CN100447724C - 基于空间位置测量的指点方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种基于空间位置测量的指点方法和系统，该系统包括：发射装置，用于根据使用者的操作发送控制信号和/或位置信号；接收装置，用于根据所述位置信号确定所述发射装置相对于所述接收装置的空间位置；以及映射装置，用于将所述空间位置映射到显示屏幕上。利用本发明的上述配置，使用者手持一个发射设备，在面前一个上下左右的二维空间里移动，对面的接收装置感测发射设备的位置信号，转换为屏幕坐标发送给系统，同时发射装置上带有左右键和滚轮，起到鼠标的作用。

Description

基于空间位置测量的指点方法和系统

技术领域

本发明涉及应用电子技术领域，具体涉及一种基于空间位置测量的指点方法和系统。

背景技术

随着多媒体和宽带技术的发展以及大屏幕电视/显示器的普及，在十尺环境下的应用也越来越多，例如，现在已经出现的电子节目单、视频聊天、网络浏览、游戏功能。这样，目前的界面元素比原来基于OSD菜单的界面元素复杂得多。目前用来定位或者导航的远程输入设备主要是遥控器，遥控器大都是“五向键”导航模式，并且采用“指定方向(上下左右)->OK(确认)”的使用方式。这限制了界面设计，而且使用效率很低。其他的远程输入设备，如无线键盘和鼠标，则在操作时需要一个平面做为支撑点，在客厅沙发茶几的使用环境下，使用姿势不自然。在使用PPT播放展示的时候，使用者不能脱离PC的局限，演讲效果受到很大制约。

专利文献1(CN200410033988.8)中提出了一套物理空间姿态测量技术，其能够得到空间物体相对于某一固定参考点的姿态和位置信息，但是并没有涉及如何对计算机或者电视机进行类似鼠标控制的操作。

专利文献2(CN03224405.3)提出了一套图像传感器识别驱动电脑指点设备系统，该系统提出了检测光源移动，并控制输出设备的显示屏上的光标的移动。其要求必须有点光源发生器，将光源传输媒介上的点光源信号通过透镜成像后转换成时序信号后传递至一处理器，经处理器分析处理后，时序信号转换成方向信号传送至控制光标移动的方向检测器，由方向检测器驱动电脑主机控制输出设备的显示屏幕上的光标移动。在其显示图像上必须有个光点，影响整体的显示效果。此外，专利文献2没有解决如何实现传统计算机操作系统窗口操作中的左键单击、右键单击的行为。

因此，需要提出一个新的基于空间位置测量的指点设备。

发明内容

鉴于上述问题，完成了本发明。本发明的目的是提出一种通过在空中指点以对计算机之类的设备进行控制的方法和装置，在十尺范围内进行遥控操作。

在本发明的一个方面，提出了一种基于空间位置测量的指点系统，包括：发射装置，用于根据使用者的操作发送控制信号和/或位置信号；接收装置，用于根据所述位置信号确定所述发射装置相对于所述接收装置的空间位置；以及映射装置，用于将所述空间位置映射到显示屏幕上。

根据本发明的一个实施例，所述发射装置包括：位置信号发射部分，用于根据使用者的操作发射位置信号；控制信号发射部分，用于根据使用者的操作发射控制信号。

根据本发明的一个实施例，所述接收装置包括：位置信号获得部分，用于获得所述位置信号；控制信号获得部分，用于获得所述控制信号；位置解算部分，用于根据所述位置信号解算所述发射装置相对于所述接收装置的俯仰角和横滚角，进而计算所述发射装置的空间位置。

根据本发明的一个实施例，所述接收装置还包括：滤波部分，用于对所述位置信号进行滤波。

根据本发明的一个实施例，所述接收装置集成在显示设备或主设备中。

根据本发明的一个实施例，所述接收装置插入在主设备的接口中。

根据本发明的一个实施例，所述接口是USB接口或1394接口。

根据本发明的一个实施例，所述接收装置在使用时固定在预定的位置。

在本发明的另一方面，提出了一种基于空间位置测量的指点方法，包括步骤：根据使用者的操作从发射装置发送控制信号和/或位置信号；在接收装置根据所述位置信号确定所述发射装置相对于所述接收装置的空间位置；以及将所述空间位置映射到显示屏幕上。

根据本发明的一个实施例，所述确定空间位置的步骤包括：根据所述位置信号解算所述发射装置相对于所述接收装置的俯仰角和横滚角，进而计算所述发射装置的空间位置。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括：对所述位置信号进行滤波。

利用本发明的上述配置，使用者手持一个发射设备，在面前一个上下左右的二维空间里移动，对面的接收装置感测发射设备的位置信号，转换为屏幕坐标发送给系统，同时发射装置上带有左右键和滚轮，起到鼠标的作用，但比鼠标的用途更广泛，更方便。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的基于空间位置测量的指点系统的构成示意图；

图2是如图1所示的指点系统的构成框图；

图3示出了用来解释由手持设备和信号接收装置进行空间位置测量的示意图；

图4示出了用来解释在使用本发明的指点设备时进行初始化设定的示意图；

图5是根据本发明一个实施例的基于空间位置测量的指点方法的详细流程图。

具体实施方式

下面对照附图详细说明本发明的具体实施例。

图1是根据本发明一个实施例的基于空间位置测量的指点系统的构成示意图。

如图1所示，本发明的指点系统包括：用来根据使用者的操作发出控制信号或者位置信号的手持发射设备300；设置在预定的位置、接收控制信号和位置信号并根据位置信号确定手持设备300所在的空间位置的接收装置100；以及通过线缆150与接收装置100连接的诸如电脑、电视机或者投影屏400之类的显示设备200。

图2示出了上述的手持发射设备300、接收装置100和显示设备200的构成框图。如图2所示，当用户操作按键或者滚轮时，从控制信号发射模块320发射控制信号。

然后，接收装置100的控制信号采集模块160采集从手持设备300的控制信号发射模块320发出的控制信号。在这里，控制信号采集模块160将模拟形式的控制信号转换成数字形式的控制信号。

接下来，控制信号接收模块170接收来自控制信号采集模块160的数字形式控制信号，通过线缆150发送到显示设备200的UI接收模块，以执行相应的控制动作。

另一方面，在导航过程中需要移动显示屏上的光标，也就是要确定手持发射设备的空间位置时，从手持发射设备320的位置信号发射模块310发出模拟形式的位置信号。

然后，信号接收装置100的位置信号采集模块110接收来自位置信号发射模块310的位置信号，并将模拟形式的位置信号转换成数字形式的位置信号。

接下来，数字滤波模块120对数字形式的位置信号进行滤波，去除其中的噪声，使得位置信号所表示的空间位置的移动轨迹变得平滑，并将滤波后的位置信号发送到数字运算模块130。

在位置解算模块130中，根据滤波后的位置信号判断信号来源角度。如图3所示，手持发射设备300所发射的位置信号的与接收装置100之间形成了俯仰角θ和横滚角ψ，进而计算手持发射设备130的空间位置。这里，一旦确定了俯仰角θ和横滚角ψ，就获得了手持发射设备300相对于接收装置100的空间角度，然后将该空间角度计算为空间位置，映射到显示屏上，以光标的形式显示出来。

然后，位置信号接收模块140把位置解算模块130所获得的空间位置信息通过线缆150发送到显示设备200。可选择地，上述的线缆150可以由射频连接代替，这需要接收装置100具有一个信号发射单元而显示设备200具有信号接收单元。

在显示设备200中，坐标映射模块220将手持发射设备300相对于接收装置100的空间位置映射成显示屏上的位置，并以光标的形式显示出来。

此外，虽然上面以接收装置100与显示设备200分离的形式进行了说明，但是本领域的普通技术人员可以认识到将接收装置100集成在显示设备或主设备中。或者，将接收装置100插到计算机或者其它设备的如USB和1394之类的有线接口或以无线的方式接收信号。

此外，接收装置100可以与电视机的机顶盒等设备进行无线、有线连接，或者内嵌在这些设备中使用。

当然，只要接收装置100在使用时固定在预定的位置并与显示装置200连接，就可以将手持发射设备300的空间位置映射到屏幕上，例如在使用投影仪的情况下。

根据本发明的一个实施例，上述的位置信号采集模块110和控制信号采集模块160是传感器，用来采集手持发射设备300发出的信号。

在本发明中，使用者手持着手持发射设备，在空中挥舞，起到鼠标移动的效果。手持发射设备上带有按键和滚轮，起到鼠标左右键和滚动滑轮的作用。

根据本发明的另一实施例，上述的接收装置，通过无线或有线与PC、机顶盒或电视机200连接，用于获取手持发射设备300的位置信号，传送到PC、机顶盒或电视机200。这里，PC、机顶盒或电视机200上安装相应的软件，用于处理接收装置100接收到的手持发射设备300所发出的信号，从而获取手持发射设备300的二维位置信息，和手持发射设备300上按键、滚轮的按触信息，转换为相应的屏幕坐标传送给操作系统。因此，本发明的手持发射设备不但起到了鼠标的作用，而且可以用作遥控器。

使用的时候使用者只需在面对接收装置100，手持记号笔大小的手持发射设备300，在面前虚拟的二维空间上下左右移动，就可以控制屏幕上光标的移动，不需要象使用普通电视机遥控器一样对准接收装置。手持发射设备上的按键和滚轮，起到与鼠标一样的作用。

此外，在本发明的指点系统第一次使用或更换显示设备、移动接收装置后，需要对位置坐标进行一次校准设置，即初始化。设置的具体方法是，使用者将手持发射设备300正对接收装置100，在屏幕的提示下，手持发射设备300分别移动到适宜的左上角和右下角(或右上角和左下角)位置，得到指定点定位区域四个顶点的俯仰角和横滚角。如图4所示，面对接收装置100方向，四个顶点的俯仰角和横滚角如下：

左上角：(ψ1，θ1)；

右上角：(ψ2，θ1)；

左下角：(ψ1，θ2)；

右下角：(ψ2，θ2)。

此外，在显示设备220的坐标映射模块220中，可以将上述的空间角度与屏幕中位置相相联系。具体地，屏幕的分辨率设为W*H，在某一时刻，测量得到的俯仰角和横滚角分别是θ和ψ，根据计算可以得到位置坐标X、Y：

X＝((cosψ-cosψ1)/(cosψ2-cosψ1)×W；

Y＝((sinθ1-sinθ)/(sinθ1-sinθ2))×H；

当θ＞θ1，θ的值当作θ1处理；当θ＜θ2，θ的值当作θ2处理；当ψ＞ψ1，ψ的值当作ψ1处理；当ψ＜θ2，ψ的值当作ψ2处理。由此得到光标在显示屏上的坐标(X，Y)。

图5是根据本发明一个实施例的基于空间位置测量的指点方法的详细流程图。如图5所示，使用者拿着手持发射设备300，操作其上的按键或者滚轮。此时手持发射把设备300的控制信号发射模块320或者位置信号发射模块310发出控制信号和/或位置信号(S110)。

然后，接收装置200接收来自手持发射设备300的信号，并判断是何种信号(S120和S130)。如果不是按键和滚轮信号(S140)，接收装置100根据接收的信号计算表示信号来源的空间角度的空间位置信号(S140)。

接下来，接收装置100将空间位置信号和/或控制信号发送到计算机200(S150)。在计算机200中，将上述的空间位置信号中包含的位置信息转换成屏幕上的坐标(S160)。最后将屏幕坐标和控制信号传送到系统的UI接口模块，进行相应的显示和控制操作(S170)。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (13)

1.一种基于空间位置测量的指点系统，包括：

发射装置，用于根据使用者的操作发送控制信号和/或位置信号；

接收装置，用于根据所述位置信号确定所述发射装置相对于所述接收装置的空间位置；以及

映射装置，用于将所述空间位置映射到显示屏幕上，

其中所述接收装置包括：

位置信号获得部分，用于获得所述位置信号；

控制信号获得部分，用于获得所述控制信号；

位置解算部分，用于根据所述位置信号解算所述发射装置相对于所述接收装置的俯仰角和横滚角，进而计算所述发射装置的空间位置。

2.如权利要求1所述的指点系统，其特征在于，所述发射装置包括：

位置信号发射部分，用于根据使用者的操作发射位置信号；

控制信号发射部分，用于根据使用者的操作发射控制信号。

3.如权利要求1所述的指点系统，其特征在于，所述接收装置还包括：

滤波部分，用于对所述位置信号进行滤波。

4.如权利要求3所述的指点系统，其特征在于，所述接收装置集成在显示设备或主设备中。

5.如权利要求3所述的指点系统，其特征在于，所述接收装置插入在主设备的接口中。

6.如权利要求5所述的指点系统，其特征在于，所述接口是USB接口或1394接口。

7、如权利要求3所述的指点系统，其特征在于，所述接收装置在使用时固定在预定的位置。

8.一种基于空间位置测量的指点方法，包括步骤：

根据使用者的操作从发射装置发送控制信号和/或位置信号；

在接收装置根据所述位置信号确定所述发射装置相对于所述接收装置的空间位置；以及

将所述空间位置映射到显示屏幕上，

其中所述确定空间位置的步骤包括：

根据所述位置信号解算所述发射装置相对于所述接收装置的俯仰角和横滚角，进而计算所述发射装置的空间位置。

9.如权利要求8所述的指点方法，其特征在于，还包括：

对所述位置信号进行滤波。

10.如权利要求9所述的指点方法，其特征在于，所述接收装置集成在显示设备或主设备中。

11.如权利要求9所述的指点方法，其特征在于，所述接收装置插入在主设备的接口中。

12.如权利要求11所述的指点方法，其特征在于，所述接口是USB接口或1394接口。

13.如权利要求9所述的指点方法，其特征在于，所述接收装置在使用时固定在预定的位置。

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