CN101364151A - 位置检测装置 - Google Patents

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CN101364151A CNA200810092174XA CN200810092174A CN101364151A CN 101364151 A CN101364151 A CN 101364151A CN A200810092174X A CNA200810092174X A CN A200810092174XA CN 200810092174 A CN200810092174 A CN 200810092174A CN 101364151 A CN101364151 A CN 101364151A
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Abstract

本发明提供一种位置检测装置，该位置检测装置通过识别多个指示体的位置信息来将用户和指示体对应起来，可由多位用户同时使用。作为解决手段，本发明的位置检测装置的特征在于，该位置检测装置具有：背投(1)，其投影影像；投影屏幕(3)，其显示从背投(1)投影的影像；摄像单元(4)，其配置于背投(1)附近，从投影屏幕(3)的背面拍摄从指示体(10、20)发出的光；以及坐标运算处理单元(5b)，其对由摄像单元(4)拍摄到的影像进行分析，检测指示体(10、20)在光的检测区域中的二维位置。

Description

位置检测装置
技术领域
本发明涉及多位用户可同时使用的位置检测装置。
背景技术
在现有的安装在显示台上的光学式位置检测装置中，显示画面的表面部安装有透明的输入面板，输入面板表面的一侧设置有光传感器单元。光传感器单元分别设置于画面显示装置上方的两端，在距输入面板预定距离的平行平面内投射扫描光或对扫描光进行感光。并且，输入面板的周围设置有递归反射(再
Figure A200810092174D0004133659QIETU
反射)部件，该递归反射部件对从光传感器单元投射的光线进行递归反射。而且，通过用手指或专用笔指示显示画面上的一点来指示坐标位置，利用光传感器单元所感光的递归反射光，通过图像处理单元进行分析，从而能够计算出所指示的坐标位置(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2004-5171号公报
在专利文献1中记载的位置检测装置中，可以进行单个用户的识别，但存在如下问题：当多位用户进行利用时，不能对多位用户进行识别。
发明内容
本发明就是为了解决这些问题而提出的，其目的在于，提供一种位置检测装置，该位置检测装置通过识别多个指示体的位置信息，将用户和指示体对应起来，从而能够使多位用户同时使用。
为了解决上述问题，本发明的位置检测装置的特征在于，所述位置检测装置具备：背投(Rear Projector)，其用于投影影像；投影屏幕，其显示从背投投影的影像；摄像单元，其从投影屏幕的背面拍摄从指示体发出的光，该指示体从投影屏幕的前面发出光以进行指示；以及坐标运算处理单元，其对由摄像单元拍摄到的影像进行分析，检测指示体的光在检测区域中的二维位置。
本发明如第一方面所述：背投投影影像；投影屏幕显示从背投投影的影像；摄像单元配置于背投附近，从投影屏幕的背面拍摄从指示体发出的光；坐标运算处理单元对由摄像单元拍摄到的影像进行分析，检测指示体的光在检测区域中的二维位置，所以能够提供通过识别多个指示体的位置信息来将用户和指示体对应起来，使得多位用户可同时使用的位置检测装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的位置检测装置的结构图。
图2是示出本发明的实施方式1的摄像图像的一例的图。
图3是示出本发明的实施方式1的坐标运算的一例的图。
图4是本发明的实施方式1的指示体的结构图。
图5是示出本发明的实施方式1的投影方法的一例的图。
图6是示出本发明的实施方式1的投影方法的一例的图。
图7是示出本发明的实施方式1的投影方法的一例的图。
图8是本发明的实施方式2的位置检测装置的结构图。
图9是本发明的实施方式2的位置检测装置的结构图。
图10是本发明的实施方式2的指示体的结构图。
图11是示出本发明的实施方式2的摄像图像的一例的图。
图12是本发明的实施方式2的指示体的结构的一例的图。
图13是本发明的实施方式3的位置检测装置的结构图。
图14是示出本发明的实施方式4的位置检测装置的动作的图。
具体实施方式
下面根据附图对本发明的实施方式进行说明。
(实施方式1)
图1是本发明的实施方式1的位置检测装置的结构图。在本发明的实施方式1中说明将RGB发光二极管用作指示体的光源、识别2个指示体的方法。
如图1所示，具有投影镜头7的投影仪1将从计算机2发送来的影像投影到投影屏幕3上。第一指示体10和第二指示体20中分别内置有红、蓝、绿3种颜色的发光二极管，从投影屏幕3的前面发出光以进行指示。例如，第一指示体10仅将红色发光二极管设定为导通，发出红色光，第二指示体20仅将绿色发光二极管设定为导通，发出绿色光。摄像机4(摄像单元)与投影仪1接近配置，从投影屏幕3的背面拍摄包括投影仪1的投影影像的范围。即，从投影屏幕3的背面拍摄从第一指示体10和第二指示体20发出的光。图2是示出本发明的实施方式的摄像机4的摄像图像的一例的图。由图2可知，可以得到从第一指示体10发出的红色光点、以及从第二指示体20发出的绿色光点。
对于图1所示的位置检测装置中的投影仪1与摄像机4之间的配置位置，原本只要将投影镜头7和摄像机4配置在投影屏幕3的中心轴上即可，但为了利用摄像机4拍摄从投影仪1投影并在投影屏幕3上显示的图像，这样配置会导致投影仪1和摄像机4之间发生物理干涉。因此，将投影仪1配置在投影屏幕3的大致中心轴上，将摄像机4配置在投影仪1的大致前后方向、且处于如下的范围内：即能够避免投影仪1及摄像机4的各自的视场角在投影仪1的投影范围与摄像机4主体之间的干涉、或在摄像机4的摄影范围与投影仪1主体之间的干涉的范围。
由于投影仪1和摄像机4之间配置的限制，需要使摄像机4的摄影范围大于必要范围。但是，这导致摄像机4中产生不必要的摄影范围，不能最大限度地利用摄像机4的有效像素。因此，为了最大限度地利用摄像机4的有效像素(将摄像机4中的不必要的摄影范围设为最小限度)，需要适当地组合来自投影仪1的投影图像纵横尺寸比与摄像机4的设备纵横尺寸比之间的关系。例如，当投影仪1的纵横尺寸比为大致16:9时，将摄像机4的纵横尺寸比设为大致4:3，当投影仪1的纵横尺寸比为大致4:3时，将摄像机4的纵横尺寸比设为大致5:4，从而可以将摄像机4的分辨率的劣化抑制在最低限度。并且，在将摄像机4配置于投影仪1的大致前后方向的情况下，通过使用偏心系摄像机，能够将摄像机4的设备纵横尺寸比设定为与来自投影仪1的投影图像纵横尺寸比大致相同，能够有效利用摄像机4的分辨率。
利用摄像机4拍摄到的影像信号被输入到颜色识别电路5a，从颜色识别电路5a输出的信号被输入到坐标运算处理电路5b(坐标运算处理单元)。坐标运算处理电路5b检测由摄像机4拍摄到的从第一指示体10和第二指示体20发出的2个光点的二维坐标位置。图3是示出本发明的实施方式1的坐标运算的一例的图。图3(a)示出从摄像机4输出的水平同步信号。图3(b)仅示出摄像机4输出的红色信号。根据图3(a)和图3(b)求出从水平同步信号的基准位置到第一指示体10的发光色即红色信号所在的位置的时间，从而能够确定第一指示体10在水平方向上的位置。图3(c)示出从摄像机4输出的垂直同步信号。图3(d)仅示出从摄像机4输出的红色信号。根据图3(c)和图3(d)求出从垂直同步信号的基准位置到第一指示体10的发光色即红色信号所在的位置的时间，从而能够确定第一指示体10在垂直方向上的位置。通过以上的运算，可以确定第一指示体10的二维位置。并且，能够采用相同的方法确定第二指示体20的位置。这样，即使存在2个指示体，也可以分别检测出各个指示体。
另外，本发明的实施方式中的指示体内置有红、蓝、绿3种颜色的发光二极管，通过选择从指示体发出的光的颜色，基本上来讲颜色的组合无限，但为了提高检测精度，优选使用红、蓝、绿、青(cyan)、品红、黄、白等。并且，当由于屏幕3在自重方向上的弯曲导致二维位置坐标的检测精度上出现问题时，通过在屏幕3下侧配置防弯曲部件6(参照图8、9、13)，可以确定指示体的准确的二维位置坐标。
此外，有时摄像机4不能对无用光和来自指示体10、20的光进行识别，该无用光是由从投影仪1投影到屏幕3上的影像在屏幕3或防弯曲部件6的入射面侧进行反射而产生的。因此，需要在屏幕3或防弯曲部件6的入射面侧实施某种防反射措施。而且，为了防止使指示体10、20在屏幕3上自由移动位置时指示体10、20与屏幕3之间的接触导致的屏幕3的破损、污垢、轻微伤痕等，在屏幕3的上表面形成耐摩擦性、强度高、且能够减少并扩散外光映入的材料时，效果更佳。
图4是本发明的实施方式1的指示体的结构图。如图4所示，指示体由电源30、设定发光色的开关31、驱动发光二极管的驱动器32、3色发光二极管33、将从发光二极管发出的光高效输出的透镜34、以及收容这些结构部件的框体35构成。另外，虽然本实施方式中的指示体上没有设置电源开关，但具备仅在将指示体按压到屏幕3上时电源接通的功能，从而能够防止电池消耗。
从坐标运算处理电路5b输出的各个指示体的位置信息分别经由LAN、USB等外部I/F 16输入到计算机2。计算机2使用所输入的识别信息和位置信息来控制安装于计算机2内部的应用软件的动作。
另外，不仅是识别信息和位置信息，而且可以将指示体进行的按压或改变可见光(非可见光)的照射面积等而产生的信息输入到计算机2。
在限定了用户数量的情况下，例如若为2人，则只要是2色发光二极管即可，摄像机4也可以不使用1个彩色摄像机，而使用2个黑白摄像机，将仅可使分配给各指示体的颜色通过的滤光器设置在各摄像机前部，从而能够抑制费用。
关于投影仪1和摄像机4的设置方法，包括图5所示的方法，将摄像机4设置在投影屏幕3的大致中心轴上，将投影仪1设置在投影屏幕3的大致中心轴的大致前后左右方向，向投影屏幕3进行偏心投影。此外，还包括图6所示的方法，将摄像机4设置在投影屏幕3的大致中心轴上，将投影仪1设置在投影屏幕3的大致中心轴的大致前后左右方向，向投影屏幕3进行标准投影(无偏心投影)且进行过扫描(Over-scanning)投影，仅在投影屏幕3上显示影像。这种设置方法也具有与上述相同的效果。
图7是将投影仪1配置在使影像显示部观察者51能够看到更加明亮的影像的位置上的图。如图7所示，影像显示部观察者51(观众)从位于从投影屏幕3的中心轴向左右方向偏离的位置观看影像时，与在投影屏幕3的中心轴上设置投影仪1b的情况相比，设置在投影仪1a的位置时，影像显示部观察者51可以看到明亮的影像。即，投影仪1a从投影屏幕3的中心轴偏离配置，使得所投影的影像的光轴朝向影像显示部观察者51。
在本实施方式中，独立配置投影仪1和摄像机4，但为了将投影仪1和摄像机4设置在投影屏幕3的中心轴上且避免投影仪1和摄像机4之间的物理干涉，可将摄像机4内置于投影仪1中。
由此，使用从设置于指示体中的发光二极管发出的光来检测指示体的位置信息，不仅能够确定指示体的位置，还能够确定用户所使用的指示体。因此，即使在多位用户同时使用各个指示体的情况下，也能够准确地掌握指示体的信息。
<实施方式2>
本实施方式的特征在于，作为指示体的光源，使用波长不同的多个非可见光二极管。其他结构以及动作依照实施方式1。
图8和图9是本发明的实施方式2的位置检测装置的结构图。如图8和图9所示，摄像机8和摄像机9与投影仪1接近配置，从投影屏幕3背面拍摄包括投影仪1的投影影像的范围。摄像机8和摄像机9中分别具备仅使分别分配给第一指示体10和第二指示体20的波长通过的滤光器81和滤光器91，由此可以减少从投影仪1投影的影像被投影屏幕3反射而产生的无用光或外光等的影响，可以仅检测从特定的指示体发出的非可见光。因此，无需像实施方式1中所述那样在屏幕3或防弯曲部件6的入射面侧形成防反射的材料。
图10是本发明的实施方式2的指示体的结构图。图10所示的指示体除了非可见光发光二极管36之外，其余结构与实施方式1中使用的指示体相同。第一指示体10和第二指示体20中内置有任意选择的2种不同波长的非可见光(假设为1、2)的发光二极管，例如仅将第一指示体10的非可见光1的二极管导通而使其发光时，第二指示体20中仅将非可见光2的二极管导通使其发光。另外，在增加指示体数量的情况下，需要内置以不同于上述的波长发光的非可见光的发光二极管，同时需要根据指示体的增加数量来增加摄像机和滤光器的数量。
图11是示出由摄像机8拍摄到的摄像图像的一例的图。如图11所示，通过摄像机8拍摄从第一指示体10发出的非可见光82的点、从第二指示体20发出的非可见光92的点、从投影仪1投影到投影屏幕3的影像反射产生的无用光102的点。但是，实际上在摄像机8的前面部设有滤光器81，所以在图11中仅拍摄非可见光82的点。
图12是示出本发明的实施方式2的指示体的结构的一例的图。如图12所示，通过在指示体中内置分别与多个非可见光用发光二极管11对应的多个可见光用发光二极管12，从而能够可视地确认与所选择的非可见光发光二极管对应的可见光发光二极管，所以用户可以瞬间确认使用中的指示体的种类。另外，可以用一个白色发光二极管替代多个可见光用发光二极管12。
并且，在本实施方式中配置了与指示体数量对应的摄像机，但在用户数量被限定时，例如若为3人以下，则配置一个3CCD(或3CMOS)摄像机，使摄像机内置的颜色分离模块的滤光特性对应于3种非可见光，从而可形成简单的结构。
根据以上结构，使用从设于指示体的非可见光的发光二极管发出的光来检测指示体的位置信息，不仅可以确定指示体的位置，而且还可以确定用户所使用的指示体。因此，即使在多位用户同时使用各个指示体的情况下，也能够准确地掌握指示体的信息。并且，摄像机具备仅使特定的波长透过的滤光器，所以能够去除从投影仪1投影到投影屏幕3的影像反射所产生的无用光或外光等。
(实施方式3)
本实施方式的特征在于，通过使用折叠反射镜13来简化投影仪1和摄像机4之间的配置关系。并且，指示体的光源使用非可见光发光二极管。对于其他结构和动作依照实施方式1和实施方式2。
图13是本发明的实施方式3的位置检测装置的结构图。如图13所示，通过使用仅反射可见光而使非可见光透过的折叠反射镜13，将从投影仪1投影的影像在投影屏幕3上显示，从第一指示体10和第二指示体20发出的非可见光透过折叠反射镜13，被摄像机4拍摄。通过这样设定投影仪1与摄像机4之间的位置关系，可以将投影仪1的投影镜头7和摄像机4配置在投影屏幕3的大致中心轴上。因此，能够通过比较简易的校正功能来实现确定指示体的准确的二维位置坐标时所需的、校正由摄像机4的镜头引起的变形的功能。
另外，本实施方式中使用了仅反射可见光而使非可见光透过的折叠反射镜13，但使用仅反射非可见光而使可见光透过的折叠反射镜，也能发挥同样的效果。
根据以上结构，使用折叠反射镜13来简化位置检测装置的结构，并且可以使投影仪1的投影图像纵横尺寸比与摄像机4的设备纵横尺寸比大致相同，能够有效利用摄像机4的分辨率。
(实施方式4)
在本实施方式中，识别从投影仪1投影到投影屏幕3上的影像反射产生的无用光和从指示体发出的光的方法与实施方式1中说明的形成防反射材料的方法有所不同，其特征在于，分别对投影仪1的影像输出定时和识别摄像机4的指示体的定时进行控制。其他结构和动作依照实施方式1。
图14是示出本发明的实施方式4的位置检测装置的动作的图。如图14所示，投影仪1的影像输出是以时分方式输出RGB这3色，摄像机4使识别第一指示体10和第二指示体20的定时与投影仪1的影像输出的定时一致，从而可以识别无用光和从指示体发出的光。例如，在投影仪1输出红色(R)的定时，利用来自指示体的光识别不包括红色(R)成分的蓝色(B)、绿色(G)、青色(C)，在投影仪1输出蓝色(B)的定时，利用来自指示体的光识别不包括蓝色(B)成分的红色(R)、绿色(G)、黄色(Y)。
另外，投影仪1的光源为直流驱动的灯等、在没有对灯设定关闭定时的情况下，可以任意设定关闭定时。并且，即使不是灯，也可以通过对影像设置关闭定时，从而得到相同的效果。
由以上可知，能够准确地识别从投影仪1输出的颜色以外的颜色，从而可以准确地区分从投影仪1投影到投影屏幕3的影像反射所产生的无用光和从指示体发出的光。此外，在投影仪1的光源的交流驱动灯关闭的定时识别指示体，从而能够完全排除无用光的影响。

Claims (15)

1.一种位置检测装置，其特征在于，所述位置检测装置具有：
背投，其投影影像；
投影屏幕，其显示从所述背投投影的影像；
摄像单元，其从所述投影屏幕的背面拍摄从指示体发出的光，该指示体从所述投影屏幕的前面发出光以进行指示；以及
坐标运算处理单元，其对由所述摄像单元拍摄到的影像进行分析，检测所述指示体的光在检测区域中的二维位置。
2.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述位置检测装置具备多个所述指示体，检测多个所述指示体的光在各个所述检测区域中的二维位置。
3.根据权利要求2所述的位置检测装置，其特征在于，作为所述检测区域中包含的信息，检测多个所述指示体的位置信息和识别信息之外的信息。
4.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述位置检测装置还具有防止所述投影屏幕弯曲的部件，对所述防弯曲部件的来自所述背投的光的入射面实施防止光反射的处理。
5.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述摄像单元为偏心系摄像单元，配置在所述背投附近且不与背投发生干涉，所述背投配置在所述投影屏幕的大致中心轴上。
6.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述摄像单元拍摄比实际需要的摄影范围广的范围，并配置在所述背投附近且不与背投发生干涉，所述背投配置在所述投影屏幕的大致中心轴上。
7.根据权利要求6所述的位置检测装置，其特征在于，通过适当地组合所述背投及所述摄像单元各自的纵横尺寸比，从而将所述摄像单元的不必要的摄影范围设为最小限度。
8.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述背投偏离所述投影屏幕的中心轴配置，使得所投影的影像的光轴朝向观众。
9.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述摄像单元是与所述指示体的数量对应的多个黑白式摄像单元，所述摄像单元具有滤光器，该滤光器仅使与各所述指示体对应的特定波长透过。
10.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述指示体的光源是非可见光。
11.根据权利要求10所述的位置检测装置，其特征在于，在所述指示体内内置有与从所述指示体发出的所述非可见光对应的可见光的光源。
12.根据权利要求10所述的位置检测装置，其特征在于，所述位置检测装置还具有折叠反射镜，该折叠反射镜反射可见光，而使非可见光透过。
13.根据权利要求10所述的位置检测装置，其特征在于，所述位置检测装置还具有折叠反射镜，该折叠反射镜反射非可见光，而使可见光透过。
14.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，所述摄像单元内置于所述背投中。
15.根据权利要求1所述的位置检测装置，其特征在于，分别对所述背投的影像输出定时和所述摄像单元的摄像定时进行控制，区别从所述背投投影的影像的光和从所述指示体发出的光。
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