CN101169831B - 指针定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种指针定位装置用于一影像显示装置的指向指针定位，其包含至少一辅助定位点、一影像传感器及一滤光器。该辅助定位点设置于该影像显示装置的周围并产生一特定光谱。该影像传感器接收该辅助定位点所产生的光讯号。该滤光器设置于该影像传感器的前方用以滤除该特定光谱以外的波段的光讯号，使该影像传感器仅能感测该特定光谱讯号。利用该辅助定位点做为校正初始设定及指针定位的基准点，以于该影像显示装置显示影像的特定范围内进行指针定位。

Description

指针定位装置及方法

技术领域

本发明涉及一种指针定位装置及方法，特别是涉及一种指针定位装置及方法，其利用可产生一特定光谱的辅助定位点配合一设有滤光器的影像传感器以进行指向指针的定位。

背景技术

现有的指针定位装置及方法，如台湾专利公告第I232769号的「用于光枪的视觉回馈系统」，其用于撷取一光枪传送至游戏主机系统的光点讯号或光点坐标讯号；一控制电路则利用视频讯号的水平同步讯号及垂直同步讯号来计算光枪的光点坐标讯号，再将光点坐标数据传送给一影像合成电路，由该影像合成电路将光枪瞄准点的光标合成出现于屏幕所对应的扫描点的位置上。然而在实际使用上，由于此种定位方式必须配合显示装置的同步讯号始能进行指针定位，而在一不具有同步讯号的显示装置，例如液晶显示器(LCD)、等离子体显示器(PDP)及投影屏幕，则无法进行指针定位的功能，因而此种指针定位装置及方法具有仅局限使用于具有同步讯号的影像显示装置的问题。

另一种指针定位装置及方法，如台湾专利公告第588258号的「利用摄影方式进行指针定位的装置」，其利用摄影指针装置对显示屏的显示区域影像先做描边处理，以获得显示区域的四个角在影像中的坐标值，再经过坐标计算程序来计算出摄影机瞄准点在实际屏幕上的坐标值，以取代传统光枪利用弹着点讯号或同步讯号取得弹着点的坐标值。然而在实际使用上，虽然此种方式可令使用者在任何机种的屏幕上皆可利用摄影指针装置进行射击游戏而不受显示屏种类的限制，但是利用摄影所取得的影像进行显示区域的辨识程序较为复杂，且该摄影指针装置于瞄准屏幕上任意点时，摄影机均需将屏幕的全部显示区域拍摄进入摄影镜头，因而具有需要大视角摄影镜头的问题。

于美国专利公告第2005/0107160A1号的「摄影式指针定位装置及操作程序(Photographic Pointer Positioning System and Its Operation Process)」中，虽然其藉由另外加入一参考点于前述的指针定位装置中以加速影像的描边及辨识处理，但是如前所述的影像区域辨识不易以及需要大视角摄影镜头的问题仍未获得解决。

此外，利用一影像传感器感测一影像区域时，感应数组的摄像距离及摄像时的旋转角度皆会影响感应数组上所取得影像的位置，若不对其进行校正则会发生误定位的情形。

基于上述原因，其确实仍有必要进一步改良上述指针定位装置及方法，才能使指针定位装置适用于任何形式的影像显示装置，并达到精确定位及减小感应器视角的效果。

发明内容

本发明的一目的是提供一种指针定位装置及方法，其藉由可产生一特定光谱的辅助定位点配合一设有特定光谱滤光器的影像传感器以进行指针定位，使本发明具有不受影像传感器于摄像时的距离及旋转角度限制皆能达到精确定位的功效。

本发明另一目的是提供一种指针定位装置及方法，其藉由一可产生特定光谱的辅助定位点配合一设有特定光谱滤光器的影像传感器以进行指针定位，由于不需摄取显示屏的显示区域整体画面影像，因而具有仅需小视角的影像传感器的功效。

本发明再一目的是提供一种指针定位装置及方法，其藉由一可产生特定光谱的辅助定位点配合一设有特定光谱滤光器的影像传感器以进行指针定位，使本发明的指针定位装置及方法适用任何形式的影像显示装置的指针定位。

为实现上述目的，本发明的指针定位装置包含至少一辅助定位点设置于影像显示装置的周围并产生一特定光谱；一影像传感器接收该辅助定位点所产生的光讯号；及一滤光器设置于影像传感器的前方以滤除该特定光谱以外的波段的光讯号，使该影像传感器仅能感测该特定光谱的讯号；利用该辅助定位点做为校正初始设定及指针定位的基准点，于影像显示装置显示影像的特定范围内进行指针定位。

根据本发明的另一特点，本发明的影像传感器其用于一影像显示装置的指向指针定位，并配合一滤光器设置于该影像传感器的前方以使该影像传感器仅能感测设置于该影像显示装置的周围的辅助定位点所产生的特定光谱讯号，利用该辅助定位点做为校正初始设定及指针定位的基准点，于该影像显示装置显示影像的特定范围内进行指针定位，该影像传感器包含：一感测单元，用于接收该辅助定位点所产生的光讯号，并将该光讯号转换为电讯号；及一计算处理单元接收该电讯号，计算并储存利用该辅助定位点校正该影像传感器的指向指针所得的初始设定，并执行指针定位的计算。

本发明还提供一种指针定位方法用于一影像显示装置的屏幕四角落点所形成的平面上进行一影像传感器的光轴所指向的任意点的指向指针定位，该指针定位方法包含下列步骤：设置至少一辅助定位点于该影像显示装置的周围以产生一特定光谱；设置一滤光器于该影像传感器之前，使该影像传感器仅能接收该辅助定位点所产生该特定光谱的讯号；及根据该影像显示装置所接收的该辅助定位点的光讯号与该指向指针的空间关系进行该指向指针的校正及定位。

附图说明

图1a为本发明实施例的指针定位装置的立体示意图。

图1b为本发明实施例的指针定位装置的辅助定位点的配置方式的示意图。

图1c为本发明实施例的指针定位装置的辅助定位点的另一配置方式的示意图。

图1d为本发明实施例的指针定位装置的辅助定位点的再一配置方式的示意图。

图2a为本发明实施例的指针定位方法的流程图。

图2b为本发明第一实施例的绝对坐标的指针定位方法的流程图。

图2c为图2b的本发明第一实施例的绝对坐标的指针定位方法的部分流程图。

图2d为图2b的本发明第一实施例的绝对坐标的指针定位方法的另一部分流程图。

图2e为图2b的本发明第一实施例的绝对坐标的指针定位方法的再一部分流程图。

图3a为本发明第二实施例的相对坐标的指针定位方法的流程图。

图3b为图3a的本发明第二实施例的相对坐标的指针定位方法的部分流程图。

图3c为图3a的本发明第二实施例的相对坐标的指针定位方法的另一部分流程图。

图4为本发明实施例的指针定位装置及方法的求取光轴校正向量的示意图。

图5为本发明实施例的指针定位装置及方法的求取参考距离信息的示意图。

图6为本发明实施例的指针定位装置及方法的四角落点的感测影像的示意图。

图7为本发明实施例的指针定位装置及方法的进行角度补偿的示意图。

图8为本发明实施例的指针定位装置及方法的进行映像转换的示意图。

图9为本发明实施例的指针定位装置及方法的利用比例参数进行指针移动的敏感度修正的示意图。

附图符号说明

10指针定位装置                  111辅助定位点

112辅助定位点                   12影像传感器

121感测单元                     122计算处理单元

123特定光谱光源                 13滤光器

14指向指针                      80光轴

90平面                          170～190步骤

200～600步骤                    201～204子步骤

301～307子步骤                  401-405子步骤

501～504子步骤                  601～606子步骤

I₁₁₁，I₁₁₂影像点                I_{111_ref}，I_{112_ref}参考影像点

I_{111_any}，I_{112_any}需校正影像点I_A111～I_D111影像点

I_A112～I_D112影像点

X_scale，Y_scale比例参数

A’，B’，C’，D’四角落点坐标A，B，C，D平面上特定点

具体实施方式

为了使本发明的上述和其它目的、特征及优点能更明显，下文特举本发明实施例，并结合附图详细说明如下。此外，于本说明书的说明内容中，类似的组件是以相同的编号表示。

请参照图1a所示，其示出了本发明实施例所使用的指针定位装置10，其可用于一影像显示器(未示出)上的指向指针定位，该影像显示器可为一投影幕装置、一游戏机显示屏装置及一计算机显示屏装置的其中一种。该影像显示器具有一平面90以做为显示画面的用，亦即该平面90可为包含一投影屏幕、游戏机显示屏幕及一计算机屏幕的屏幕显示区域的部份或全部的一平面，且A、B、C及D为此平面上或平面外特定的四个位置点，例如屏幕显示区域的四个角落，其可形成一四边形。

该指针定位装置10包含两辅助定位点111及112、一影像传感器12及一滤光器13。所述辅助定位点111、112为一特定光谱的光源，其可为自发性及非自发性光源的其中一种，且其较佳为一红外光光源。当所述辅助定位点111、112为自发性光源时可产生一特定光谱，例如一红外光发光二极管(IRLED)可产生一红外光光谱；当所述辅助定位点111、112为非自发性光源时则可反射一特定光谱，例如一红外线反射镜(IR mirror)可反射一红外光光谱；此时该指针定位装置10可选择另设置一该特定光谱光源123以提供该非自发性光源〔所述辅助定位点111、112〕反射时所需的光源，且依产品需求该特定光谱光源123可固设于该影像传感器12上，亦可选择于使用时利用螺设或其它方式结合于该影像传感器12上，或依实际需求设置于该影像传感器12的附近而不结合于其上；此外，其它实施例中亦可仅利用环境光源提供该非自发性光源反射时所需的光源。

必须说明的是，由于该影像传感器12的摄像距离及摄像时的旋转角度〔依如图1中所示的箭号方向旋转〕皆会影响该影像传感器12的感应数组上所感应影像的位置，为增加指针定位的精确性，本实施例中以两个辅助定位点来说明指向器的指针定位。然而本发明并不受限于此，于实际操作上亦可仅使用一个辅助定位点作为辅助指向定位的用。另外必须说明的是，所述辅助定位点111、112的大小可设定为相等或不相等，其详细原因将于以下的段落中做详细说明。

请参照图1a至1d所示，虽然所述辅助定位点111及112可设置于该影像显示装置周围的任意位置，但其较佳是如图1a至1d所示的配置方式，由于该影像传感器12于摄像时主要必需摄取所述辅助定位点111及112的光学讯号，而并非该平面90的整体影像，如依图1a至1d所示的配置方式，则可减小该影像传感器12的摄像视角。除此之外，所述辅助定位点111、112依产品需求亦可选择结合于该影像显示装置，或制作成一独立的辅助定位装置。

该影像传感器12设置于该平面90前方并依产品需求可选择设有一光轴80投射一指向指针14至该平面90上，例如一投影笔的光点、一光线枪的瞄准点及一鼠标的控制光标等；然于其它实施例中可选择不具有该光轴80。该影像传感器12包含一感测单元121及一计算处理单元122，其用以感测而得到包含所述辅助定位点111、112的光学影像。该感测单元121可为一CMOS影像传感器及一CCD影像传感器的其中一种，其可将所感测的光学影像讯号转换为一电影像讯号(electrical image signal)。该计算处理单元122电连接于该感测单元121，其接收该电影像讯号后，并利用后述的指针定位方法计算并储存利用所述辅助定位点111、112校正该影像传感器12的指向指针14所得的初始设定，并执行指针定位的计算。本发明的该影像传感器12可适用于一特定范围的指向器，例如一投影屏幕的指向器、一游戏机的光线枪及一计算机鼠标的定位指针。

该滤光器13设置于该影像传感器12的前方以滤除所述辅助定位点111、112所产生的特定光谱以外的波段的光讯号，以使该影像传感器12仅能感测该特定光谱的讯号，于本实施例中，该滤光器13较佳为一红外光滤光器(IRFilter)。藉此，由于该影像传感器12的感测单元121无法接收该特定光谱以外的光讯号，因此该计算处理单元122所需处理的影像信息仅包括所述辅助定位点111、112的初始校正信息及该指向指针14于该平面90上与所述辅助定位点111、112间的空间关系，因此可大幅降低计算复杂度以增加指针定位的精确性。此外，该滤光器13可于产品出厂前即固设于该影像传感器12上，或于出厂后于产品装设及使用前利用螺设或其它方式合于该影像传感器12上。

请参照图2a所示，其示出了本发明实施例的指针定位方法，其可用于一影像显示装置的屏幕四角落点A、B、C及D所形成的平面90上进行一影像传感器12的光轴80所指向任意点的指向指针14的定位，该指针定位方法包含下列步骤：设置至少两辅助定位点111、112于该影像显示装置的周围以产生一特定光谱〔步骤170〕；设置一滤光器13于该影像传感器12之前，使该影像传感器12仅能接收所述辅助定位点111、112所产生特定光谱的讯号〔步骤180〕；及根据该影像显示装置所接收的所述辅助定位点111、112的光讯号与该指向指针14的空间关系进行该指向指针14的校正及定位〔步骤190〕。其中，进行该指向指针14的校正及定位的方式〔步骤190〕可利用本发明第一实施例的绝对坐标的指针定位方法进行〔图2b〕，其包含下列步骤：校正该影像传感器的光轴(步骤200)；屏幕四角落点校正(步骤300)；及任意点定位(步骤400)。

请参照图2c所示，其示出了本发明第一实施例的校正该影像传感器的光轴(步骤200)的执行方式，其包含下列子步骤：瞄准一参考点(步骤201)；影像传感器撷取数字影像(步骤202)；所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测(步骤203)；及求得一光轴校正向量及参考距离信息(步骤204)。

请参照图2c、4及5所示，以下针对校正该影像传感器的光轴(步骤200)及其子步骤进行详细说明。首先必须说明的是，校正该影像传感器的光轴的步骤可为一于产品出厂前所进行的校正动作，亦可于产品出厂后于设置甚至于使用期间所进行的校正动作。首先，将该感测单元121的光轴80瞄准于一参考点(步骤201)，例如该辅助定位点111，因而该感测单元121可感测到一如图4所示的数字影像(步骤202)，其中由两粗线所形成的十字表示该影像传感器12的指向指针14，I₁₁₁、I₁₁₂则表示所述辅助定位点111、112在该影像传感器12上所形成的影像；该影像传感器12的感测单元121检测所述影像I₁₁₁、I₁₁₂在该影像传感器12的位置及面积大小(步骤203)后，将其转换为电讯号并传送至该计算处理单元122进行计算及储存。可由一预定原则设定使用者所瞄准者为上方的该辅助定位点111或是下方的辅助定位点112〔例如于本实施例中预设为上方的该辅助定位点111〕；亦可由一预设的面积大小原则预设使用者所瞄准者为面积较大的辅助定位点111。

请再参照图4所示，其为该光轴80瞄准该辅助定位点111时所得的感测影像，由于该指向指针14与该辅助定位点111于该影像传感器12上成像的位置I₁₁₁并不相重迭，因此必须校正该光轴80的指向，以使该光轴80指向正确的位置〔I₁₁₁的位置〕。该计算处理单122则可依此求得一光轴校正向量的校正值(步骤204)，亦即该指向指针14与该影像传感器12上的感测影像I₁₁₁两点间所形成的向量，并储存于该计算处理单122的一存储器内〔未示出〕，以供后续指向定位的各步骤中使用。

请再参照图5所示，该影像传感器12的计算处理单元122内可预先设定有一于参考距离摄像时，该两辅助定位点111、112在该影像传感器12上的两感测影像距离L及平均坐标(X，Y)，并将其定为一参考距离信息(步骤204)，以供后续指向定位的步骤中使用。其中，I_{111_ref}及I_{112_ref}分别表示该影像传感器12在前述参考距离摄像时，所述辅助定位点111及112于该影像传感器12所呈现的影像；I_{111_any}及I_{112_any}则分别表示需校正影像点，其为该影像传感器12瞄准同一点且位于任意距离摄像时，所述辅助定位点111及112于该影像传感器12所呈现的影像。于图5中，I_{111_any}及I_{112_any}表示摄像距离大于该参考距离时所得的影像，因而所得的感测影像较小。该计算处理单122在进行距离补偿时，利用所测得的该两辅助定位点111、112在该影像传感器12上的成像I_{111_any}、I_{112_any}的距离l及其平均坐标(x，y)与该参考距离摄像时所得影像间的比例关系以进行距离补偿；亦即将(x，y)修正为(x’，y’)〔未示出〕，其中(x’，y’)＝(xL/l，yL/l)以表示经距离补偿后在同一距离基准下所述辅助定位点111、112在该影像传感器12上感测影像的平均坐标，且当(x’，y’)＝(X，Y)时，该影像传感器12所感测到的影像I_{111_ref}、I_{112_ref}及I_{111_any}、I_{112_any}即表示同一组影像。如上所述，在完成校正该影像传感器的光轴(步骤200)后，该计算处理单122内储存有一光轴校正向量〔该指向指针14与该影像传感器12上的感测影像I₁₁₁两点间所形成的向量〕及一参考距离信息〔两感测影像距离L及平均坐标(X，Y)〕以做为指针定位的部分初始设定。

请参照图2d所示，其示出了本发明第一实施例的屏幕四角落点校正(步骤300)的执行方式，其包含下列子步骤：瞄准屏幕四角落点(步骤301)；影像传感器撷取数字影像(步骤302)；所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测(步骤303)；判断是否屏幕四角落点皆已撷取完成辅助定位点信息？若是，则进行步骤305，若否，则再进行步骤301(步骤304)；距离及角度补偿，并加入该光轴校正向量及参考距离信息进行校正(步骤305)；计算并求得屏幕四角落点坐标(步骤306)；及计算并求得转换矩阵(步骤307)。必须说明的是，步骤307依产品需求可选择实施或不实施，若实施，虽然在校正过程增加计算量，但在其后瞄准任意点计算指向坐标时，则可简化计算过程并节省存储至间。

请参照图2d及6至8所示，以下针对屏幕四角落点校正(步骤300)及其子步骤进行详细说明，首先必须说明的是，该四角落点校正的步骤同样可为一于产品出厂前所进行的校正动作，亦可于产品出厂后于设置甚至于使用期间所进行的校正动作。利用前述步骤200所校正过后的该光轴80所指向的指向指针14分别瞄准该平面90的四角落点A、B、C及D(步骤301)，接着进行步骤302的影像传感器撷取数字影像及步骤303的辅助定位点的成像位置及面积大小检测，因其与步骤200的子步骤202及203执行过程相同，于此不再赘述。当完成该平面90的四角落点A、B、C及D的影像感测后(步骤304)，则可得到如图6所示的感测影像，其中I_A111、I_B111、I_C111及I_D111表示该指向指针14分别指向该平面90的四个角落A、B、C及D时该辅助定位点111在该影像传感器12上的感测影像；I_A112、I_B112、I_C112及I_D112表示该指向指针14分别指向该平面90的四个角落A、B、C及D时该辅助定位点112在该影像传感器12上的感测影像；A’、B’、C’及D’则分别为I_A111与I_A112、I_B111与I_B112、I_C111与I_C112及I_D111与I_D112的平均坐标。

请再参照图7所示，其说明步骤305的角度补偿方式，其中，I_{111_ref}及I_{112_ref}分别表示所述辅助定位点111、112于该影像传感器12预先设定并储存于该计算处理单元122的存储器内的感测影像信息，其用做该影像传感器12摄像时旋转角度的基准点；I_{111_any}及I_{112_any}则分别表示需校正影像点，其为所述辅助定位点111、112于该影像传感器12瞄准同一点且于任意旋转角度时所得的感测影像，此时由于该影像传感器12摄像时与基准影像间具有一旋转角度θ的偏差，因而该计算处理单元122需依照下列公式计算并进行角度补偿：

$\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \left(\mathrm{\θ}\right)& -\sin \left(\mathrm{\θ}\right)\\ \sin \left(\mathrm{\θ}\right)& \cos \left(\mathrm{\θ}\right)\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}X\\ Y\end{array}\right]$

其中，θ表示该影像传感器12摄像时的旋转角度偏差；X、Y表示补偿前该两辅助定位点111、112于该影像传感器12上所成影像的平均坐标，其预先储存于该计算处理单元122的存储器内；X’、Y’表示补偿后该两辅助定位点111、112于该影像传感器12上所成影像的平均坐标。必须说明的是，若所述辅助定位点111、112为大小相等的特定光谱光源，则若摄像时的旋转角度超过180度时，可能形成无法分辨所述辅助定位点111、112而造成误判并导致角度补偿不正确的情形，此时该影像传感器12则可另配合设置一水银开关〔未示出〕以解决此问题；此外于本实施例中较佳亦可选用不同大小的所述辅助定位点111、112，如此不论摄像时的旋转角度为何，都不会因无法分辨所述辅助定位点111、112而造成误判，皆可正确进行角度补偿。

步骤305中的距离补偿则是基于该步骤200所求得的参考距离信息进行，以补偿于不同距离摄像时所造成的误差，且必需同时加入该光轴校正向量以使得所求得的屏幕四角落点坐标(步骤306)能够正确算出，且求得的所述屏幕四角落点平均坐标A’、B’、C’及D’则储存于该影像传感器12的计算处理单元122的存储器内。此外，虽然本发明使用至少一个辅助定位点便可以实现指针定位的校正，但于实际使用上较佳是选用两个辅助定位点以使校正时便于进行角度及距离补偿的校正，以使指针定位结果更为精确。

请再参照图8所示，其说明由步骤306所求得的屏幕四角落点坐标转换为转换矩阵(步骤307)的方式，此转换过程亦于该记算处理单元122内进行。其中A’(x_A’，y_A’)、B’(x_B’，y_B’)、C’(x_C’，y_C’)及D’(x_D’，y_D’)则分别表示该指向指针14指向该平面90的四角落点A、B、C及D时所求得该两辅助定位点111、112于该影像感测装置12上所成影像的平均坐标，由于该影像传感器12摄像时的角度及感测时所产生的形变，因而该A’、B’、C’及D’所形成的四边形并非为一对称的矩形。藉由一现有映射转换(Projection transformation)的方式，则可将一非对称的四边形转换成一标准的单位正方形〔四边长皆为单位长度的正方形〕，并将进行转换所需的转换矩阵储存于该影像传感器12的计算处理单元122的存储器内，以供后续指针定位之用。由于所述A’、B’、C’及D’表示该平面90的四角落点平均坐标，因而只要是在该平面90内的特定范围内的任意点，经由该转换矩阵转换后的坐标皆会落于该标准的单位正方形所形成的平面空间内。如上所述，在完成屏幕四角落点校正(步骤300)后，该计算处理单122内则储存有一转换矩阵以及距离和角度的校正信息，如此便完成指针定位的全部初始设定，以供后续步骤中使用。

此外必须说明的是，于步骤300中的子步骤307可依产品需求选择不予执行，亦即只要利用储存于该影像传感器12的计算处理单元122内的存储器中的所述屏幕四角落点平均坐标A’、B’、C’及D’，亦可进行步骤400的任意点定位，如此在进行校正时可减少计算量，但在进行该任意瞄准点定位(步骤400)时会增加该计算处理单元122的计算量及存储器的存储空间。

请参照图2e所示，其示出了本发明第一实施例的任意点定位(步骤400)的执行方式，其包含下列子步骤：瞄准屏幕任意点(步骤401)；影像传感器撷取数字影像(步骤402)；所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测(步骤403)；距离及角度补偿，并加入该光轴校正向量及参考距离信息进行校正(步骤404)；及计算并求得指向定位坐标(步骤405)。

请参照图2e、6至8所示，以下针对任意点定位(步骤400)及其子步骤进行详细说明，必须说明的是，该任意点定位的步骤为使用者基于该步骤200及300所求的的初始设定信息，其包括光轴校正向量、参考距离信息及四角落点坐标或转换矩阵等信息，而进行的任意点指针定位。令该光轴80所指向的指向指针14指向该平面90上的任意点(步骤401)；接着进行步骤402的影像传感器撷取数字影像、步骤403的辅助定位点的成像位置及面积大小检测及步骤404的距离及角度补偿，因其与步骤300的子步骤302、303及305的执行方式相同，于此不再赘述。该计算处理单元122在进行任意点的指向定位坐标运算时，必须基于步骤300所求得的屏幕四角落点坐标或是转换矩阵进行计算，换句话说，若储存于该计算处理单元122的存储器内的为屏幕四角落点坐标，则于步骤405的计算则需加入该屏幕四角落点坐标以进行计算；反之，若储存于该计算处理单元122的存储器内者为转换矩阵，则于步骤405的计算则需加入该转换矩阵以进行计算。藉此，则可计算并求得该平面90上任意点的指向定位坐标(步骤405)。

请参照图3a所示，其示出了本发明进行该指向指针14的校正及定位〔步骤190〕的第二实施例，其利用一相对坐标的指针定位方法，该方法同样用于一影像显示装置指向指针14的定位，藉由两辅助定位点111、112设置于该影像显示装置的周围并产生一特定光谱及以该影像传感器12接收所述辅助定位点111、112所产生的光讯号并配合一滤光器13置于该影像传感器12的前方以滤除该特定光谱以外的波段的光讯号，使该影像传感器12仅能感测该特定光谱的讯号。该指针定位方法同样包含下列步骤：校正该影像传感器的光轴(步骤500)及任意点定位(步骤600)。本实施例与第一实施例的差别在于，于本实施例中并不用校正屏幕的四角落点，而是利用于校正该影像传感器的光轴时所定义出的该平面90上的一相对参考点或者依使用者所自行定义的任意点作为相对参考点，并以该光轴80所指向的指向指针14与该相对参考点的空间相关性以进行指针定位，其详细说明如下。

请参照图3b、4及5所示，同样的本实施例的校正该影像传感器的光轴(步骤500)仍可为一于产品出厂前所进行的校正动作，亦可于产品出厂后于设置甚至于使用期间所进行的校正动作。校正该影像传感器的光轴的执行方式同样包含下列子步骤：瞄准一参考点(步骤501)；影像传感器撷取数字影像(步骤502)；所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测(步骤503)；及求得一光轴校正向量及参考距离信息(步骤504)。由于其执行方式与步骤200相同，于此不再赘述，以下仅针对其与第一实施例间的差异进行详细说明。在步骤504的校正该影像传感器的光轴完成时，除了可求得一光轴校正向量以及参考距离信息外〔如同第一实施例〕，并可设定步骤501的该参考点为相对参考点做为利用相对坐标进行指针定位时的参考基准(步骤504)，并将其位置信息储存于该记算处理单元122中。

请参照图3c及6至9所示，本实施例的任意点定位(步骤600)的执行方式同样包含下列子步骤：瞄准屏幕任意点(步骤602)；影像传感器撷取数字影像(步骤603)；所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测(步骤604)；距离及角度补偿，并加入该光轴校正向量及参考距离信息进行校正(步骤605)；及计算并求得指向定位坐标(步骤606)。其与第一实施例的任意点定位(步骤400)的执行方式相同，于此不再赘述，以下仅针对其间的差异进行详细说明。其中，在执行任意点定位之前，除了可利用于前述步骤500所选出的相对参考点为相对坐标的参考基准点外，使用者亦可根据其使用习惯自行定义一相对参考点(步骤601)，例如于本实施例中以(x₀，y₀)为相对参考点〔图9〕，以做为该指向指针14移动时的相对参考点，且此步骤可选择不实施。此外，该计算处理单元122在计算指向定位坐标时，较佳是可输入一比例参数(X_scale，Y_scale)用以调整该指向指针14于该影像传感器12上感测影像移动的灵敏度，其利用下述的公式进行调整：

$(\mathrm{\ΔX},\mathrm{\ΔY})\≡(\frac{x_1-x_0}{X_{\mathrm{scale}}},\frac{y_1-y_0}{Y_{\mathrm{scale}}})$

其中，X_scale、Y_scale为一使用者可调的比例参数；x₀、y₀为使用者自定义的相对参考点或是于该步骤504中所定义的相对参考点坐标；x₁、y₁为该指向指针14移动时所述辅助定位点111、112于该影像传感器12上的感测影像坐标；D为移动距离；(ΔX，ΔY)则为经修正后的移动距离。其中，当X_scale及Y_scale愈大时，则表示该指向指针14移动的距离必须愈大，才能得到相同的移动效果。

如上所示，现有指针定位装置及方法因需藉由摄影机撷取整个显示屏幕的信息，如此会具有影像区域辨识不易以及需要大视角摄影镜头的问题。相较于现有指针定位装置及方法，本发明各实施例的指针定位装置及方法(如图1、2a及3a所示)藉由可产生一特定光谱辅助定位点配合一设有滤光器的影像传感器以进行指针定位，因为仅需摄取所述辅助定位点111、112的光讯号，其确实将影像传感器所需的视角减小、简化计算复杂度及增加定位精确性，且本发明亦能适用于任何形式的影像显示装置的指针定位。

虽然本发明已以前述较佳实施例示出，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (29)

1.一种指针定位装置,用于一影像显示装置的指向指针定位，该指针定位装置包含：

至少一辅助定位点设置于该影像显示装置的周围，并产生一特定光谱；

一影像传感器接收该辅助定位点所产生的光讯号；及

一滤光器设置于该影像传感器的前方以滤除该特定光谱以外的波段的光讯号，使该影像传感器仅能感测该特定光谱的讯号；

其中，利用该辅助定位点做为校正初始设定及指针定位的基准点，于该影像显示装置显示影像的特定范围内进行指针定位，

根据该影像显示装置所接收的该辅助定位点的光讯号与该指向指针的空间关系，校正该影像传感器的光轴及任意点定位，

其中该校正该影像传感器的光轴的方式包含：瞄准一参考点；影像传感器撷取数字影像；所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测；及求得一光轴校正向量以及参考距离信息，

其中该任意点定位的方式包含：瞄准屏幕任意点；影像传感器撷取数字影像；所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测；距离及角度补偿，并加入该光轴校正向量及参考距离信息进行校正；及计算并求得指向定位坐标，

其中该参考距离信息是基于一预定摄像距离摄像时该两辅助定位点于该影像传感器上所得的影像间距及平均坐标的信息，该光轴校正向量为该参考点与该光轴的指向指针间的向量。

2.如权利要求1所述的指针定位装置，其中该特定光谱为红外光光谱，该滤光器为一红外光滤光器。

3.如权利要求1所述的指针定位装置，其中该辅助定位点为自发性光源，其可产生该特定光谱。

4.如权利要求3所述的指针定位装置，其中该辅助定位点为红外光发光二极管。

5.如权利要求1所述的指针定位装置，其中该辅助定位点为非自发性光源，可反射该特定光谱。

6.如权利要求5所述的指针定位装置，其中该指针定位装置还包含一该特定光谱的光源。 

7.如权利要求1所述的指针定位装置，其中该辅助定位点的数目为2且大小相等，该影像传感器还包含一水银开关以使该影像传感器于摄像时的旋转角度超过180时仍可正确进行指针定位。

8.如权利要求1所述的指针定位装置，其中该辅助定位点的数目为2且大小不相等，以使该影像传感器于任意旋转角度摄像时皆可正确进行指针定位。

9.如权利要求1所述的指针定位装置，其中该辅助定位点可结合于该影像显示装置。

10.如权利要求1所述的指针定位装置，其中该影像传感器为选自一CMOS影像传感器及一CCD影像传感器的其中一种。

11.如权利要求1所述的指针定位装置，其中该影像传感器包含：

一感测单元用于接收该辅助定位点所产生的光讯号，并将该光讯号转换为电讯号；及

一计算处理单元接收该电讯号，计算并储存利用该辅助定位点校正该影像传感器的指向指针所得的初始设定，并执行指针定位的计算。

12.一种指针定位方法,用于一影像显示装置的屏幕四角落点所形成的平面上进行一影像传感器的光轴所指向的任意点的指向指针定位，该指针定位方法包含下列步骤：

设置至少一辅助定位点于该影像显示装置的周围以产生一特定光谱；

设置一滤光器于该影像传感器之前，使该影像传感器仅能接收该辅助定位点所产生该特定光谱的讯号；及

根据该影像显示装置所接收的该辅助定位点的光讯号与该指向指针的空间关系进行该指向指针的校正及定位，该辅助定位点的数目为2，

其中该指向指针的校正及定位的方式包含下列步骤：

校正该影像传感器的光轴；及

任意点定位，

其中该校正该影像传感器的光轴的方式包含下列步骤：

瞄准一参考点；

影像传感器撷取数字影像；

所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测；及

求得一光轴校正向量以及参考距离信息， 

其中该参考距离信息是基于一预定摄像距离摄像时该两辅助定位点于该影像传感器上所得的影像间距及平均坐标的信息，该光轴校正向量为该参考点与该光轴的指向指针间的向量。

13.如权利要求12所述的指针定位方法,还包含下列步骤：

设定该参考点为相对参考点。

14.如权利要求12所述的指针定位方法，其中该任意点定位的方式包含下列步骤：

瞄准屏幕任意点；

影像传感器撷取数字影像；

所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测；

距离及角度补偿，并加入该光轴校正向量及参考距离信息进行校正；及

计算并求得指向定位坐标。

15.如权利要求14所述的指针定位方法，其中该角度补偿的方式利用下列公式：

其中，θ表示该影像传感器摄像时的旋转角度偏差，X、Y表示补偿前该两辅助定位点于该影像传感器上所成影像的平均坐标，X’、Y’表示补偿后该两辅助定位点于该影像传感器上所成影像的平均坐标。

16.如权利要求14所述的指针定位方法，其中于该瞄准屏幕任意点步骤之前还包含一步骤：

选择一相对参考点。

17.如权利要求14所述的指针定位方法，其中于该计算并求得指向定位坐标步骤中加入一比例参数以进行指向指针移动的敏感度修正。

18.如权利要求12所述的指针定位方法，其中于该任意点定位步骤之前还包含下列步骤：

屏幕四角落点校正。

19.如权利要求18所述的指针定位方法，其中该屏幕四角落点校正的方式包含下列步骤：

瞄准屏幕四角落点；

影像传感器撷取数字影像； 

所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测；

判断是否屏幕四角落点皆已撷取完成辅助定位点信息，若是，则进行下一步骤，若否，则再重新进行该瞄准屏幕四角落点步骤；

距离及角度补偿，并加入该光轴校正向量及参考距离信息进行校正；及

计算并求得屏幕四角落点坐标。

20.如权利要求19所述的指针定位方法，其中该计算并求得屏幕四角落点坐标完成后还包含下列步骤：

计算并求得转换矩阵。

21.如权利要求20所述的指针定位方法，其中由该屏幕四角落点坐标计算该转换矩阵的方式利用映射转换。

22.如权利要求19所述的指针定位方法，其中计算并求得指向定位坐标为配合该屏幕四角落点坐标以进行计算。

23.如权利要求20所述的指针定位方法，其中计算并求得指向定位坐标为配合该转换矩阵以进行计算。

24.如权利要求12所述的指针定位方法，其中该特定光谱为一红外光光谱。

25.一种影像传感器,用于一影像显示装置的指向指针定位，并配合一滤光器设置于该影像传感器的前方以使该影像传感器仅能感测设置于该影像显示装置的周围的辅助定位点所产生的特定光谱讯号，利用该辅助定位点做为校正初始设定及指针定位的基准点，于该影像显示装置显示影像的特定范围内进行指针定位，，

根据该影像显示装置所接收的该辅助定位点的光讯号与该指向指针的空间关系，校正该影像传感器的光轴及任意点定位，

其中该校正该影像传感器的光轴的方式包含：瞄准一参考点；影像传感器撷取数字影像；所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测；及求得一光轴校正向量以及参考距离信息，

其中该任意点定位的方式包含：瞄准屏幕任意点；影像传感器撷取数字影像；所述辅助定位点的成像位置及面积大小检测；距离及角度补偿，并加入该光轴校正向量及参考距离信息进行校正；及计算并求得指向定位坐标，

其中该参考距离信息是基于一预定摄像距离摄像时该两辅助定位点于该影像传感器上所得的影像间距及平均坐标的信息，该光轴校正向量为该参考点与该光轴的指向指针间的向量， 

该影像传感器包含：

一感测单元，用于接收该辅助定位点所产生的光讯号，并将该光讯号转换为电讯号；及

一计算处理单元接收该电讯号，计算并储存利用该辅助定位点校正该影像传感器的指向指针所得的初始设定，并执行指针定位的计算。

26.如权利要求25所述的影像传感器，其中该感测单元为选自一CMOS影像传感器及一CCD影像传感器的其中一种。

27.如权利要求25所述的影像传感器，其中该影像传感器还包含一该特定光谱的光源。

28.如权利要求25所述的影像传感器，其中该影像传感器还包含一水银开关。

29.如权利要求25所述的影像传感器，其中该特定光谱为一红外光光谱。 

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