CN101208738B - 自动投影校准的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种不需要用户互动的具有自动投影校准的白板方法和系统(100)。通过将传感器(302)置于目标表面下和投影投射图案以找到目标表面和投影设备之间几何关系而实现该方法和系统。优选采用光学传感器(32)检测白板上投影图案的出现。通过映射函数或者转换矩阵将白板坐标转换为屏幕坐标而使用输入数据，然后采用屏幕坐标将该坐标映像至光标位置。当白板表面几何特性已知并且光学传感器在该几何特性中的位置已知时，关于哪些投影仪像素照射哪个传感器的信息可用于相对白板地校准投影设备。

Description

自动投影校准的方法与装置

技术领域

本发明总体涉及白板校准系统，更特别地涉及通过以投影图校准白板表面上已知位置而自动对准白板上显示图像的方法。 

背景技术

通过采用跟踪系统，主持人可从远处控制计算机。例如，当采用互动的白板系统时，主持人可从白板控制计算机。适当校准的跟踪系统保证计算机适当解释该板的命令。 

电子白板可包括熟悉的主要用于会议和演讲的干擦白板，可将白板表面上的标记存储在与白板连接或者内置于白板的计算机。在现有技术方式中，用户采用干擦式笔在电子白板表面上书写，而在别的方式中，用户采用无标记式触控笔。该两种书写的方式被总称作“书写”或者“笔录”。不论使用何种仪器在电子白板表面上书写，电子白板通过软件程序可可将书写在其表面上的标记以电子形式存储至计算机。其后，用户可打印、传真、通过电子邮件发送、和编辑书写在白板表面上的会议记录。正如电子白板可探测白板表面上的笔迹一样，电子白板还可感应白板表面上的触摸位置。 

电子白板表面通常组合有触敏屏。触摸屏被广泛应用于为用户提供直觉指示界面。其中几种触摸屏的普遍应用的例子有，自动取款机、科学和工业控制设备、公共亭、和手持计算设备。为了操作，接触屏可采用各种技术包括电阻、电容、声学、红外线等等。在大多数触摸屏应用中，触敏 表面永久安装在显示设备例如阴极射线管(CRT)或者液晶显示器(LCD)上。接收器耦合至操作过程从而可响应于触摸以及当前显示的图像而采取合适的行动。 

电子白板在会议和演讲中为用户有带来许多好处。通过将书写在白板上的标记存储至计算机从而可将该笔录打印出来或者通过电子邮件发送至其它人，白板提供了会议或者演讲的准确记录。白板的这种特征使现场人员能集中注意力于会议而非做笔录。而且，因为电子白板可感应触摸位置，所以可通过触摸属于显示图像中图形用户界面的按键而控制与其连接的计算机。这一点允许用户控制会议流程而不用离开房间前部。 

但是常见的电子白板确实存在缺陷。通常，其使用复杂。该缺点使无经验的用户不能得到这样的技术为会议和演讲所提供的好处。使用电子白板的其中一种复应用为校准白板。 

校准是必要的，从而可在白板表面上适当对准显示图像。本质上，该校准过程保证计算机成功跟踪和解读在白板上的行动。计算机、投影仪和白板应当同步，从而该计算机可适当地使白板上的接触位置与计算机显示器上的位置联系起来，并因此适当地使电子白板表面上所探测出的触摸输入与显示图像上的点联系起来。 

通常，校准电子白板涉及用户操作计算机以启动校准而非操作电子白板。用户必须停止演讲以及离开听众的注意以走近计算机。然后，用户在启动计算机上的校准程序后，须回到白板并在那里进行校准以执行和完成校准过程。熟知的是，这样的先在计算机然后在白板的两个位置校准可能非常地使注意力分散，并抽离于演讲的流程。 

常规的白板校准可包括在计算机将该系统设成投影模式，然后使主持人靠近白板并触摸白板显示区域上图像的点，通常是四个(或者更多)。该系统将用户的触摸与投影的图像联系起来，从而使该系统适当地对准计算机、投影仪和白板。 

该复杂过程吓阻了无技术经验的用户使用电子白板技术，而对于确实需要使用电子白板的人而言该设定过程则过于复杂。自动校准电子白板将是有利的。 

自动校准系统存在于其它领域。例如，熟知的有在屏幕上记录多个图像的图像记录系统(例如用于调整多帧CRT图像中颜色覆盖的系统)。美国专利号4,085,425总体讨论了对投影阴极射线图像尺寸和位置的控制。美国专利号4,683,467号公开了解决当时对准阴极射线管多帧图像的问题的自动对准方案以形成具有每帧CRT图像颜色组合的单帧图像，其中每帧图像具有不同的颜色。 

美国专利号4,684,996公开了一种依赖于时间的自动对准系统。投影仪对准的变化会改变射线束到达一传感器的时间。处理器比较投影仪射线束到达每个传感器的时间与对照表，并从该比较确定恢复对准所需要的射线束控制的校正。美国专利号6,707,444公开了具有共用光学器件的投影仪和照相机装置。美国专利公开号2003/0030757、2003/0076450和2003/0156229公开了投影电视的校准控制。 

因此，尽管在某些领域似乎存在各种形式的自动校准，但是自动校准电子白板系统尚未为人所知。既可在远离计算机的位置开始校准(例如通过遥控，或者仅仅开启房间的灯)又能够在没有用户互动下完成校准过程(免除了主持人靠近白板并触摸投影出的十字线或者其它投影特征以完成校准过程)将会是有利的。 

因此，可以看出在本领域有需要去改进白板的校准方法。 

发明概述 

简单而言，本发明是一种校准跟踪系统的方法和系统。该跟踪系统总体上包括计算机和远离计算机的显示面。该跟踪系统使在显示面的行动和计算机同步。 

本发明的跟踪系统包括作为显示面的触摸屏，以及至少一个能够向触摸屏投影出计算机显示图像的至少一个投影设备。本发明的优选实施例包括作为触摸屏的电子白板。在该优选实施例中，投影设备在白板上投影显示图像。本发明的优选目标在于自动校准触摸屏上的显示图像，从而使对白板上行动(通常为书写和擦除动作)的跟踪被计算机适当地解读。本发明优选地既能远离计算机地启动校准，又能在不需要用户互动下完成校准 过程。 

在现有技术校准系统中，用户需要首先告诉系统开始校准，通常通过按下计算机上的计算机按键。在这些常规系统中，用户还需要再次参与校准过程，即在校准时调整以使系统完成该校准过程。该第二阶段的行动通常包括需要用户接近白板、并在指示的地方触摸白板。 

本校准系统免除了第二步骤的手动校准，因此使该过程自动化。本发明是一种可离开计算机启动对显示图像的自动校准并且不需要用户互动以完成或者干涉该过程的白板系统。实际上，因为可在探测到主持人的被动行为时自动启动校准，所以主持人不必刻意启动系统的校准。例如，纵然主持人可使用遥控器启动校准，本系统也可辨认出被动行为如开灯或者有人在白板旁边走动以作为开始校准过程的指示。 

本发明采用投影图案或者其渐变图以帮助自动确定适当的对准，从而校准白板上的显示图像。可在白板中采用已知位置上的光学传感器检测投影图的特征，如果该投影图是白板上的光纹例如明暗图案组合，则其特征是光线强度。来自传感器的关于投影图的数据会通过映射函数或者转换矩阵将白板坐标转换为屏幕坐标，然后将数据用于映射该坐标为光标位置。来自传感器的数据即“检测数据”可包括投影至传感器上光线强度或颜色的测量值。这与间接地检测从该表面反射的光的基于照相机的系统不同，这些系统导致额外的复杂性。 

该传感器优选位于白板触敏表面的片层后，从而不为主持人和观众所见，有别于当传感器置于触摸表面周界外时所要求的，该投影图不需要重叠白板边沿。 

单独离散的传感器直接测量每个位置上投影图的光度。采用一种或多种投影，该系统可确定显示图像中的哪个像素正在照射哪个传感器位置。 

当已知白板表面的几何特性并且已知该几何特性范围内光学传感器的位置时，投影设备可利用关于哪个投影仪像素照射哪个传感器的信息适当校准白板上的显示图像。 

在本发明的一个实施例中，该传感器为发光二极管(LEDs)、或者光电二极管，实际上可使得校准过程逆向。即在一种模式中传感器被设计成 接收投影图特征，对该投影图测量并提供合适的对准数据；在另一种模式中该过程实际上逆向，从而LEDs发光，从而使本来隐藏于电子白板的传感器位置变得容易被看到。这一点能使传感器的位置快速而简单地被得知。 

另一个实施例中，白板的大小以及供传感器位于片层后的空间产生传感器机制的设计，该机制实际上为剪切后的光纤线缆，该光纤接收(传感器)端具有有利于收集的形状，例如具有提供常规表面收集从投影图所发出光线强度的剪切角。该光纤也可不必如此剪切而仅在接收端简单地切削。 

可替换地，光纤的接收端可具有其它收集组件，例如其可以和棱镜或者其它光学转向设备光连接，其中从棱镜向光纤发送投影图光强度。光纤另一端连至光电二极管或者光探测器以探测光纤彼端的光强度。 

本发明优选可自动校正许多校准和对准问题，包括投影仪位置和旋转度、图像尺寸、枕形和梯形失真，并优选地不需要用户互动的步骤。 

为完成上述和相关的目标，以下的描述和附图详细描述本发明的某些说明的方面和实施。这些仅仅表示可利用本发明原理的各种方法的其中几种。当结合附图考虑时，以下对本发明的详细描述将清楚地展现出本发明的其它方面、优点和新颖的特征。 

附图简介

图1描述了说明本发明优选实施例的系统图。 

图2描述了说明本发明优选实施例的系统图。 

图3A描述了对根据本发明一个实施例的电子白板的层状说明。 

图3B描述了对电子白板的侧视图层状说明。 

图4为对用于校准投影设备至平面显示表面的系统的描述。 

图5描述了位于本发明白板中传感器组件的布局。 

图6描述了位于电子白板内传感器组件布局的优选实施例。 

图7描述了具有单传感器方案的本发明的实施例。 

图8描述了根据本发明的一组优选的校准图。 

图9描述了从传感器路由返回投影设备的优选连接。 

图10为描述校准电子白板方法的流程图。 

图11为在流程图中所描述的校准电子白板方法的实施例。 

附图详述 

本发明是一种自动校准跟踪系统校准的方法和系统，其不需要系统用户参与校准程序以完成校准过程。该跟踪系统包括触摸屏和至少一个投影设备。优选地，该触摸屏为电子白板。虽然详细描述公开了作为触摸屏的电子白板，但是本领域技术人员将理解该电子白板可包括各种类型的显示面。为实现该校准过程，在白板内或者白板上应用多个传感器消除了现有技术中的要求，即用户必须走向白板，然后触摸在在板上的指示十字线或者其它投影特征以校准该白板。如这里所使用的，将校准、对准和定位技术总称为“校准”。 

参考附图，其中相同的附图标记在多个附图中表示相似的组件，并且更特别地，参考本申请，图1为说明本发明示例性环境的简化系统图。尽管示例性环境示出为体现在个人电脑和电子白板中，但是本领域技术人员将理解本发明可体现在显示装置中，其包括处理器，不一定为计算机，还包括位置感应感应表面及其它，以及显示器在需要校准的位置感应感应表面上的投影。 

根据本发明优选实施例可接受的电子白板100包括下述供货商商的产品，例如SMART TECHNOLOGIES、EGAN VISUALS、Prometheon、HitachiSoftware、Virtual Ink、eBEAM、和3M及其它。电子白板100还可包括但不限于激光-三角测量触摸电阻式或者电容式薄膜、无线电感应感应表面、红外线阵列、或者超声波频率感应感应设备。 

如图1所示，电子白板100与可以是个人计算机150的处理设备100连系。处理设备150在某些实施例中不必是本发明的独立组件，但可以是 该系统其它组件的一部分。例如，处理设备150可以是电子白板100的集成组件或者处理设备150可以是外部组件，例如计算机。 

处理设备150和电子白板100之间的通信联结可描述为金属线联结，即该联结可以是有线联结。然而，该通信将被理解为不限于金属或者光纤有线协议。该联结可由无线数据协议经无线联结实现(例如蓝牙，IEEE802.11b通信，等等)。另外，可经连接电子白板100、个人电脑150的网络进行该连接。另外，虽然可连接一个或多个外围设备155(例如打印机、扫描仪)，但是白板100不一定要包括任何外围设备155。 

在示例性实施例中，使个人计算机150运行本发明的系统需求包括输出视频数据或者显示图像至投影设备200的能力。另外，个人计算机150的软件需求包括将电子白板坐标转换为屏幕坐标的软件，例如WebsterSoftware、SMART Notebook、以及Walk-and-Talk。 

此外，在本发明的示例性实施例中，外围设备155可以是打印机，其与个人计算机150连系并可用于打印在电子白板100上探测到的图像。而在另一个实施例中，外围设备155可以是扫描仪，其与个人计算机150连系并可用于扫描图像并将其发送至个人计算机150，然后显示在电子白板100上。 

电子白板100可以以各种方法接收用户的输入。例如，本发明的电子白板100可组合电容技术并经导电触控笔接收用户的输入。该触控笔可以是书写工具，包括手指。示例性触控笔可向电子白板100发送表示触控笔相对于电子白板100表面位置的信号。该触控笔还可发送其它信息至电子白板100，其包括但不限于笔的颜色、绘画或者擦除模式、线宽、字体或者其它格式化信息。 

另一个实施例中，电子白板100可以是触敏或者压敏。这里所用的触敏或者压敏是指具有将物理接触转换为电信号或者输入的能力。触敏电子白板可组合电阻薄膜技术。例如参见Geaghan等人的描述电阻薄膜电子白板的美国专利号5,790,114，并且其整体可引用在此作参考。 

一个实施例中，电子白板100具有两个导电薄层——顶层和底层——其例如通过张力物理地相互隔开，从而该两层响应于触摸或者物理压力而 相互接触。该薄层由导电材料制成并且可涂敷导电材料例如导电膜，并且可变形。触摸、书写或者其它施加于导电薄层表面的压力造成该两个导电薄层之间接触，同时产生可探测的电压或电阻变化。该薄层可用作电阻分配器，并且可通过在薄层边沿施加不同压力而产生电压梯度。电压或者电阻的变化然后可与一位置值相关联，例如笛卡儿坐标集。坐标数据例如(x，y)对或者其等价物可以以兼容数据包传送至个人计算机150供处理、管理、编辑或者存储。 

电子白板100的其它实施例包括激光-跟踪、电磁、红外线、基于照相机的系统等等。这些系统探测两维表面上的墨水标记或者指针或者触控笔设备，其可进行擦除以干擦笔形成的标记，但是不一定要如此。 

常规的干擦笔通常用于书写在电子白板100的表面110上，但是任何可擦除或者可去除墨水、颜料或者色彩可用于物理地标记电子白板100的表面。电子白板100上的物理标记可采用常规方法去除，该常规方法包括橡皮、毛巾、薄纸、手或者其它可从电子白板100表面物理去除标记的物体。 

该白板系统还包括与个人计算机150连系的投影设备200，其可从INFOCUS SYSTEMS、3M、TOSHIBA以及EPSON及其它获得。计算机150产生的图像可传送至投影设备200并且作为显示图像250投影值白板上。该投影设备200将显示图像250投影至电子白板100的表面110上。 

投影设备200可在运行上连接至个人计算机150、白板100或者该两个部件。投影设备200可以是将图形用户界面投影至电子白板100表面110上的常规投影仪。可以因包括梯形失真的图像失真以及其它光学问题例如将显示图像250在表面110上对准的光学问题而调整投影设备200。可选择地，个人计算机150可因图像或者对准问题而调整。主持人还可调整该系统以补偿包括梯形失真的图像问题。 

至少在一些实施例中，个人计算机150可用于为投影设备200提供显示图像250。例如，可显示在个人计算机150监视器上的GUI(图形用户界面)、电子表格图像或者运动图像及其它可由投影设备200显示在白板100的表面110上。 

本发明的另一个实施例包括采用具有坐标探测系统的等离子体显示器或者背投系统，例如触敏表面、电容、基于照相机、激光跟踪、电磁或者其它系统，从而可在该表面上跟踪触控笔并且由个人计算机150提供视频源。 

电子白板100还可包括与电子白板100或者其组件连系的遥控设备(未示出)以启动本发明。例如，遥控设备可以和电子白板100、个人计算机150、投影设备200、或其组合连系。可由包括但不限于红外线或者激光技术的电磁技术实现遥控设备和白板另一个组件之间的连系。另外，可通过常规无线、无线电通讯或者卫星技术实现遥控设备和电子白板100之间的连接。 

在示例性实施例中，电子白板100通常安装在垂直壁支承表面上。投影设备200相对于白板表面110定位从而使投影设备200投影的显示图像250射向白板表面110。投影设备200可安装在设有白板的房间的顶面上。在替换实施例中，投影设备200可定位在白板表面110前面的工作台或者手推车上。尽管没有示出，但是在某些实施例中，投影设备200可定位在白板表面110后面以使显示图像250反射至白板表面110的后部；这一点引起光线透射通过表面并从表面110的前部可见。个人计算机150和外围设备155通常位于和白板相同或者至少邻近的房间内，从而在使用白板100时容易采用每个该组件并进一步便于使用白板100。应注意，在某些实施例中，计算机150和外围设备155不必邻近白板100。 

图2描述了本发明的实施例，其提供具有自动校准的本系统。在校准启动时，投影设备200将投影图350投射至白板100表面110的传感器组件300上。位于白板100已知位置的传感器组件300的传感器接收投影图350的特征。来自传感器的关于投影图350的数据和映射函数或者转换矩阵一起使用以校准投影至白板100的显示图像250。 

例如，投影图350可包括红外线图、浅色和深色图案、音频图或者其梯度。基于由传感器组件300获得的关于投影图350的信息，可实现校准并且在白板上适当校准显示图像250。 

为自动启动校准，本发明的传感器组件300可探测投影设备200是否 正在运行。一旦确定该投影设备200正在运行，则传感器组件300可以和该系统连系以开始校准过程。传感器组件300还设计为具有探测房间内人员(例如人员走过白板表面)或者周围光线的变化(例如房间的灯打开/关闭)的能力以及采用这种探测方法启动校准。一旦传感器组件300确定其中该情况或者类似事件，则可启动校准序列。 

虽然图2示出了显示图像250圆锥内的投影图350，但是将理解这一点仅仅是为示例性目的。投影图350和显示图像250可具有不相关的投影角，在某些情况下同时显示，或者更普遍地，在显示图像250显示在白板100上之前投影图350首先显示在传感器组件300上并且校准结束。另外，显示图像250和投影图350可以相同，其中由显示图像250用于校准系统的系统已知关于显示图像250的足够信息。可选择地，可包括第二投影设备200以投射投影图350，从而可由不同设备投射显示图像250和投影图350，但是应得知设备之间的空间距离以适当校准该系统。 

传感器组件300可容纳在电子白板100内或者电子白板100上。藉此，可将投影图350直接投射至待检测的白板100的白板表面110上。可选择地，传感器组件300可远离白板100。 

如图3A和3B所示，电子白板100包括多层白板。电子白板100包括位置感应感应表面110、顶层112和底层116。在替换实施例中，表面110可以是顶层112。底层116可以和泡沫垫120接触，接下来是金属衬垫122、硬泡沫层125，最后是第二金属衬垫126。常规位置感应感应表面110的实例包括但不限于基于照相机的系统、激光束探测方法以及红外线和超声波定位设备。 

在本发明的优选实施例中，表面110是平滑、白色、半透明的白板表面。该白色表面为用户提供熟悉的白色白板。另外，尽管可采用其它颜色，但是通常认为该白色表面是接收显示图像的最佳颜色。同样，白色表面是在白板上书写(即采用标记笔或者触控笔)或者显示显示图像的理想表面。本领域技术人员可知，可采用光谱中的许多颜色来实施表面110。如另外描述的，表面110可以是半透明的。表面110的半透明特征允许光线透射通过表面110以到达顶层112。 

在本发明的优选实施例中，顶层112和底层116由其上可施加氧化铟锡(ITO)层的韧性聚合物膜制成。涂敷ITO的基底通常包括在触摸面板接触、液晶显示器(LCD)电极、等离子体显示器、以及抗静电窗口涂层中。通常，ITO用于制造半透明导电涂层。该实施例中，顶层112和底层116可涂敷ITO并且还可是半透明的。根据该实施例，层112和116包括ITO涂层。可选择地，顶层112和底层116可涂敷碳。本领域技术人员将理解，顶层112和底层116可采用其它半透明层以提供额外的期望特性例如延长的使用寿命等等。 

在白板100内，底层116与泡沫垫120或者结构层连接，然后是金属衬垫122、硬泡沫层125、最后是第二金属衬垫126。泡沫垫120优选为开孔泡沫。开孔泡沫为孔壁被打破并且空气填充材料内所有空间的泡沫。本领域技术人员将理解，泡沫垫120可以是许多类似的泡沫状填料。特别是，金属衬垫122、以及硬泡沫垫125、第二金属衬垫126可增加白板100的稳定性。可选择地，泡沫垫120可以是坚固的单层或者多层组合。 

图3B描述了本发明特别的层状实施例的侧视图。这里，表面110朝外，即显示图像250将被投射的地方。表面110后面是顶层112。表面110和顶层112可由表面110上具有期望特性的单膜组成。表面110还可以是多层膜的叠层或者多层重叠以获得期望特性的组合。顶层112后面是底层116。最后，底层116后面分别是泡沫垫120、金属衬垫122、硬泡沫垫125和第二金属衬垫126。本领域技术人员将理解，根据期望的特性，该多层重叠可以是另一种类似的结构，可能附加或者去除一些层。 

图4中描述了本发明的投影设备200。如上文所述，投影设备200可以和个人计算机连系。投影设备200与位置感应感应表面110随便的对准。因为该随便的对准，可能不知显示视频或者图像250与表面110之间的关系。因此，有必要校准图像250。 

电子白板100优选包括多个已知坐标的位置230，该点具有传感器302位于其上。在示例性实施例中，采用四个位置230。可根据白板100的尺寸和形状采用更多的位置230。一旦确定已知的位置230，则如果附加设备存在损毁的电路、功能出现障碍的传感器、或者每百万份一的误差，那 么可将该坐标存储在例如计算机150上。 

在每个位置230，可采用传感器组件300的传感器302测量投影图350的特征。优选地，传感器302为光学传感器并且该特征为直接从位于已知位置230接收来自投影设备200所发出光能强度的测量值。这与在由显示器表面反射图像之后间接测量投影图像的基于照相机的系统形成对比。可选择地，该传感器可接收声音或者音频信号。 

光强度或其它特征的“直接”测量和“间接”系统相比具有几个优点。例如，和基于照相机的投影仪校准不同，本系统不必处理基于反射光强度的测量，其具有更复杂的特性。 

在图5所描述的白板中，传感器组件300包括多个传感器302。在特别实施例中，传感器302为光电传感器。该光电传感器可以是光电二极管、光电晶体管、或者其它位于白板100底层116后面的光学探测设备。 

在传感器组件300的优选实施例中，将多个传感器302置于该多个层——顶层112和底层116——后面。每个传感器302稍微按入泡沫垫120中。通过使传感器302按入泡沫垫120，表面110和顶层112保持平坦，即没有肿块、隆起或者折痕。因为泡沫垫120与底层116、顶层112和显示表面110接触，所以重要的是在不干涉显示表面110上可能的书写方法下实施传感器302。本领域技术人员应理解，将传感器302和其相应连接轻轻推入开孔泡沫的方法并非唯一的保证平滑外表面的方法。另一个实施例中，可将传感器302置于底层116的背侧；该实施例中，泡沫垫120是可选的并且可由一个或多个将底层支承在传感器302周围的间隔装置替换。 

可选择地，可由光纤将光电传感器连至该位置。虽然包括顶层112和表面110的顶部表面可包括提供供能量抵达传感器的光路或路线的通孔，但是优选顶层112和底层116为半透明，从而这样的孔并不是必需的。 

如果通孔是必需，则每个孔都应足够小以使其不可由随意的观察者感知。例如，该通孔直径可以是一毫米或者更小。如何制造非常细的光纤是熟知的。这一点有助于将所检测位置尺寸减小至投影仪像素的尺寸或者更小。对于本发明的目的，每个检测位置基本上对应输出图像中的一个投影 像素。另外，还可存在单个不透明层或者多个不透明层的半透明区域；该区域可包括光孔。 

可以以多种方法设置传感器302。图6描述了一种定位传感器302的方式。在特别实施例中，传感器组件300在白板角区域通常至少包括四个传感器302。优选地，可采用全部六个或者更多传感器302，该数字可辅助梯形校正。本领域技术人员将理解，采用的传感器越多则该校准越准确。可将传感器302置于白板周围的不同位置。 

优选实施例中，传感器302是光纤375的接收端，该光纤承载接收数据至光电传感器(例如将光纤连至光电传感器)。光纤375可轻轻按入泡沫垫120以保证平滑层。光纤375还可涂敷遮光涂层优选为黑印度墨以减少泄漏的量。例如，该黑印度墨防止光进入光纤375内的空间并沿长度入射至光纤内、同时防止泄漏至光纤375中。 

本发明的一个实施例中，传感器302不是光纤的切削端而是发光二极管(LEDs)、或者光电二极管，同时使得校准过程反向。即，虽然在一种模式中传感器302设计为接收投影图350，其被测量并提供合适的对准数据；但是在另一种模式中该过程可反向从而LEDs发出射线，优选为光，因此如果必要，可以容易地看到并映射电子白板100感应顶层下的传感器位置230，这一点在制造环境中特别有用。另外，如果白板100或者白板电路发生损坏，则可将已知位置230的坐标存储在存储设备上以安全保护。尽管可精确知道每个传感器的位置，但是可将传感器302随机安排在白板100中。可应用一种算法以根据例如白板几何特性确定传感器302的随机设置或者以光学布置提供最优传感器数的其它传感器位置。根据该算法可确定随机放置的传感器。 

沿白板100长度方向水平的基本上水平传感器315可用作确定显示图像250是否投影至白板100上的总探测器。通常，传感器315可用于确定靠近白板的光线级别是否变化。因为显示图像315可能不适合白板100的总长度和宽度，所以该水平长传感器315可用于尽可能大地探测宽范围图像尺寸和方位上的显示图像250。特别实施例中，水平长传感器315为光纤。而且，因为所携带信号为通过光纤侧壁泄漏的光能，所以水平长光纤 315不涂敷也不以别的方式屏蔽。 

图7描述了本发明具有单根光纤的实施例，光纤提供整个传感器组件。可如所示出地或者以相似的设置将光纤379放置在白板100内或者白板100上。因为整个光纤379对光敏感，所以单光纤实施例允许光漏入光纤379。该光纤379的布局设置为光学采集投影图350。如所示出的，光纤379的垂直部分具有转向。该转向从垂直敷设到垂直敷设不同。该结构使得光纤379解决了哪个垂直敷设上具有光强度。另一方面，水平转向特别是该结构中心的转向可以是垂直转向的检测点。这一点有助于具有电子基础校正能力的投影设备200。因为仅仅采用一根光纤379，所以和多光纤/传感器解决方案相比该结构的一个优点为其提供了一种低成本解决方案。 

图8描述了可从每个传感器302采集传感器数据的校准模块(处理器)。在优选实施例中，经过数模(A/D)转换后的传感器数据量化为零并且每个传感器上光线量的数据表示中一位。投影光线强度阈值可以是已知的周围光线水平以使其可能实现。一个好处在于该二进制强度读数对周围背景照明较不感应。尽管应当理解可在连续数值范围上测量该强度。这里所描述各种部件之间的连接可以有线或者无线。该校准模块可以是个人计算机或者膝上型电脑150、或者可嵌入白板100内。 

该校准模块还可产生并发送投影图350。一个实施例中，投影图350可以是至投影设备200的一组校准图402和404。下面更详细地描述该图。将校准图402和404投影至显示表面110和白板100的已知位置230。 

可连续投影一组校准图402和404。该图向检测位置230发送唯一序列的光能。传感器302采集被编码以确定位置230相对于显示图像250坐标数据的传感器数据。该图可以是浅色和深色图案。 

优选的校准图402和404基于一系列在1953年3月颁给Gray的美国专利号2,632,058中所描述的二进制编码掩膜。其现在称为“Gray代码”。通常在机械位置编码器中使用Gray代码。一个好处在于Gray代码可探测仅仅影响一位的位置轻微变化。采用常规的二进制代码可改变n位，并且轻微的传感器组件之间的未对准可造成非常不准确的读数。Gray代码没有该问题。因为更精细地分割垂直空间，所以第一组表示为A、B、C、D、 E的五级示出了每个随后图案与前面图案之间的关系。该五个级别与右边五对图像(表示为A、B、C、D、E)的每一对相关。每对图像示出如何将编码系统用于划分图像平面的水平轴和垂直轴。该细分过程继续下去直到每位尺寸小于投影仪像素的分辨率。应当注意，可采用其它图案例如该图案可以是Gray正弦曲线。 

当以预定顺序投影时，校准图402和404向每个位置230发送唯一的光能图。该图区分位置230的像素间定位，但仅仅需要[log₂(n)]图，这里n为投影图像中多个像素显示图像250的宽度或高度。 

将原始强度值转换为对应该组图每个位置上出现或者消失光[0，1]的二进制数字序列。该位序列然后合适解码为对应每个位置坐标输出图像中像素的水平和垂直坐标。 

校准图的数量与位置及其坐标数无关。白板100可包括任意数量的检测位置。因为该检测位置固定至表面，所以大大简化了计算。实际上，可在几秒或者更短的时间内进行整个校准。 

可选择地，校准图可以是图像对，一个紧接着其补偿反面或者相反，和密码图一样，使得该图对肉眼完全不可见。其还具有光强测量值可差别减小周围背景光线作用的优点。 

图9描述了作为印刷电路板380的传感器组件300终点的优选实施例。该实施例中的电路板380为传感器组件300/白板100和计算机150后面的连接点。 

优选实施例中，白板100包括多条剪切光纤，剪切点为已知位置230的特别传感器302。该光纤因此在已知位置230的光纤接收端开始，并在印刷电路板380结束。 

可处理光纤375的任一端以影响其如何向光电传感器385中传送能量。优选的对光纤375端部处理的方法为简单切削垂直于光纤375长度的光纤375端部。但是，本领域技术人员可知，存在光纤375端部终止的其它方式。其它方式包括：将端部削尖为点(和削铅笔类似)、将棱镜放在端部以将光反射至光纤的特别入口点、以某角度夹注端部(即大约45°)、以及向端部添加物质以放大端部(例如清亮的聚合物)及其它。这些方法可 改进从光纤375端部发射光的方法。 

自然地，该光纤具有两端——在已知位置230终止的第一端376；以及在印刷电路板100终止的第二端377。特别的实施例中，可将该光纤375置于白板100内。该实施例中，光纤376的第一端将处于层112和116后的已知位置230。光纤377的第二端将连至印刷电路板380。白板100内的第一端376可接收在显示器表面110上显示的射线即光。该光传播通过显示表面110。然后，其传播通过顶层112和底层116。该光然后预定光纤的第一端376并在光纤375内反射。因为光纤375可允许另外的光沿光纤375长度泄漏，所以涂敷光纤375可尽量减少进入该路径光线的量。涂敷光纤375的优选实施例包括完全用黑墨或者相似的遮光物质覆盖光纤。因为接收和发射光，所以光纤375的第一端376和第二端377显然不被涂敷。当光在光纤375的整个长度上反射时，该光最终在印刷电路板380或者光纤375的第二端377终止。 

印刷电路板380可具有光电传感器385、光电探测器、或者其它光检测设备。印刷电路板380还可包括运行电子白板100所需要的电路。可选择地，该电路可与连至光电传感器385的印刷电路板分开。光纤375的末端连至光电传感器385。该光电传感器385可包括光电晶体管、光电二极管、或者其它光检测设备。该光电传感器385可确定通过光纤375的光特性。然后，可连至处理器的光电传感器385可处理读数特征并提供在光纤375远端出现的光强数字读数。 

另外，数模转换器(A/D)(未示出)可用于执行多项功能。例如，相同的A/D转换器可用于进行光纤模拟电压探测以及白板上触摸位置定位。 

图10描述了说明校准白板100程序900的逻辑流程。程序900在905开始，其中提供投影图350。该投影图350可包括投影红外线光束、显示浅色和深色图案、产生噪声或者其它形式的辐射能量。 

投影设备200可提供投影图350。该投影图350通常投影至传感器组件300。传感器组件300检测从显示器获得或者接收的信息。基于传感器组件所获得的数据或者信息，校准从投影设备200投射的显示图像250。 

一个实施例中，可以以忽略某些传感器302的方法实施传感器组件300。例如，如果一个传感器302未接收光，则可忽略其并对剩余的传感器组件300进行评估。 

特别实施例中，可将传感器组件300容纳在白板100内或者白板100上。该实施例中，显示图像250可直接投影至待检测白板100白板表面110上。 

特别实施例中，传感器组件300容纳在白板100内并由投影设备200投影显示图像250。因此，投影设备200像白板100的白板表面110投射投影图350。传感器组件300检测从该图获得的信息。计算该信息并分析其特征。然后在白板表面上适当校准显示图像250。 

一个实施例中，在投影设备200和从处理设备150发出的信号之间存在时间延迟。例如，其可存在于无线连接中。可通过采集显示图像150的像素缓解这一点。通过评估像素强度，以及传送显示图像的时间点，可评估是否存在时间延迟。 

接下来，在910，从投影显示器200检测获得或者收集的信息。该传感器组件300执行该功能。在优选实施例中包括光电传感器的传感器302检测投影图350。 

光电传感器基于所检测光量自动调整电流输出级。可将Gray图或者投影图350投射至白板100的表面110。可位于白板100底层116后面的传感器376的第一接收端接收投影图376的强度。该投影图强度从光纤375的第一端376经光纤375发送至光纤375的第二端377。投影图将光能的唯一序列发送至已知位置230。 

因为光纤375的第二端377在光电传感器385中终止，光电传感器385连至印刷电路板380和微处理器390，所以从光纤375采集的图案或者传感器数据特征可被解码。可解码该传感器数据以确定已知位置230的坐标数据。将坐标数据用于校准白板100上显示图像250的位置并因此产生校准显示图像250。该坐标数据还可用于计算变形函数；该变形函数然后用于变形图像以产生校准的显示图像250。 

最后，在915，在白板100上校准显示器。该校准显示图像250于白 板100表面110上的显示区域对准。 

图11描述了说明校准白板100程序1000的逻辑流程。程序1000在1005开始，其中提供目标表面。该目标表面可以是包括表面110的白板100。目标表面可具有感应目标表面。例如，以白板100作为目标表面，顶层112和表面110用作感应顶部表面，而底层116用作底部表面。 

在1010，可提供多个传感器302。传感器302可以是光学传感器、光电传感器、光电晶体管、光电二极管等等。另外，传感器组件可位于白板100内或者白板100上。在优选实施例中，传感器302位于顶层112和底层116后面。可藏匿传感器302使其不可见。 

传感器302另外还对房间光线或者其它潜在干涉能量的频率采样。可在作为干涉时间周期倍数的时间周期上更有效地过滤干涉信号。可组合过滤器以拒绝干涉信号，可通过改变集成时间周期实现这一点。该采用可帮助确定在白板100的表面110上所检测光强以及整个房间内光强的频率差。 

在1015，从投影设备200投射投影图350。该投影图350可以是已知的图案。该已知图案包括Gray-代码图。该图案提供必要条件以开始校准。 

在1020，传感器302检测投影图350的射线强度。因为投影图350是循环的，所以传感器300识别光图案并且该连接的微处理器390开始计算校准图像的方法。 

在1025，使传感器302的强度相互关联以确定校准所需要的对应关系。强度——浅色或深色、或者黑色或白色——对应二进制数。例如，如果有黑色光，则记录“0”。相反，如果有白色光，则记录“1”。通过计算二进制数，因为传感器位置已知并且其应当接收的强度量也已知，所以可校准该图像。一旦校准了图像，则该过程结束。校准结束以音频调表示。 

虽然以优选形式公开了本发明，但是本领域技术人员可清楚可在其中进行各种更改、增加、和删除而不偏离在下面权利要求中所列举的本发明及其等价物的实质和范围。 

Claims (18)

1.一种用于跟踪系统的校准方法，该方法包括：

将一系列的预定图案投射至白板表面；

当投射在白板表面上时探测预定图案的位置数据，所述探测是通过传感器组件进行的，所述传感器组件只包括单条光纤，该光纤按照已知布置在所述白板内或白板上延伸，从而沿光纤检测光；

根据位置数据计算映射函数以将白板表面上的坐标转换为投射坐标；及

调整投影设备投射到白板表面的显示图像，其中，利用映射函数校准调整后的显示图像以对准白板表面，

其中，整个所述光纤对光敏感，从而光被允许漏入所述光纤；所述光纤的垂直部分具有转向，所述转向从垂直敷设到垂直敷设不同，以使得所述光纤能够探测到哪个垂直敷设上具有光强度。

2.如权利要求1所述的方法，其中由投影设备完成将所述系列的预定图案投射至白板表面的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，所述白板表面为电子白板的表面。

4.如权利要求1所述的方法，其中预定图案包括一系列浅色和深色图案，并且传感器组件被配置为探测光强。

5.如权利要求1所述的方法，白板表面是包括半透明顶层的白板的一部分。

6.如权利要求5所述的方法，其中该半透明顶层包括氧化铟锡。

7.如权利要求1所述的方法，传感器组件位于白板表面之后。

8.如权利要求3所述的方法，还包括对干涉能量频率采样。

9.如权利要求8所述的方法，还包括过滤干涉能量。

10.一种用于跟踪系统的校准方法，包括：(i)提供具有显示面的跟踪系统；(ii)提供处理器；(iii)提供与该处理器连系的投影设备；(iv)启动校准过程；以及(v)进行显示面和处理器之间位置的校准；其改进之处包括：

在用户不与显示面的跟踪系统直接互动的情况下启动校准过程；

将投影图显示在显示面上；

使用传感器组件探测显示面上的投影图，所述传感器组件只包括单条光纤，该光纤按照已知布置在所述白板内或白板上延伸，从而沿光纤检测光；以及

在没有主持人互动的情况下完成校准过程从开始到结束，

其中，整个所述光纤对光敏感，从而光被允许漏入所述光纤；所述光纤的垂直部分具有转向，所述转向从垂直敷设到垂直敷设不同，以使得所述光纤能够探测到哪个垂直敷设上具有光强度。

11.如权利要求10所述的校准方法，自动进行启动该校准过程从开始到结束。

12.如权利要求10所述的校准方法，主持人不触摸显示面即可进行启动该校准过程直到结束。

13.如权利要求10所述的校准方法，启动校准过程以从开始到结束包括：

使用传感器组件检测显示面上的投影图的光强，所述传感器组件只包括单条光纤，所述光纤布置在显示面内或显示面上，其中来自投影图的光泄漏进入光纤以光学采集投影图；

其中，采用检测到的投影图的光强来进行校准显示面和处理器之间位置。

14.如权利要求13所述的校准方法，其中由投影设备完成在至少一部分显示面上显示投影图。

15.如权利要求13所述的校准方法，其中该投影图包括一系列浅色和深色图案。

16.如权利要求13所述的校准方法，其中该投影图随时间变化。

17.如权利要求13所述的校准方法，其中该显示面是电子白板的表面。

18.如权利要求17所述的校准方法，其中该白板包括氧化铟锡。

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