CN100462900C - 用于与显示系统进行交互操作的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于与显示系统进行交互操作的方法及设备，方法是操作者手持近红外偏振光发光器3进入显示系统1的显示屏2前，计算机6将交互界面显示在显示屏2上，手持近红外偏振光发光器3对显示屏2接触并在显示屏2上发出命令，通过图象成像器4对显示屏2进行图象采集，并由图象处理器5完成对手持近红外偏振器3光斑位置的计算以及接收所发出的命令信息，图象处理器5将光斑位置信息和命令信息进行编码并传递给计算机6，计算机6根据位置信息及命令信息与显示系统2进行相应的交互操作；设备包括显示系统1、计算机6、图象成像器4、图象处理器5和近红外偏振发光器3。本发明定位准确，可靠性高，响应速度快，成本低，使用方便。

Description

用于与显示系统进行交互操作的方法及设备

技术领域

本发明涉及人机交互操作的方法及设备，特别是一种用于与显示系统进行交互操作的方法和设备。

背景技术

作为与计算机交互的辅助手段，显示交互成为目前被广泛关注的领域之一。从教学、会议以及娱乐等领域，显示交互系统越来越扮演了重要的角色。在教学上，传统意义上使用投影仪作为显示设备，在进行教学活动之前，教师要准备好要讲的稿，通过计算机将文件在课堂上展示出来。这种方式存在几个问题：第一、老师可能在编写讲稿时存在疏忽、遗漏。由于编辑需要通过计算机操作并且需要打断正常的教学，从而导致不能够对出现偏差的地方及时更正；第二、老师可能需要类似黑板的平台，来进一步进行书写和讲解，这就使得现在的课堂不能够彻底的将传统的黑板去除，并且需要老师在黑板和投影仪之间来回切换，而写在黑板上的内容不能够保留。最后，老师只能通过计算机对投影仪所示的内容进行操作，这些操作包括，打标记，修改，加重等。针对这些问题，从上世纪90年代初，各国的研究者或者相应的显示设备公司就开始了大量的研究并且由之产生了相应的产品。这些产品主要包括：基于超声、镭射、红外矩阵、压敏触摸屏等。基于超声的方法，主要利用超声对磁性笔进行探测，并通过信号处理设备进行信息处理和位置计算；该方法由于定位准确使用方便，成为目前市场上普遍采用的方法。然而，该方法的缺点在于：第一、响应速度慢，超声产生的信号通过信号滤波、整形、放大等处理，然后进行位置信息计算；第二、超声设备安装问题，由于需要配合显示屏的相应坐标位置，超声设备的安装位置和角度需要进行人为配准，这一过程一般需要较长的时间；第三、该设备需要较昂贵的硬件成本费用，这主要是需要一个较强的信号处理器；第四、该设备对环境噪声敏感，如果环境中存在与超声频率相近的频率，则超声定位将变得不可靠。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种用于与显示系统进行交互操作的方法及设备，它将光学、电子学和图象处理学相结合，产生一种适用于目前所有的显示系统的交互操作，并具有定位准确、可靠性高、响应速度快、成本低等特点。

本发明的目的是这样实现的：

一种用于与显示系统进行交互操作的方法，特点是用户手持近红外偏振光发光器进入显示系统的显示屏前，计算机将交互界面显示在显示屏上，手持近红外偏振光发光器对显示屏接触并在显示屏上发出命令，通过图象成像器对显示屏进行图象采集，并由图象处理器完成对手持近红外偏振器光斑位置的计算以及接收所发出的命令信息，图象处理器将光斑位置信息和命令信息进行编码并传递给计算机，计算机根据位置信息及命令信息与显示系统进行相应的交互操作。

实现上述方法的设备包括显示系统、计算机、图象成像器、图象处理器和近红外偏振发光器，计算机分别连接显示系统、图象处理器，图象处理器连接图象成像器，近红外偏振发光器接触显示系统。

所述图象成像器是电荷耦合器件(CCD)摄象机或互补性金属氧化物半导体(CMOS)摄象机，并在图象采集器镜头前或在镜头与成像器之间设置偏振光检偏器及可见光滤波片。

所述近红外偏振发光器由电池、两组红外线发射管、编码器、偏振光起偏器、可见光滤波器、按钮组成；其中可见光滤波器、偏振光起偏器贴合在一起后将可见光滤波器贴合在一组红外线发射管上，该组红外线发射管连接电源开关，编码器分别连接按钮、电源开关及另一组红外线发射管。

所述图象处理器包括数据接口、信号处理器、信号编码器、通信接口及红外接收器，数据接口连接数据处理器，数据处理器连接信号编码器，信号编码器连接红外接收器，信号编码器连接通信接口。

所述显示系统是液晶(LCD)显示器、背投影显示器、前投影仪、等离子显示器或阴极射线管(CRT)显示器。

本发明具有如下优点：

定位准确：由计算机视觉检测光斑的方式，可以唯一进行光斑中心定位。

可靠性高：由于采用近红外配以可见光滤波器和偏振光检测，所以对外界自然光和近红外光以及室内环境光都不敏感。

响应速度快：由于显示内容的刷新率通常为60场/秒，本发明的定位速度也达到了这一速度。

成本低：本发明可以采用普通的黑白微型摄像机，和常用的LED作为主要组成设备，所以成本要比超声等设备低很多。自动配准：本发明能够通过计算机视觉将显示系统的显示位置进行计算，通过软件处理，自动进行配准。

安装简单：本发明可以以两种方式安装：1、直接嵌入光显示设备内部——此方式下系统可以自动矫正；2、使用单独的摄像头和系统模块，对普通的光显示设备升级，——此方式只需要简单的摄像头安装即可。以上两种方式都要比超声简单的多。

附图说明

图1为本发明设备连接框图

图2为本发明近红外偏振发光器结构示意图

图3为本发明图象处理器结构示意图

图4、图5本发明图象成像器结构示意图

具体实施方式

参阅图1，本发明设备包括显示系统1(其中2为显示屏)、计算机6、图象成像器4、图象处理器5和近红外偏振发光器3，计算机6分别连接显示系统1、图象处理器5，图象处理器5连接图象成像器4，近红外偏振发光器3接触显示系统上的显示屏2。

参阅图2，近红外偏振发光器3由电池7、两组红外线发射管9、12、编码器11、偏振光起偏器14、可见光滤波器13、按钮10、开关8组成，可见光滤波器13、偏振光起偏器14贴合在一起后将可见光滤波器13贴合(或放置)在一组红外线发射管12上(或前)，该组红外线发射管连接电源开关8，编码器11分别连接按钮10、电源开关8及另一组红外线发射管9；其中电池7为近红外偏振发光器7提供电能；红外线发射管9作为红外线无线通讯的发射器，它接收编码器11的数据并将该数据进行红外发射给图象处理器5；按扭10是当近红外偏振发光器3与显示屏2进行接触时被开启，从而由编码器11将开启信息进行编码并且通过红外发射管9发送给图象处理器5；红外线发射管12是作为指示近红外偏振发光器位置的器件，它发射的近红外光线经过可见光滤波器13和偏振光起偏器14后，得到偏振近红外光线，该光线将通过图象成像器4来捕获，并且由图象处理器5来进行位置计算；可见光滤波器13用来滤除环境中的环境光线和其他自然光线，提高近红外偏振发光器(交互笔)3被图象成像器4和图象处理器5的检测精度和可靠性，即去除其它可见光线的影响；偏振光起偏器14是将红外线发射管12发出的光线转换为偏振光线，提高近红外偏振发光器(交互笔)3被图象成像器4和图象处理器5的检测精度和可靠性，即去除其它不可见光线的影响。

参阅图3，图象处理器5包括数据接口15、信号处理器16、信号编码器17、通信接口18及红外接收器19，数据接口15连接数据处理器16，数据处理器16连接信号编码器17，红外接收器19连接信号编码器17，信号编码器17连接通信接口18；其中图象数据接口15与图象成像器4相连接，获取图象数据并且将该数据传递给信号处理器16进行处理；信号处理器16完成对图象数据的处理并且计算出近红外偏振发光器3中红外发射管12的位置以及将该位置信息传递给信号编码器17进行通讯编码处理；信号编码器接收从信号处理器16和红外接收器19传递来的信号并且将这些信号进行通讯编码处理，再由计算机通信接口18传递给计算机系统6的显示交互软件；计算机通信接口18完成图象处理器与计算机系统的通信；红外接收器19接收从近红外偏振发光器(交互笔)3发出的命令信息。

参阅图4、图5，图象成像器4是电荷耦合器件(CCD)摄象机或互补性金属氧化物半导体(CMOS)摄象机，并在图象采集器20镜头前或在镜头与成像器24之间设置偏振光检偏器22及可见光滤波片23；其中图象采集器20用来对显示屏区域的图象采集并且通过图象数据接口21传递给图象处理器5；图象数据接口21连接图象处理器5和与图象成像器4并且传递图象数据给图象处理器5；偏振光检偏器22只让与近红外偏振发光器(交互笔)3上偏振红外光线相同极性的光线通过并进入图象采集器20；可见光滤波器23只让由近红外偏振发光器发射的近红外光线通过并进入图象采集器20；成像器24完成将环境光线进行电信号转换。

实施例

将显示屏2设置在所需交互操作位置，计算机6与显示屏2连接，图象成像器4上的图象采集器20镜头设在正对显示屏2的位置或安放在显示屏2的上方或侧面；图像处理器5设置在任意位置，通过通讯线与计算机6和图象成像器4连接；在计算机6内安装显示交互操作应用软件。

整个交互操作过程如下：

首先：设备校准

(1)、操作者手持近红外偏振发光器(交互笔)3在显示屏2上点击校准模式图像的校准点；

(2)、显示屏2上自动显示近红外偏振发光器(交互笔)3的位置与校准模式图像上的校准点位置的偏差值；

(3)、根据上述偏差值调整图象成像器4的位置；

(4)、重复步骤1、2，直到偏差值为零；

(5)、固定图象成像器4。

其次：系统进入工作模式，步骤如下：

(1)、操作者手持近红外偏振发光器(交互笔)3在显示屏2上点击显示交互操作软件提供的功能按钮，例如点击调用微软的演示文档软件(PowerPoint)，该软件就可以以演示方式被调用出来；

(2)、软件被调用出来后，操作者在显示屏2上使用近红外偏振发光器(交互笔)3进行文字书写、画图、文字修改等操作；

(3)、经上述操作的文档可以通过手持近红外偏振发光器(交互笔)3点击显示屏2上的保存按钮进行保存。

Claims (3)

1.一种用于与显示系统进行交互操作的方法，其特征在于用户手持近红外偏振光发光器进入显示系统的显示屏前，计算机将交互界面显示在显示屏上，手持近红外偏振光发光器对显示屏接触并在显示屏上发出命令，通过图象成像器对显示屏进行图象采集，并由图象处理器完成对手持近红外偏振器光斑位置的计算以及接收所发出的命令信息，图象处理器将光斑位置信息和命令信息进行编码并传递给计算机，计算机根据位置信息及命令信息与显示系统进行相应的交互操作；

其中：所述图象成像器是电荷耦合器件摄象机或互补性金属氧化物半导体摄象机，并在图象采集器镜头前或在镜头与成像器之间设置偏振光检偏器及可见光滤波片；

所述近红外偏振发光器由电池、两组红外线发射管、编码器、偏振光起偏器、可见光滤波器、按钮组成；其中可见光滤波器、偏振光起偏器贴合在一起后将可见光滤波器贴合在一组红外线发射管上，该组红外线发射管连接电源开关，编码器分别连接按钮、电源开关及另一组红外线发射管；

所述图象处理器包括数据接口、信号处理器、信号编码器、通信接口及红外接收器，数据接口连接数据处理器，数据处理器连接信号编码器，信号编码器连接红外接收器，信号编码器连接通信接口。

2.一种实现权利要求1所述方法的设备，其特征在于它包括显示系统、计算机、图象成像器、图象处理器和近红外偏振发光器，计算机分别连接显示系统及图象处理器，图象处理器连接图象成像器，近红外偏振发光器接触显示系统；

其中：所述图象成像器是电荷耦合器件摄象机或互补性金属氧化物半导体摄象机，并在图象采集器镜头前或在镜头与成像器之间设置偏振光检偏器及可见光滤波片；

所述近红外偏振发光器由电池、两组红外线发射管、编码器、偏振光起偏器、可见光滤波器、按钮组成；其中可见光滤波器、偏振光起偏器贴合在一起后将可见光滤波器贴合在一组红外线发射管上，该组红外线发射管连接电源开关，编码器分别连接按钮、电源开关及另一组红外线发射管；

所述图象处理器包括数据接口、信号处理器、信号编码器、通信接口及红外接收器，数据接口连接数据处理器，数据处理器连接信号编码器，信号编码器连接红外接收器，信号编码器连接通信接口。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于所述显示系统是液晶显示器、背投影显示器、前投影仪、等离子显示器或阴极射线管显示器。

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