CN101727205B - 以移动向量在微小点阵图上确定坐标的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以移动向量在微小点阵图上确定坐标的方法。在使用者手持光学扫描装置扫描显示媒介上的微小点阵图时，先行根据微小点阵图的解码方式计算目前对应于光学扫描装置的画面中心的坐标，并再根据光学扫描装置在不同时间点所扫描到不同画面的差异来计算对应的移动向量，以在任意时间点计算出画面中心在显示媒介上的位置。如此一来，可以通过移动向量较小的计算量来避免频繁解码所带来的庞大计算量。通过进一步在固定或可变的时间间隔中对画面中心进行所在坐标进行解码，可以即时地修正显示媒介的震动所带来的误差，并确保画面中心在任何时间点被计算出的位置不会产生累积误差。

Description

以移动向量在微小点阵图上确定坐标的方法

技术领域

本发明揭露一种在微小点阵图上确定坐标的方法，尤指一种根据移动向量在微小点阵图上确定坐标的方法。

背景技术

请参阅图1，其为一种以手写方式操控光学扫描装置来扫描描绘有微小点阵图(Micro Dotmap)的显示媒介，以在屏幕上显示对应于该光学扫描装置在该显示媒介上移动的轨迹的示意图。并请参阅图2，其为以图1所示的光学扫描装置扫描图1所示的显示媒介时所得到的一画面的示意图。如图1所示，一显示媒介104上描绘有一微小点阵图，其中该微小点阵图上所描绘的微小点(Microdot)根据特定的编码方式来描绘。当使用者手持一光学扫描装置106扫描显示媒介104上所描绘的该微小点阵图时，光学扫描装置106在显示媒介104上所扫瞄到的一画面(Frame)120会传送至一屏幕102，以在屏幕102上显示使用者手持光学扫描装置106在显示媒介104上的位置。如图2所示，在图1上所扫瞄到的画面120涵盖有多个编码方块122。每一编码方块122中绘示有多个具有不同特征的微小码128，且每一编码方块122被分割为一标头区域124与一资料区域126。标头区域124用来使包含其本身的编码方块122可被辨识，因此如图2所示，每一编码方块122的标头区域124所包含的多个微小码128的组合方式与排列方式皆相同。每一资料区域126所包含的多个微小码128以特定的编码方式进行编码，以表示包含该资料区域126本身的编码方块122在显示媒介104上的坐标，其中该标码方式表现于每一资料区域126的多个微小码128的组合方式与排列方式上。如图2所示，每一编码方块122在显示媒介104上具有不同的坐标(x，y)、(x+1，y)、(x，y+1)、(x+1，y+1)等，且这些坐标可经由直接对每一编码方块122的资料区域126所包含的多个微小码128进行对应上述编码方式的解码程序得到。当光学扫描装置106扫描到画面120时，会先根据标头区域124辨识出各编码方块122的范围，接着会再对每一编码方块122的资料区域126中包含的多个微小码128解码，以得到每一编码方块122在显示媒介104上所坐落的坐标。

图1与图2所述的技术主要应用于类似点字板的装置。使用者可通过手持光学扫描装置106在显示媒介104上进行扫描与移动，以对应的对屏幕102进行操作，或是在屏幕102上直接显示使用者手持光学扫描装置106上所进行的移动来使屏幕102充当写字用的白板。其中显示媒介104为一张印制有微小点阵图的纸或是其他亦可印制该微小点阵图的印刷媒介，光学扫描装置106亦可以为一般常见的扫描装置，只要该扫描装置可以辨识出该微小点阵图上的微小点即可。当使用者手持光学扫描装置106时，所扫描到的画面120会直接传送至包含有一处理单元的屏幕102，经过该处理单元对画面120进行上述辨识与解码的处理后，画面120亦同样的在屏幕102上显示目前光学扫描装置106在显示媒介104上的位置。在隔一段很短的时间以后，当使用者手持光学扫描装置106在显示媒介104上移动并进行扫描时，会再撷取另一画面120，并同样的由屏幕102的处理单元进行上述辨识与解码的程序。

然而，在上述的解码程序中，皆是对资料区域126中所包含的多个微小码128进行解码来直接得到画面120所涵盖的编码方块122在显示媒介104上的坐标；若是使用者以相当快速的方式手持光学扫描装置106在显示媒介104上进行扫描与移动时，由于需要随时完整辨识资料区域126中包含的多个微小点128并进行对应的解码程序，因此将会产生相当可观的计算量，并使得屏幕102显示使用者手持光学扫描装置106的移动发生严重的延迟现象。该延迟现象也会对使用者造成相当程度的不便。

发明内容

本发明揭露一种以移动向量在微小点阵图上确定坐标的方法，用于在绘制有微小点阵图的显示媒介上确定目标坐标。该方法包含在显示有一微小点阵图的一第一显示媒介上，根据在一第一时间点时扫描该第一显示媒介所得的一第一画面(Frame)，解码出该第一画面对应于该第一显示媒介上的一第一坐标，其中该第一坐标为该微小点阵图上的一第一编码方块的坐标；在该第一时间点的后的一第二时间点，根据该第一画面与在该第二时间点时扫描该第一显示媒介所得的一第二画面，计算一第一移动向量；及在该第二时间点时，根据该第一坐标与该第一移动向量，确定该第二画面对应于该第一显示媒介上的一第二坐标，其中该第二坐标为该微小点阵图上的一第二编码方块的坐标。

通过本发明所揭露的方法，当使用者手持光学扫描装置在显示媒介上进行移动与扫描时，移动向量所需的计算量相对于现有技术中频繁的对微小点阵图上的编码方块所包含的资料区域进行解码而带来的庞大计算量来说相当的小。因此，也可避免在移动与扫描过程中屏幕显示画面的延迟。

附图说明

图1为一种以手写方式操控光学扫描装置来扫描描绘有微小点阵图的显示媒介，以在屏幕上显示对应于该光学扫描装置在该显示媒介上移动的轨迹的示意图。

图2为以图1所示的光学扫描装置扫描图1所示的显示媒介时所得到的一画面的示意图。

图3为说明本发明中计算移动向量以计算坐标的简要示意图。

图4图示使用者手持图1所示的光学扫描装置在不同时间点的间进行移动的示意图。

图5为说明使用者手持图1所示的光学扫描装置在显示媒介上进行较大范围的移动与扫描时，应用图3所示的方法的示意图。

图6为本发明所揭露以移动向量在微小点阵图上确定目标坐标的方法的流程图。

图7为将图1所示的示意图中使用在液晶显示屏幕上黑底的显示媒介背景与白色的微小点来进行编码的示意图。

附图标号

102  屏幕

104  显示媒介

106  光学扫描装置

120、140画面

122  编码方块

124  标头区域

126  资料区域

128  微小码

210  画面中心

602、604、606、608、610步骤。

具体实施方式

为了解决现有技术中因为解码程序带来大量的计算量而产生的延迟现象，本发明揭露一种以移动向量在微小点阵图上确定坐标的方法，以避免重复的完整辨识资料区域中包含的多个微小码、大幅降低上述解码过程中所带来的庞大计算量、并大幅减缓上述的延迟现象。

本发明所揭露的方法的主要特征在于使用移动向量来随时对应于使用者手持光学扫描装置106在显示媒介104上所进行的移动进行计算。由于计算移动向量是一种计算相对位置的技术，因此在每次使用者手持光学扫描装置106在显示媒介104上拍摄到不同时间点的画面时，不需要重复的对资料区域126中包含的多个微小码128进行辨识并计算画面120所在位置的坐标，而只需要根据一第一时间点时光学扫描装置106扫描显示媒介104的位置、以及该第一时间点与一第二时间点之间的相异画面间产生的移动向量，便可计算出在第二时间点时光学扫描装置106扫描显示媒介104的位置，且所耗费的计算量也会被大幅缩小。

请参阅图3，其为说明本发明中计算移动向量以计算坐标的简要示意图。在图3中，假设使用者在一第一时间点t1手持图1所示的光学扫描装置106扫瞄了图2所示的画面120以后，又继续向右移动，并在一第二时间点t2扫瞄了画面140。请注意，为了明确说明使用者手持光学扫描装置106所移动的轨迹，在图3中以画面中心(Frame Center)210代表光学扫描装置106扫描出画面120与140时的基准点，并以画面中心210在第一时间点t1与第二时间点t2之间移动的轨迹来代表使用者手持光学扫描装置106在第一时间点t1与第二时间点t2之间所移动的轨迹。但是请注意，画面中心210仅为辅助本发明的实施所提出的一种资料结构，因此对于手持光学扫描装置106扫描显示媒介104的使用者而言，画面中心210并不一定是可见或必须的。请注意，为了简化之后的叙述，在显示媒介104上的微小点阵图的坐标视同在显示媒介104上的坐标，且如图3所示，画面140涵盖了在显示媒介104上坐标为(x+2，y)、(x+3，y)、(x+2，y+1)、(x+3，y+1)的多个编码方块122。

请再参阅图4。图4图示使用者手持图1所示的光学扫描装置106在不同时间点之间进行移动的示意图。在图4中，当在第一时间点t1时，使用者手持图1所示的光学扫描装置106扫描显示媒介104而产生了画面120。接着在第一时间点t1到第二时间点t2时，使用者手持光学扫描装置106在显示媒介104上进行了移动，而产生了画面140。

本发明的方法说明如下，并请同时参阅图3与图4。请注意，本发明所揭露的方法假设实施于光学扫描装置106内建的一计算单元中；换言之，本发明所揭露的方法假设由该计算单元实施，但是在本发明的其他实施例中，并未限制将本发明所揭露的方法以该计算单元实施。在第一时间点t1，当使用者手持光学扫描装置106并扫描到如图4所示的画面120时，光学扫描装置106内建的计算单元会先行根据画面120内不同标头区域124的位置，辨识出目前画面中心210所在的编码方块122来，亦即如图3所示具有坐标(x，y)的编码方块122。接着，光学扫描装置106内建的计算单元会对具有坐标(x，y)的编码方块122的资料区域126所包含的多个微小码128进行解码，以计算出坐标(x，y)来。

接着，当由第一时间点t1到第二时间点t2之间，使用者手持光学扫描装置106沿着图3与图4中画面中心210的轨迹进行扫描而扫描到画面140时，光学扫描装置106内建的计算单元会根据画面中心210在第一时间点t1与第二时间点t2之间进行的移动，计算出一对应的移动向量来，而不是如现有技术中辨识出画面中心210目前所在的坐标(x+2，y)。计算该移动向量的方式包含有：(1)对画面120与140进行特征比对，并根据比对结果计算出该移动向量；(2)计算画面120所具有的一组灰阶值(Gray Level)与画面140所具有的一组灰阶值之间的一组灰阶值差，并根据该组灰阶值差来计算出该移动向量；及(3)计算画面120与140之间的一光流(Optical Flow)，并根据该光流计算该移动向量。上述计算移动向量的方式为相关领域技术人员所周知，故不在此详加赘述。

当该计算单元得知第一时间点t1对应的坐标(x，y)与对应于第二时间点t2所计算出来的该移动向量的后，便可计算出画面中心210在第二时间点t2所位处的编码方块122的坐标(x+2，y)来。通过光学扫描装置106的传输，画面102也会显示出对应于画面中心210由坐标(x，y)至(x+2，y)之间的轨迹所产生的移动。本发明相较于现有技术的优点在于，不需要在每一次使用者手持光学扫描装置106在显示媒介104上进行的移动中进行过于频繁的辨识与解码程序，因此也省下了相当可观的计算量，并进而避免了因为负担过高的计算量而造成画面102产生延迟显示的问题。

请再参阅图5，其为说明使用者手持图1所示的光学扫描装置106在显示媒介104上进行较大范围的移动与扫描时，应用图3所示的方法的示意图。如图5所示，当使用者手持光学扫描装置106在显示媒介104上进行较大范围的移动与扫描时，通过不断地计算移动向量，可以持续的模拟画面中心210在不同时间点时，坐落于显示媒介104上的坐标，其中图5所示的具方向性的轨迹可视为多个连续被计算出来的移动向量所产生的集合。然而，由于使用者实际在手持光学扫描装置106在显示媒介104上进行移动时，可能会遇到显示媒介104本身的震动，而使得以移动向量计算得到的坐标发生误差；除此以外，这样的误差在上述大范围的移动与扫描中也会持续的累积，致使画面中心210在显示媒介104上移动的轨迹与屏幕102所显示的画面中心210的移动也会对应的存在有误差。为了防止上述误差的发生，在本发明的一实施例中，光学扫描装置106会在移动中随机或是以一定周期为间隔，对画面中心210所在的编码方块122包含的资料区域126进行解码，以得到画面中心210当时所处的正确坐标，并进而修正上述的累积误差。如此一来，上述画面中心210在显示媒介104上移动的轨迹与屏幕102所显示的画面中心210的移动存在有对应误差的现象也会被消除。请注意，上述光学扫描装置106在移动中随机对资料区域126进行解码指在光学扫描装置106移动时，在某些具有可变时间差的时间点之间，进行解码来计算位于该微小点阵图(或显示媒介104上)的多个坐标的程序。同理，上述光学扫描装置106在移动中以一定周期为间隔对资料区域126进行解码指在光学扫描装置106移动时，以一定的时间间隔进行解码来计算位于该微小点阵图(或显示媒介104上)的多个坐标的程序。请再次参阅图5所示的实施例，画面中心210在移动的期间因为发生了累加误差，因此在图5所示的虚线区域内，根据本发明上述揭露的误差修正方式即时修正了画面中心210的位置，避免了轨迹误差的持续累积。

请参阅图6，其为本发明所揭露的以移动向量在微小点阵图上确定目标坐标的方法的流程图。如图6所示，该方法包含步骤如下：

步骤602：在显示有一微小点阵图的一第一显示媒介上，根据在一第一时间点时在该第一显示媒介上所扫描的一第一画面，解码出该第一画面的一画面中心位于该第一显示媒介上的一第一坐标；

步骤604：在该第一时间点之后的一第二时间点，根据该第一画面与该画面中心在该第二时间点时所对应的一第二画面，计算该画面中心在该第一时间点与该第二时间点之间的移动在该第一显示媒介上所对应的一第一移动向量；

步骤606：在该第二时间点时，根据该第一坐标与该第一移动向量，确定该画面中心在该第一显示媒介上的一第二坐标；

步骤608：根据该第一坐标与该第二坐标，在一第二显示媒介上显示一第三画面；当此时需要对该第二画面解码以检验该第二坐标时，执行步骤610；否则，执行步骤604；及

步骤610：根据对该第二画面解码的结果，检验并更新该画面中心目前位于该第一显示媒介上的坐标。

图6所示的步骤为以上针对本发明所揭露的方法所做的总结。步骤602指在第一时间点t1时，在显示媒介104上根据画面中心210当时对应的画面120进行解码，来计算画面中心210所在的编码方块122的坐标。步骤604指在第二时间点t2时，当画面中心210移动并产生画面140时，根据画面120与140之间的特征差异，亦即上述的特征比对、灰阶值差、或是光流等方式，计算出画面120与140之间的移动向量。步骤606指根据步骤602所得到的坐标与步骤604所计算出的移动向量计算画面中心210在第二时间点t2时所处的编码方块122的坐标。步骤608指根据步骤606所计算出的坐标，在屏幕102上显示对应于画面中心210在第一时间点t1与第二时间点t2之间移动的轨迹。为了避免上述出现累积误差的状况，因此在某些时间点，需要另外对步骤606所计算出的坐标进行检验，其中设定检验时间点的方式即为以上所述的随机方式或固定周期方式。检验的方式即为对画面中心210在第二时间点t2所在的编码方块122包含的资料区域进行解码，以确认在步骤606中计算出的坐标是否正确；若解码所得到的坐标与步骤606中计算出的坐标有差异，则将第二时间点t2中画面中心210所在的坐标更新为步骤610中以解码方式所计算出的坐标。更新完毕以后则再次执行步骤604，之后再次执行步骤606时，所采用的第一坐标即为上述被更新的坐标。除此以外，当在步骤608中不需要对画面中心210的坐标进行检验时，则执行步骤604；此后再次执行步骤606时，所采用的第一坐标即为之前在步骤606中所得到的第二坐标。如图6所示，上述的递回程序将不断随着使用者手持光学扫描装置106在显示媒介104上进行的移动来执行，但是即便光学扫描装置106没有移动，本发明所揭露的方法仍然可以实施。

在图1中，是以白色的显示媒介104为底(其中显示媒介104可以电子显示装置或电子纸实施)，绘制上黑色的微小点来表示如上列各图所示的微小码矩阵与微小码，并可应用于本发明所揭露的方法。然而，本发明所揭露的方法亦可使用于以不同可见光波长来绘制微小码以配合不同类型显示媒介的其他微小码表示方式。请参阅图7，其为将图1所示的示意图中在液晶显示屏幕上使用透明或黑底的显示媒介背景与白色的微小点来进行编码的示意图。在一般触控液晶显示屏幕上，为了使屏幕上不产生反光的现象，会使用某些吸收可见光的材质制造液晶显示屏幕的显示面板；当将该面板应用于本发明所提供的技术时，如图7所示，显示媒介104可以透明材质实施(例如投影片)，并以可反光的涂料或墨水将微小点绘制于显示媒介104上，并将显示媒介104贴于以液晶显示屏幕实施的屏幕102上；如此一来，便可直接将本发明所揭露的方法应用于触控液晶显示屏幕上。当手持光学扫描装置106扫描到贴于屏幕102上的显示媒介104时，只要侦测到微小点所反射的光线，即可明确的掌握微小点在显示媒介上的位置，进而实施本发明所揭露的方法。请注意，上述微小点与显示媒介的组合，只要显示媒介与微小点之间的可见光波长范围进行变化，并满足显示媒介与绘制微小点用的涂料或墨水所吸收的可见光或不可见光的波长范围不重迭或不太过接近，而可明确在扫描过程中明确的辨识出微小点与显示媒介的条件，即可轻易的实施本发明所揭露的方法，或是将本发明的方法应用于吸收可见光或不可见光的涂料的其他例子。换言之，将微小点与显示媒介所使用的涂料或墨水以各种可吸收不同波长范围的可见光或不可见光的材质实施，完全不足以构成脱离本发明的范畴的事实，且仍可轻易实施本发明所揭露的方法。

本发明揭露一种以移动向量在绘制有微小点阵图的显示媒介上确定目标坐标的方法。通过本发明所揭露的方法，当使用者手持光学扫描装置在显示媒介上进行移动与扫描时，移动向量所需的计算量相对于现有技术中频繁的对微小点阵图上的编码方块所包含的资料区域进行解码而带来的庞大计算量来说相当的小。因此，也可避免在移动与扫描过程中屏幕显示画面的延迟。

以上所述仅为本发明的部份实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (15)

1.一种以移动向量在微小点阵图上确定坐标的方法，其特征在于，所述方法包含：

在显示有一微小点阵图的一第一显示媒介上，根据在一第一时间点时通过一光学扫描装置扫描该第一显示媒介所得的一第一画面，以解码出该第一画面对应于该第一显示媒介上的一第一坐标，其中该微小点阵图包含有多个编码方块，且该第一坐标为该微小点阵图上的一第一编码方块的坐标；

在该第一时间点之后的一第二时间点，根据该第一画面与在该第二时间点时通过该光学扫描装置扫描该第一显示媒介所得的一第二画面，计算一第一移动向量；及

根据该第一坐标与该第一移动向量，确定该第二画面对应于该第一显示媒介上的一第二坐标；

其中，该光学扫描装置通过比较对该第一画面与该第二画面进行扫描的特征差异，来计算该第一移动向量；该微小点阵图包含有多个编码方块，该多个编码方块的每一编码方块所包含的一标头区域中所包含的多个微小码的组合方式与排列方式皆相同；该微小点阵图包含有多个编码方块，且在该多个编码方块的每一编码方块所包含的一资料区域中，该资料区域所包含的多个微小码的排列与组合以一编码方法实施，且该资料区域以其所包含的该多个微小码的排列方式与组合方式来表示包含该资料区域的该编码方块在该微小点阵图上的一坐标。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第二坐标为该微小点阵图上的一第二编码方块的坐标。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在显示有该微小点阵图的该第一显示媒介上，根据在该第一时间点时扫描该第一显示媒介所得的该第一画面，解码出该第一画面对应于该第一显示媒介上的该第一坐标包含：

在该第一时间点时，根据该第一画面的一画面中心所对应该第一显示媒介的该第一编码方块，解码出该第一坐标；

在该第一时间点之后的该第二时间点，根据该第一画面与在该第二时间点时扫描该第一显示媒介所得的该第二画面，计算该第一移动向量，该计算包含：

在该第二时间点，根据该第一画面的画面中心与该第二画面的画面中心，计算该第一移动向量。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法另包含：

在该第一时间点后的多个时间点，随机或是以一定间隔为周期，根据该第一显示媒介上在该多个时间点进行扫描所对应的多个画面，解码出多个坐标；及

根据该多个坐标检验并更新在该多个时间点时于该第一显示媒介所扫描画面的一画面中心位于该微小点阵图上的位置。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该多个时间点之间具有一固定周期。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，该多个时间点之间具有可变的时间差。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一显示媒介为印有该微小点阵图的一可印刷媒介；

该第一画面与该第二画面通过一光学扫描装置扫描该第一显示媒介上的该微小点阵图所产生。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法另包含：

根据该第一坐标与该第二坐标，在一第二显示媒介上显示一第三画面；

其中该第三画面对应于该第一显示媒介上在该第一时间点与该第二时间点之间，在该第一显示媒介上进行扫描的移动；

该第二显示媒介为可根据该微小点阵图显示一第三画面的一电子显示装置，且该第二显示媒介根据该第一显示媒介上所对应的该第一画面或该第二画面的一画面中心，在该第三画面显示该第一画面或该第二画面的该画面中心对应于该第二显示媒介的位置。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该第一画面与该第二画面通过一光学扫描装置扫描该第一显示媒介上的该微小点阵图所产生；该光学扫描装置包含有一计算单元，且该计算单元具有根据该第一画面与该第二画面计算出该第一移动向量的功能。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，该第二显示媒介包含有一计算单元，且该计算单元具有根据该第一画面与该第二画面计算出该第一移动向量的功能。

11.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该第一时间点之后的该第二时间点，根据该第一画面与在该第二时间点时扫描该第一显示媒介所得的该第二画面，计算该第一移动向量，该计算包含：

计算该第一画面所具有的一第一组灰阶值与该第二画面所具有的一第二组灰阶值之间的一组灰阶值差；及

根据该组灰阶值差，计算出该第一移动向量。

12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该第一时间点之后的该第二时间点，根据该第一画面与在该第二时间点时扫描该第一显示媒介所得的该第二画面，计算该第一移动向量，该计算包含：

对该第一画面与该第二画面进行特征比对，以产生一特征比对结果；及

根据该特征比对结果，计算出该第一移动向量。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在该第一时间点之后的该第二时间点，根据该第一画面与在该第二时间点时扫描该第一显示媒介所得的该第二画面，计算该第一移动向量，该计算包含：

计算该第一画面与该第二画面之间的一光流；及

根据该光流，计算该第一移动向量。

14.如权利要求1所示的方法，另包含：

在该第二时间点之后的一第三时间点，根据该第二画面与在该第三时间点时所扫描该第一显示媒介所得的一第四画面，计算在该第二画面的一画面中心与该第四画面的画面中心的间的移动在该第一显示媒介上所对应的一第二移动向量；及

在该第三时间点时，根据该第二坐标与该第二移动向量，确定该第四画面的该画面中心在该第一显示媒介上的坐标。

15.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一显示媒介为一电子显示装置，该微小点阵图以白色涂料印刷于一透明基板上，且该透明基板设置于该电子显示装置所包含的一显示面板上方。

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