CN101896867B - 追踪光指示器的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种追踪光指示器(light pointer)装置，其具有向表面投射光束的光源模块。本发明的光指示器还具有图像传感模块和传送器模块。其中，图像传感模块用来探测投射光束打在表面上而产生的可见光斑在该表面上的位置；传送器模块则将该可见光斑的位置传送至远程设备，以对设备进行远程控制。

Description

追踪光指示器的装置和方法
技术领域
一般而言，本发明涉及追踪光指示器的技术。更具体地讲，本发明涉及一种追踪光指示器位置、以仿效远程控制设备的装置和方法。
背景技术
光指示器是将光束投射表面区域上、以强调目标物(item of interest)的装置。在会议、演讲、研讨会以及其它需要将演讲材料展现在显示屏上的场合，光指示器的使用是司空见惯的。演讲材料一般是通过与电脑相连的投影设备(如液晶投影机)，从电脑上投影到显示屏上。在演讲的过程中，演讲者可以在任何时间使用光指示器产生一可见光斑，从而使得显示屏上的特定位置或者目标物引起听众注意。
大多数普通的光指示器是手持型的笔式装置，该装置具有电池组、控制电路、光源模块以及透镜。其中，光源模块包括光源(如激光发射器或发光二极管)，其用于发射特定波长的光，如对应于红光、绿光或者蓝光之波长的光。
光指示器也可以包括若干开关或者按钮，以实现基本电脑功能的远程控制。例如，美国专利申请公开2006/0197756中公布了一种装备了开关以远程启动各种电脑键盘命令和/或定点操作设备(也即鼠标、触控板、轨迹球)的操作，例如选择、移动、左击、右击以及双击。该光指示器向投射在显示屏上的图像上发射光束，产生可与图像重叠的可见光斑。此光斑的作用相当于演示电脑的控制光标。与演示电脑相连的图像处理器中的摄像机，扫描投射到屏幕上的图像。然后，该图像处理器分析扫描的图像，以确定由光指示器发射的控制光标(即光斑)的位置。使用者可以将控制光标引导至屏幕上的一位置，并通过开关仿效与位置相关的电脑指令。
光指示器还可以包括控制器和无线模块，用来传送控制信号至演示电脑。例如，美国专利申请公开2006/0227107公开了一种光指示器，其配备有无线操作模块，以将传送控制信号至演示电脑，该模块标示了按下光指示器上的指定按钮。其中，一个开关可以用于向电脑传送“至上一页”的信号，而另一个开关可以用于向电脑传送“至下一页”的信号。“至上一页”与“至下一页”的信号指示电脑显示新的一页演示材料，并投射到屏幕上。
光指示器也可以与其它装置集成到一起。例如，光指示器可以与鼠标集成在一起，如美国专利6,417,840所公开。集成装置能选择性地当作鼠标使用而向电脑传送控制信号，以及当做光指示器使用而向投影屏发射光束。
此外，光指示器可以改良以产生调制的输出，作为投影系统的控制信号。美国专利申请公开2007/0030460中公开了一种光指示器，其具有调制的输出，用于为投影系统提供命令。投影系统具有一集成的图像传感器，以探测光指示器发射的光斑的位置。在一实施方式中，使用者可以通过光指示器上按钮，使其以特定的频率产生脉冲。该脉冲指示投影系统为鼠标“拖拽”而检测光标指示器位置，直到使用者再次按下按钮、停止脉冲。不同频率的脉冲可以触发不同的鼠标指令。
这些以及现有其它的光指示器只能通过使用机械按钮或者开关而作为远程控制装置来使用。使用者必须手动操作开关来控制演示电脑。实际中，由于使用者必须将注意力从演示文件转移到操作开关上，从而使得这种操作变得麻烦和困难。在演示过程中开关可能极易出错或者完全失效。
因此，本发明希望提供一种光指示器，其可以仿效远程控制装置如无线鼠标，而不需使用手动开关。具体而言，本发明希望提供一种光指示器的装置和方法，其可以追踪光指示器的位置并利用该位置控制演示电脑。
发明内容
本发明提供了一种光指示器装置，其具有将一光束投射至表面上的光源模块；其图像传感模块探测可见光斑在表面上的位置，该可见光斑实由投射在表面上的光束产生的；其传送器模块传送可见光斑的位置至远程设备，从而远程控制该设备。
本发明的一实施方式中，其包括：一光源模块，其光指示器中用于向表面投射光束；一图像传感模块，其探测由该投射在表面上的光束所产生的可见光斑在该表面的位置；一传送器模块，其将可见光斑的位置传送至远程设备以控制该设备。
本发明的另一实施方式包括一种利用光指示器仿效远程控制设备的方法。利用光指示器向表面投射光束，以在表面产生一可见光斑；集成到光指示器中的图像传感器，其探测表面上与该可见光斑相对应的位置；该可见光斑的位置被传送至远程设备，远程设备基于投射光束的位置而受控。
附图说明
通过以下附图(图中相同的附图标记代表相同的部件)以及相关详细说明，可以更好的理解本发明，其中：
图1显示了根据本发明一实施方式构建的一光指示器。
图2显示了图1中光指示器的更多细节。
图3显示了图1中光指示器的更进一步细节。
图4显示了根据本发明一实施方式、利用光指示器仿效远程控制设备的流程图。
图5显示了根据本发明一实施方式光指示器操作的示范环境。
图6显示了根据本发明一实施方式在图5的示范性环境下由光指示器探测的示范性图像。
图7显示了根据本发明一实施方式光指示器操作的另一示范性环境。
图8显示了根据本发明一实施方式在图7的示范性环境下由光指示器控制的远程设备。
图9显示了根据本发明一实施方式光指示器操作的另一示范性实施方式。
具体实施方式
本发明提供了一种光指示器。如同一般使用情况，此处的光指示器是一种向表面区域投射光束以突出目标物的装置。例如，表面区域可能是一个显示图像的显示屏，该图像是由通过连接到电脑上的投影机产生并投射到表面上。该投射光束作为一可见光斑与显示屏上的图像重叠。光指示器所包含的光源模块用来发射光束。
光指示器也包括一具有图像传感器和处理器的图像传感模块。如同一般使用情况，此处的图像传感器是一种装置或电路，其具有像素阵列以捕捉光信号和将其处理为电信号。电信号可以通过处理器处理，以确定光指示器发射的可见光斑所对应的位置。
图1显示了根据本发明一实施方式构建的光指示器。光指示器100具有光源模块105、图像传感模块110以及传送模块115。光源模块105包括光源，如激光发射器或发光二极管，以发射特定波长的光束，例如红光、绿光或者蓝光。光束可以投射于表面如表面120，以在其上产生可见光斑125。可见光斑125能够以不同形式和形状出现，例如圆形、蝴蝶形状、光标形状等等。
当光指示器100面向表面120并于向其上投射光束时，光被表面120所反射。反射的光束为图像传感模块110所检测，该图像传感模块位于光指示器100上以捕捉光束相同方向上的图像。图像传感模块110感测表面120以及其上的可见光斑，并探测该可见光斑的位置。通过处理和分析捕捉的图像，自动探测或计算可见光斑的位置。
可见光斑125的位置通过传送模块115传送至远程设备130。传送模块115可以是任何能够连接图像传感模块110的无线传送器，例如无线通讯(WIFI)或者蓝牙。传送至远程设备130的位置可以是一个二维(x，y)坐标，以表面120上一点作为参考点(0，0)。或者，此位置可以是先前位置与目前位置的位移，其初始位置在光指示器100第一次启动时确定。
光指示器包括用来启动的电源按钮(ON/OFF)或者开关(未示出)。可以理解的是，电源开关可能是光指示器100内的唯一开关。还可以理解的是，传送模块115也可以用来传送图像至远程设备130，该图像由图像传感模块110捕捉。
远程设备130从传送模块115接收光斑位置，并使用该位置以控制一个或者更多远程设备的功能。可以理解的是，远程设备130可以具有一接收模块(未示出)，该接收模块有从传送模块115接收无线信号的能力。还可以理解的是，远程设备130可以包括控制程序，以基于光斑125的位置，控制一个或者而更多该设备的功能。
在一实施方式中，远程设备130可以是一电脑，该电脑产生图像并显示在表面120上，该表面可以是在演示过程中，为观众显示图像的显示屏。通过显示屏上光斑的位置，光指示器100可以用来向电脑130发送指令。
在该实施方式中，电脑130可以具有一校准程序(calibrationroutine)，以按比例尺度调整表面120上的位置，以配合显示于表面120上图像的位置。例如，光斑125可以定位重叠于一图像区域上，以指示电脑130显示新的演示图片或幻灯片，如图像上的一图标，该图标代表演示内容的图像或者页码。光斑125在表面120上的位置，是由按表面120比例尺度的二维坐标来确定的。当接收到光斑125的位置时，远程设备130把接收到的位置按显示在表面120上的图像的比例尺度，映射成二维坐标。
可以理解的是，远程电脑130可以有一从显示屏到演示图片的预定映射。还可以理解的是，远程电脑130可以基于投射至显示屏的图像而决定映射。
或者，光指示器100也可以连续移动穿过显示屏120，以指示电脑130显示一新的图片或幻灯片。将光斑125定位于某一图标上，或连续移动光指示器100，与点击电脑130之鼠标的按钮具有相同的效果，使得电脑进入下一幻灯片。在该实施方式中，光指示器100作为一与电脑130相连的无线鼠标而有效操作。
在另一示范实施方式中，远程设备130可以是一玩具或一游戏。光指示器可以根据所需指令定位光斑，从而用来远程控制玩具或游戏。例如，玩具130可以是一遥控车，光指示器100可以用来指挥遥控车到一预定位置。当光斑125的位置通过传送模块115传送至该车时，指引该车移动到预定位置。
在又一示范实施方式中，远程设备130可以是一电器，例如真空吸尘器。光指示器100可以通过在要清理的表面上定位光斑125来远程控制真空吸尘器。当光斑125的位置通过传送模块115传送至真空吸尘器时，指引该吸尘器至该表面并清理该表面。
在再一示范实施方式中，远程设备130可以是一连接于网络设备的控制器。光指示器100通过将光斑125的位置直接定位于设备按钮上(如开关按钮)，来远程控制该设备。当图像传感模块110探测到光斑125在开关按钮上，并传送该位置于控制器130时，控制器130传送一信号至设备，以打开或关闭它。
这些示范性实施方式应理解为仅仅是为了说明的目的，而其它示范性实施方式也在本发明的范围内。还可以理解的是，远程设备130可以包括控制程序，该程序按照每一示范例基于光斑位置用来控制一个或更多功能。还可以理解的是，远程设备130可以使用光斑125的位置来控制另一连接于该设备的装置，例如在以上描述的控制器实施方式中。
还可以进一步理解的是，远程设备130可以包括训练和调试程序(training adaptation routine)，以将光指示器100所产生的不同光斑位置解释为不同的指令。例如，远程设备130将表面120左上角上的位置解释为“至下一页”的指令，将表面120左下角的位置解释为“至上一页”的指令，将表面120的右上角的位置解释为“动画播放”的指令，等等。
图2显示了根据本发明一实施方式构建的光指示器更进一步的细节。光指示器200中的图像传感模块205包括图像传感器210和处理器215。标示出的图像传感器210和处理器215可以装在不同的芯片上。图像传感器210可以是CMOS或CCD图像传感器，或者是其它具有捕捉光学图像能力的传感器。处理器215可以是数字信号处理器(DSP)、图像信号处理器(ISP)或者其它和图像传感器210可整合的处理器。
在一实施方式中，图像传感器210捕捉带有光斑125的表面120的图像，并传送该图像至处理器215进行分析和处理。然后，处理器215执行图像处理程序从而探测并找出捕捉画面上光斑125的位置。如上所述，表面120上的光斑125的二维坐标或位移，可以通过远程设备130中使用的处理器215计算出来，从而远程控制远程设备130。
图3显示了根据本发明一实施方式构建的光指示器的另一细节。光指示器中的图像传感模块305包括集成图像传感/处理芯片310。集成芯片310在一芯片上具有图像传感器和处理器。该图像传感器可以与图像传感器210(图2所示)相同，该处理器可以与处理器215(图2所示)相同。在该实施方式中，单一集成芯片310用来捕捉带有光斑125的图像，从而在捕捉画面上探测光斑125的位置。
图4显示了根据本发明一实施方式、利用光指示器仿效远程控制设备的流程图。在步骤400中，光指示器向表面投射光束，从而在表面产生可见光斑。在步骤405中，通过光指示器中的图像传感模块探测可见光斑的位置；在步骤410中，通过光指示器中的传送模块将该位置传送至一远程设备。任选地，根据所用的远程设备，在步骤415中，可以将表面上光斑的位置，映射为按远程设备之比例尺度的位置。然后，在步骤420中，利用光斑的位置控制远程设备，如图1所述。
图5显示了根据本发明一实施方式光指示器操作的示范环境。光指示器500投射光束，以在表面510上产生可见的光斑505。表面510是一个显示屏，其显示在演示过程中远程电脑515所产生的图像。投影机520与远程电脑515相连，用来将图像投射到显示屏510上。
根据本发明一实施方式，光指示器500中的图像传感模块感测显示屏510上显示的图像以及重叠于该图像上的光斑505。光指示器500的图像传感模块中的处理器，处理捕捉到的图像，以探测和找出光斑505的位置。如上所述，该位置可以是显示屏510上的二维坐标或一位移。
光斑505的位置是通过光指示器500的传送模块无线传送至远程电脑515。远程电脑515利用该位置来控制一个或更多该设备的功能。例如，远程电脑515可以利用光斑505的位置在演示过程中执行操作，如翻回前一图像或进入下一图像，开始播放动画，在目前的幻灯片行叠加另一图像等等。
可以理解的是，远程电脑515具有一校准程序525，将显示屏510上光斑505的位置，映射成按显示屏510上所显示图像的比例尺度的位置。例如，显示屏510上的二维坐标(x1，y1)可以对应于所显示图像的二维坐标(x2，y2)。也可以理解的是，远程电脑515可以具有一训练和调试程序530，以将光指示器500产生的光斑的不同位置解释为如上所述的不同命令。
图6显示了图5所示光指示器500所捕捉和处理的示范图像。图像600显示了当光指示器500投射光斑505于显示屏510上时、由光指示器500的图像传感模块中的图像传感器所感测的光学图像。光斑505作为一个区域605由图像传感器感测，该区域可能是一个与周围图像不同的彩色区域。例如，光斑505可以以单色出现(如红、绿、蓝)，通常为给定直径和亮度的近圆形区域。光指示器500的图像传感模块中的处理器对图像600进行处理，从而探测并确定光斑505的二维坐标或位移。处理过的图像610可以包括一标记，如十字形标记615，以指示光斑505的位置。
可理解的是，光指示器500的图像传感模块中的处理器，包括图像处理程序，以确认区域605为光斑505，并计算该点的二维坐标或位移。这些程序可能包括了如物体、图形辨认程序，边缘探测程序，以及其它电脑视频和图像处理程序，以把区域605(光斑505)与图像的其它部分区分开并定位。
图7显示了根据本发明一实施方式，光指示器操作的另一实施方式。光指示器700可用来对远程电脑720进行远程控制。光指示器700亦可用来投射光束形成光斑705，如在演示过程中，将光斑705重叠于显示屏715显示的图像710上。投影机725与远程电脑720相连，用来将演示图像投影到显示屏715上。
光指示器700的图像传感模块，感测显示屏715上显示的图像，其中光斑705重叠于图标710上，并探测光斑705的位置。光指示器700的传送模块传送该位置数据至远程电脑720。当远程电脑720接收到光斑705的位置、并以校准程序确定出光斑705位于图标710上时，远程电脑720将自动显示下一演示图像，通过投影机725投射到显示屏715上。
图8显示了当图7所示的光指示器700控制远程电脑720时，远程电脑的反应。当接收到的光斑705位于图标710上时，会指示新的图像显示于显示屏715上，远程电脑720会进入下一个演示图像。然后，下一个图像通过投影机725投射到显示屏715上，其为图像800。
图像800包括页面图标805，该图标指明了显示屏715上所显示的演示材料的新页码2。接着，演示者可利用光指示器700来强调图像800上的目标物，如通过光指示器700指向显示屏715，产生光斑810。
可理解的是，光指示器700可以无线鼠标的方式操作远程电脑720。还可以理解的是，远程电脑720可包括将光指示器700产生的光斑位置解释成不同的鼠标操作的程序，如选择、点击右键、点击左键或者其它操作。
图9显示了根据本发明一实施示范例，另一光指示器的操作。在该实施方式中，光指示器900可作为远程控制器，用以控制玩具车905。通过光指示器900控制遥控车905，直接引导它移动到不同位置。
例如，光指示器900可用来将光束投射成光斑910。由光指示器900的图像传感模块探测光斑910的位置，由光指示器900的传送模块将该位置传送至遥控车905。然后，直接引导遥控车905至与光斑对应的位置。
可以理解的是，该遥控车的例子仅仅是为了说明的目的。光指示器亦可用来控制其它远程设备，只要未偏离本发明的范围和原则即可。
本发明的优点在于使用者只需简单地将光指示器指向目标位置，即可利用此光指示器远程控制一设备。如此，光指示器可同时作为光指示器及无线鼠标操作，且不需使用任何按钮或开关来引起不同的鼠标指令。
前述说明的目的是为了解释本发明，使用特定的术语是为了更彻底的解释本发明。然而，本领域技术人员可以理解，在实施本发明时，一些特定细节并不是必须的。因此，前述本发明特定实施方式的叙述目的是为了说明及描述，而并非是为了穷尽或限制本发明于特定的公开形式；显而易见的是，经本发明的以上启示，就完全可能做出许多其它的改进和改变。所选择描述的实施方式，是为了最好地描述本发明的原理及其实际应用；其使得本领域技术人员可利用本发明以及本发明的各种做实施方式并作出修改，以适应各种特定用途。本发明的范围应由权利要求的范围及等同物所定义。

Claims (25)

1.一种光指示器装置，其包括：
用于向一表面投射光束的光源模块；
用于探测可见光斑在所述表面上之位置的图像传感模块，该可见光斑是所述投射光束在所述表面上产生的；及
将所述可见光斑的位置传送至一远程设备的传送模块，以实现所述光指示器对该远程设备功能的远程控制。
2.如权利要求1所述的光指示器，其中，所述的图像传感模块包括图像传感器和处理器。
3.如权利要求2所述的光指示器，其中，所述的位置是由所述处理器确定的。
4.如权利要求2所述的光指示器，其中，所述的图像传感器和处理器安装在不同的芯片上。
5.如权利要求2所述的光指示器，其中，所述的图像传感器和处理器集成于单一芯片上。
6.如权利要求1所述的光指示器，其中，所述的光源模块包括一光源，该光源选自于如下一组光源：激光光源和发光二极管。
7.如权利要求1所述的光指示器，其中，所述的位置是一根据位移而确定的。
8.如权利要求7所述的光指示器，其中，所述的位移是通过所述表面上的一参照点而确定的。
9.如权利要求7所述的光指示器，其中，所述的位移是通过参照所述投射光束的之前位置而确定的。
10.如权利要求1所述的光指示器，其中，所述的表面包括显示屏。
11.如权利要求10所述的光指示器，其中，所述的远程设备是一在所述显示屏上产生所显示图像的电脑。
12.如权利要求11所述的光指示器，其中，所述的电脑安装有校准程序与训练程序。
13.一种用于光指示器中、将光束投射到一表面上的图像传感器装置，其包括：
用于探测可见光斑在所述表面上之位置的图像传感模块，该可见光斑是所述投射的光束在所述表面上产生的；及
将所述可见光斑的位置传送至一远程设备的传送模块，以实现所述光指示器对该远程设备功能的远程控制。
14.如权利要求13所述的图像传感器装置，其中，所述的表面包括显示屏。
15.如权利要求14所述的图像传感器装置，其中，所述投射的光束重叠于投射到所述显示屏上的图像。
16.如权利要求13所述的图像传感器装置，其中，所述的图像传感模块包括图像传感器与处理器。
17.如权利要求16所述的图像传感器装置，其中，所述的处理器是如此设置的，其能确定所述投射之光束的位置。
18.如权利要求16所述的图像传感器装置，其中，所述的图像传感器与处理器安装在不同的芯片上。
19.如权利要求16所述的图像传感器装置，其中，所述的图像传感器和处理器集成于单一芯片上。
20.如权利要求13所述的图像传感器装置，其中，所述的传送器模块包括无线传送器。
21.一种利用光指示器仿效远程控制设备的方法，其包括：
利用所述光指示器向一表面投射光束，以在该表面产生可见光斑；
利用集成在所述光指示器中的图像传感器，探测所述可见光斑在所述表面上相应的位置；
将所述可见光斑的位置传送至一远程设备；及
根据所述可见光斑的位置来控制所述远程设备。
22.如权利要求21所述的方法，其中，探测所述可见光斑在所述表面上相应的位置包括：探测二维空间坐标以及位移。
23.如权利要求21所述的方法，其进一步包括在所述表面上显示图像。
24.如权利要求23所述的方法，其进一步包括将所述可见光斑的位置映射成在所述图像中的位置。
25.如权利要求23所述的方法，其中，控制所述远程设备包括：控制所述图像在所述表面上的显示。
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