画像信号を参照し、指示体が検出されるか否かを判断する(ステップ803)。図5の位置検出装置において、検出面1上に指示体2が置かれた場合、その影の位置が左右のそれぞれの撮像部7で検出される。これらの影の位置から、三角測量の原理により指示体2の指示位置座標を計算する(ステップ804)。そしてステップ802に戻り、位置検出を行い続ける。なお、再帰反射枠4を用いずに、指示体2に再帰反射部材を設ける例の場合には、指示体が置かれると光の位置が検出されることになり、その光の位置から座標を計算することになる。
Next, the detection procedure of the position detection apparatus of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart for explaining a detection procedure in the position detection apparatus of the present invention shown in FIG. First, a pixel area selection procedure described in detail later is performed (step 801). This is performed in order to determine a specific pixel of the area image sensor corresponding to a specific field of view of the
ステップ803において指示体2が検出されない場合、その検出されない状態がある所定時間続いたか否かを判断する(ステップ805)。所定時間が経過する前であれば、ステップ802に戻り位置検出を行い続ける。ステップ805において、所定時間が経過した場合には、今度はステップ801へ戻り、画素領域選択手順を行って特定画素を決定し直す。これは、温度変化等による撮像部の微動等で、撮像部の視野が変化した場合にでも、それに合わせて視野を再調整することが可能となるものである。即ち、所定時間使用してない場合に、その時間を利用して自動的にキャリブレーションを行うようにしたものである。なお、図示例では自動的にキャリブレーションを行うようにしているが、本発明はこれに限定されず、手動で任意に特定画素の選択を行わせるようにしても勿論良い。
If the
次に、画素領域選択手順の詳細を、図9を用いて説明する。図9は、本発明の位置検出装置における画素領域選択手順を説明するためのフローチャートである。まず、パーソナルコンピュータ11からの指示に基づき、マイクロコンピュータ22は、撮像部7の撮像視野に対応するすべての画素の画像信号をバッファメモリ20から読み出す(ステップ901)。読み出された画像信号は、インタフェースを介してパーソナルコンピュータ11に送信され、パーソナルコンピュータ11は、この画像を基に、撮像部7の特定の視野を決定する(ステップ902)。そして、特定の視野が決定されると、その特定の視野に対応するエリアイメージセンサの感光素子の特定画素を選択する(ステップ903)。パーソナルコンピュータ11は、このように選択した特定画素に関する画素選択情報を、マイクロコンピュータ22にインタフェースを介して送信し、マイクロコンピュータ22は、その内部の記憶部23に画素選択情報を記憶する(ステップ904)。
Next, details of the pixel region selection procedure will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a flowchart for explaining a pixel region selection procedure in the position detection apparatus of the present invention. First, based on an instruction from the
以下、より具体的に上記の各ステップを説明する。例えば、検出面1にほぼ平行な視野となるように撮像部7が設置されている場合、ステップ901により読み出される撮像部7により撮像される画像は、図10に表わすようなものとなる。なお、図中A,B,Cは図5の再帰反射枠4に付した位置A,B,Cに対応するものである。図10を参照すると、再帰反射枠4の部分が明るく検出される部分であるが、検出面1が保護ガラス等の反射するものであった場合、図示のように検出面1側にも明るい部分が反射して、大きな光の帯のような状態になる。したがって、指示体2の位置検出に必要な部分は、光の帯の部分の横方向の中心線よりも上の部分になるので、中心線の上側の光の帯の部分すべてに対応する位置を特定の視野として決定すれば良い(ステップ902)。なお、送信するデータをより削減するためには、再帰反射枠4に対応する部分すべてを含む領域を特定の視野とする必要はなく、その一部、具体的には中心線上部で且つ最も近い部分を特定の視野とすれば、操作性も良くなるので好ましい。したがって、特定の視野は、検出面に近づければ近づけるほど指示体の誤検出や誤差を減らすことが可能であるため、なるべく中心線に近い部分を特定の視野として決定すれば良い。
Hereinafter, the above steps will be described more specifically. For example, when the
そして、特定の視野が決定されると、ステップ903において、その特定の視野に対応するエリアイメージセンサの感光素子の特定画素が選択される。特定画素は、エリアイメージセンサの感光素子の画素配列に則して直線状に選択すれば良いが、撮像部が傾いて設けられているような場合には、斜めに並ぶ画素を選択すれば良いし、検出面の歪み等で特定の視野が直線的ではない場合には、歪みに沿って画素を選択すれば良い。
When a specific field of view is determined, in
また、図11(a)に示すように、検出面1の歪み等のために再帰反射枠が視野内に入らず指示体が検出できなくなることを避けるために、撮像部7の設置位置を高くした場合、撮像部7により撮像される画像は図11(b)に表わすようなものとなる。なお、図中A,B,Cは図5の再帰反射枠4に付した位置A,B,Cに対応するものである。このように、検出面1の角の部分の再帰反射枠4が屈折して見えることになるが、図11(c)に示すように、特定画素は屈折した部分を有して並ぶ画素を選択することで、再帰反射枠4を的確に特定の視野とすることが可能となる。そして、ステップ904において、この特定画素に対する画素選択情報をマイクロコンピュータ22の記憶部23に記憶する。
Further, as shown in FIG. 11 (a), in order to avoid that the retroreflective frame does not enter the field of view due to distortion of the
次に、マイクロコンピュータ22の処理手順について説明する。図12は、本発明の位置検出装置に用いられるマイクロコンピュータ22における処理手順を説明するためのフローチャートである。先ず、マイクロコンピュータ22は、パーソナルコンピュータ11からのデータを待ち(ステップ1201)、送られてきたデータが画素選択情報であれば(ステップ1202)、画素選択情報を記憶部23に記憶する(ステップ1203)。送られてきたデータが画素選択情報でなければ(ステップ1202)、2つの撮像部7からの画像信号を、画素カウンタ21が生成するアドレスに従って連続する領域に格納されるように、バッファメモリ20に書き込む(ステップ1204)。パーソナルコンピュータ11からの命令が画像要求の場合、それが全画像要求なのか特定画像要求なのかを判断し(ステップ1205)、キャリブレーションのための全画像要求であれば、バッファメモリ内の全画像信号をインタフェースを介してパーソナルコンピュータ11へ送信する(ステップ1206)。パーソナルコンピュータ11からの命令が、特定画像要求であれば、記憶部23に記憶された画素選択情報に基づき、バッファメモリをランダムアクセスして読み出すことにより、選択された特定画素に対応する特定画像信号をインタフェースを介してパーソナルコンピュータ11へ送信する(ステップ1207)。
Next, the processing procedure of the
このように、本発明の位置検出装置は、撮像部の取り付け位置に関しては、厳密な位置合わせ等が必要なくなるため、製造コストも安くなりメンテナンス性も良くなる。また、位置検出時には必要な特定画素の特定画像信号のみを送信するため、専用の高速インタフェース等は不要となる。さらに、座標の計算等はパーソナルコンピュータ側で行うため、専用の高価な処理回路等も不要となる。さらにまた、撮像部の物理的な位置調整をすることなく、撮像部の視野を極力検出面に近い位置に調整することが可能となるため、検出精度を高くすることができ、且つ操作性も向上する。 As described above, the position detection device of the present invention does not require strict alignment or the like with respect to the mounting position of the imaging unit, so that the manufacturing cost is reduced and the maintainability is improved. Further, since only a specific image signal of a specific pixel necessary for position detection is transmitted, a dedicated high-speed interface or the like is not necessary. Furthermore, since coordinates are calculated on the personal computer side, a dedicated expensive processing circuit is not required. Furthermore, since the field of view of the imaging unit can be adjusted to a position as close to the detection surface as possible without adjusting the physical position of the imaging unit, the detection accuracy can be increased and the operability is also improved. improves.
上述の例では、再帰反射枠を検出面の周辺に設け、その再帰反射材による光を遮断した影の位置を撮像部で検出する遮断式の位置検出装置を説明したが、以下に、反射枠は設けず、その代わりに指示体2に再帰反射材13を設け、撮像部では再帰反射材において光る部分の位置を検出する発光式の位置検出装置について、図13を用いて説明する。図13は、本発明の位置検出装置を他の方式に適用した場合の例を説明するための図である。図中、図5と同一の符号を付した部分は同一物を表わしており、基本的な構成は図5に示す例と同様である。また、処理手順等も図8、図9、図12で示す手順と基本的には同様である。本実施例においては、図9のステップ902における撮像部の特定の視野を決定する過程における決定手順が上述の実施例とは異なる。本実施例では、再帰反射枠がないため、予め再帰反射枠により特定の視野を決定することができない。そこで、その代わりに、撮像部7の特定の視野を画定する基準となるマーカ部材を検出面1の周辺に設ける。図示のように、検出面1の少なくとも4箇所にマーカ部材14を設ける。マーカ部材に付したA,B,Cは、右側の撮像部7により撮像されるマーカである。マーカ部材14は、例えば図14(a)のように、反射像が特徴的な形状、例えば指示体2の先端形状とは異なる三角形等の形状となるように構成した再帰反射部材である。また、図14(b)に示すように、再帰反射部材をストライプ状に構成したもの等でも良い。即ち、検出面1上に置かれる指示体2の像と誤認しないような特徴的な像となるように構成されていれば、図示例の形状には特定されず、種々の形状が考えられる。さらに、マーカ部材14は、再帰反射部材ではなく、LED等の発光源を用いても良い。この場合、発光像を特徴的な形状となるように構成することも考えられるが、撮像部7の特定の視野を画定する時、即ちキャリブレーション時のみに発光するように構成しておけば良い。こうすることで、指示体の検出時には発光源が影響を及ぼすことがなくなり、また、消費電力を抑えることも可能となる。
In the above-described example, the blocking position detection device is described in which the retroreflective frame is provided around the detection surface, and the position of the shadow where the light from the retroreflective material is blocked is detected by the imaging unit. Instead, a
このように構成された位置検出装置においては、撮像部7の視野による画像は図15に示すようなものとなる。したがって、図9における撮像部7の特定の視野を決定するステップ902では、マーカ部材14の像を結んだ線を特定の視野として決定すれば良いことになる。
In the position detection apparatus configured as described above, an image in the visual field of the
また、温度変化等による撮像部の微動や検出面の歪み等で、撮像部の視野が変化した場合にでも、マーカ部材の位置の変動を検出して視野を再調整するような追従機能を適用することも可能である。この追従機能は、一定の間隔で自動的に作動させても良いし、手動で任意に作動させても勿論良い。 In addition, even when the field of view of the imaging unit changes due to fine movement of the imaging unit due to temperature changes, etc., or the detection surface, etc., a tracking function is applied to detect the change in the position of the marker member and readjust the field of view. It is also possible to do. This follow-up function may be automatically activated at regular intervals, or may be manually activated arbitrarily.
次に、図16を用いて本発明の位置検出装置に用いられる制御部10の他の例を説明する。図7を用いて説明した制御部10は、バッファメモリと画素カウンタを用いた構成であったが、図16に示す制御部29は、これらの代わりにシリアルアクセス方式のメモリを用いる点が異なる部分である。また、図16に示す制御部29では、マイクロコンピュータで画像処理も行うように、画像処理用のマイクロコンピュータを含めて示している。しかしながら、本発明はこれに限定されず、図7で説明したように、画像処理は上位のパーソナルコンピュータで行わせても勿論良い。以下の説明では、撮像部7は左右に2個あるがそれぞれの画像信号処理は同じなため、片側の処理のみ説明する。
Next, another example of the
撮像部7のエリアイメージセンサからのすべての画素に対応する画像信号(画像データ)は、画像処理用マイクロコンピュータ32に入力される。なお、エリアイメージセンサ側に撮像範囲を制限できるようなモードがあれば、そのようなモードで予め大まかな一部のエリアのみに制限された画像信号を入力するようにしても良い。また、エリアイメージセンサの走査線に沿って送られてくる画像信号の中の画素クロック信号を、シリアルアクセス方式の記憶部30と、AND回路31の入力側の一方に入力する。そして、シリアルアクセス方式の記憶部30の出力である読出信号を、AND回路31の入力側の他方に入力し、AND回路31の出力を画像処理用マイクロコンピュータ32に入力する。ここで、シリアルアクセス方式の記憶部30は、具体的には1ビットの情報の読み書きが入力クロックに同期してシーケンシャルに行えるメモリであり、予め記憶された画素選択情報は、例えば入力されるクロック信号の立ち上がりで読出信号として読み出されるものである。このシリアルアクセス方式の記憶部としては、例えばSTマイクロエレクトロニクス株式会社が製造しているシリアルフラッシュメモリが利用可能である。以下に、図17を用いて各信号の動作タイミングを説明する。
Image signals (image data) corresponding to all the pixels from the area image sensor of the
図17は、図16に示す制御部の各信号の動作タイミングを説明するためのタイミングチャートである。図示のように、各画素クロック信号の立ち上がり毎に画像データが切り替わる。シリアルアクセス方式の記憶部30からは、画素クロック信号の立ち上がりで予め記憶された画素選択情報が読出信号として読み出されるため、その読出信号は例えば図示のようになる。したがって、AND回路31の出力は、画素クロック信号及び読出信号が共にHIGHのタイミングでHIGHになる。画像処理用マイクロコンピュータ32においては、画像データが安定した状態のとき、即ち、AND回路出力の立ち下がりで画像データが抽出される。
FIG. 17 is a timing chart for explaining the operation timing of each signal of the control unit shown in FIG. As shown in the figure, the image data is switched every time the pixel clock signal rises. Since the pixel selection information stored in advance at the rising edge of the pixel clock signal is read from the serial access
このように構成された制御部29の処理手順を以下に説明する。画像処理用マイクロコンピュータ32は、図8、図9及び図12で説明した画像処理手順とほぼ同様の処理を行う。したがって、先ず画素領域選択手順(ステップ801)により、特定の視野に対応する特定画素を決定する。特定画素を決定する手順はこれまで説明した手順と同様、再帰反射枠の像やマーカ手段の像から適宜決定すれば良い。本実施例の制御部29は、画像処理用マイクロコンピュータ32には常に画像信号が入力されているため、それを用いて特定画素を決定すれば良い。そして、決定された特定画素に関する画素選択情報を、予めシリアルアクセス方式の記憶部30に記憶しておく。指示体の指示位置座標を検出する場合、シリアルアクセス方式の記憶部30の読出信号と画素クロック信号が共にHIGHのときにAND回路31の出力がHIGHになるので、AND回路31の出力がHIGHの時、好ましくは画像信号が安定する立ち下がりのタイミングで画像信号を抽出する。これにより、画素選択情報により選択された特定画素に対応する特定画像信号が入力される。画像処理用マイクロコンピュータ32では、この特定画像信号を基に画像処理を行い、指示体による影又は光の場所から指示体の指示位置座標を出力する。図16の例では、容量の少ない座標データを出力することになるため、座標データは、低速のRS−232C等のインタフェースを介して上位のパーソナルコンピュータ等に送信される。なお、座標計算まで行うような画像処理用マイクロコンピュータを用いずに、単に特定画像信号を抽出するまでを行うマイクロコンピュータを用いても良い。この場合には、特定画像信号をインタフェースを介してパーソナルコンピュータに送信し、パーソナルコンピュータ側で座標計算等の画像処理を行えば良い。
A processing procedure of the
このように構成すると、図7で説明した例のようなバッファメモリを用いるよりも少ない容量のメモリを用いることが可能となるため、製品コストを抑えることが可能となる。 With this configuration, it is possible to use a memory having a smaller capacity than the buffer memory as in the example described with reference to FIG.
なお、本発明の位置検出装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。撮像部の撮像素子にエリアイメージセンサを用い、その撮像視野の内、特定の視野に対応する画素を選択可能な手段を用いていれば、位置検出方式は遮断式でも発光式でもその他の方式でも良い。 Note that the position detection device of the present invention is not limited to the illustrated examples described above, and it is needless to say that various changes can be made without departing from the scope of the present invention. As long as an area image sensor is used for the image sensor of the imaging unit and a means that can select a pixel corresponding to a specific field of view is used, the position detection method can be a blocking method, a light emitting method, or any other method. good.
以上、説明したように本発明の位置検出装置によれば、撮像部の取り付け位置調整が不要であり保守も容易で、温度変化等の環境変化による影響も受けず、安価な構成要素で実現可能な位置検出装置を提供できるという優れた効果を奏し得る。本発明の位置検出装置では、撮像部の特定の視野を簡単に決定することが可能なため、既存の表示装置に後付けする形で位置検出装置を設けてタッチパネル表示装置とすることも容易である。さらに、再帰反射枠の幅を狭いものにしても有効に特定の視野を画定できるため、枠が操作上の障害になりにくく、使い勝手の良い位置検出装置を実現可能である。 As described above, according to the position detection device of the present invention, it is not necessary to adjust the mounting position of the imaging unit, it is easy to maintain, it is not affected by environmental changes such as temperature changes, and can be realized with inexpensive components. An excellent effect of providing a simple position detecting device can be achieved. In the position detection device of the present invention, it is possible to easily determine a specific field of view of the imaging unit. Therefore, it is easy to provide a position detection device retrofitted to an existing display device to make a touch panel display device. . Furthermore, since a specific field of view can be defined effectively even if the retroreflective frame is narrow, it is possible to realize an easy-to-use position detection device that is less likely to become an operational obstacle.
1 検出面
2 指示体
3 撮像部
4 再帰反射枠
5 視野
7 撮像部
10 制御部
11 パーソナルコンピュータ
12 表示装置
13 再帰反射材
14 マーカ部材
20 バッファメモリ
21 画素カウンタ
22 マイクロコンピュータ
23 記憶部
29 制御部
30 シリアルアクセス方式の記憶部
31 AND回路
32 画像処理用マイクロコンピュータ
70 エリアイメージセンサ
71 結像レンズ
72 光源
73 プリズムミラー
DESCRIPTION OF
Claims (15)
感光素子を2次元的に配列したエリアイメージセンサと結像レンズと該結像レンズの近傍に配置され前記検出面上に沿って光を放出する光源を有し、前記検出面の側方2箇所から前記検出面上を、ある視野で撮像して画像信号を出力する一対の撮像部と、
前記光源からの光を前記結像レンズに向けて再帰反射する再帰反射部材と、
前記撮像部により撮像され、前記ある視野の内の前記検出面に近い位置の特定の視野を画定するための基準となり、前記検出面上の所定位置に設けられる複数のマーカ手段と、
前記画像信号を入力とし、前記マーカ手段を基準として画定された前記特定の視野に対応する、画素配列上直線状に並ぶ画素、斜めに並ぶ画素、又は屈折した部分を有して並ぶ画素の何れかの特定画素を前記感光素子から選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された、画素配列上直線状に並ぶ画素、斜めに並ぶ画素、又は屈折した部分を有して並ぶ画素の何れかの特定画素に対応する特定画像信号を入力として画像処理を行い、前記指示体が指示する検出面上の指示位置の座標を算出する画像処理手段と、
前記検出面上に指示体が検出されない場合に、自動的に所定の間隔で、前記マーカ手段の位置の変動を検出して、前記選択手段が前記特定画素を選択し直す追従手段と、
を具備することを特徴とする位置検出装置。 A position detection device for detecting an indicator located on a detection surface, the position detection device comprising:
An area image sensor in which photosensitive elements are two-dimensionally arranged, an imaging lens, and a light source that is disposed in the vicinity of the imaging lens and emits light along the detection surface. A pair of imaging units for imaging the detection surface with a visual field and outputting an image signal;
A retroreflective member that retroreflects light from the light source toward the imaging lens;
By the imaging unit, and a plurality of markers means criteria for defining a particular field of view of the position closer to the detection plane of the visual field and Do Ri, is provided at a predetermined position on the detection surface in the,
Any of pixels arranged linearly on a pixel array, pixels arranged diagonally, and pixels arranged with a refracted portion corresponding to the specific field of view defined with the marker means as a reference with the image signal as an input Selecting means for selecting the specific pixel from the photosensitive element;
Image processing is performed by inputting a specific image signal corresponding to one of the specific pixels selected by the selection means, such as pixels arranged linearly on the pixel array, pixels arranged diagonally, or pixels arranged with a refracted portion. Performing image processing means for calculating the coordinates of the indicated position on the detection surface indicated by the indicator;
If the pointer on the detection surface is not detected, automatically at predetermined intervals, to detect the variation of the position of the marker means, and tracking means for said selecting means reselects the specific pixel,
A position detection apparatus comprising:
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