CN102713810A - 具有同步的、可变强度的照明的交互系统 - Google Patents

Abstract

一种交互输入系统（20）包括将辐射发射到感兴趣区域中的至少一个照明源（84a，84b，84c）；捕捉感兴趣区域的图像帧的至少一个成像组件，该至少一个照明源处于该至少一个成像组件的视场中；和与该至少一个照明源通信的控制器（72），该控制器在图像帧捕捉期间控制由该至少一个照明源发射的辐射的强度。

Description

具有同步的、可变强度的照明的交互系统

相关申请的交叉引用

该申请要求Akitt在2010年1月13日提交的美国临时申请No.61/294,825和在2010年2月19日提交的美国申请No.12/709,451的利益，这两者题目均为“INTERACTIVE INPUT SYSTEM ANDILLUMINATION SYSTEM THEREFOR（交互输入系统及其照明系统）”，其全部公开在此通过引用而并入于此。

技术领域

本发明涉及一种交互输入系统和一种用于该交互输入系统的照明方法。

背景技术

允许用户使用有源指示器（例如发射光、声音或者其它信号的指示器）、无源指示器（例如手指、柱体或者其它物体）或者其它适当的诸如、例如鼠标或者轨迹球的输入装置而将输入（例如数字墨水、鼠标事件等）注入应用程序中的交互输入系统是众所周知的。这些交互输入系统包括但是不限于：包括采用模拟电阻性或者机器视觉技术来记录指示器输入的触摸面板的触摸系统，诸如在转让给本主题申请的受让人SMART Technologies ULC of Calgary，Alberta，Canada的美国专利No.5,448,263；6,141,000；6,337,681；6,747,636；6,803,906；7,232,986；7,236,162；7,274,356；和7,532,206中公开的那些，该美国专利的内容通过引用而被以其整体并入；包括采用电磁、电容性、声学或者其它技术来记录指示器输入的触摸面板的触摸系统；平板个人计算机（PC）；膝上型PC；个人数字助理（PDA）；和其它类似的装置。

以上并入的、Morrison等人的美国专利No.6,803,906公开了一种触摸系统，其采用机器视觉来检测与在其上呈现计算机产生的图像的触摸表面的指示器交互。矩形边框（bezel）或者框架围绕触摸表面并且在其角部处支撑数字成像装置。数字成像装置具有包围触摸表面并且通常跨越触摸表面的交迭视场。数字成像装置从不同的有利位置跨越触摸表面获取图像并且产生图像数据。由数字成像装置获取的图像数据被板载数字信号处理器处理以确定在捕捉的图像数据中是否存在指示器。当确定在捕捉的图像数据中存在指示器时，数字信号处理器向主控制器传送指示器特征数据，主控制器继而处理指示器特征数据以使用三角测量相对于触摸表面确定指示器在（x，y）坐标中的位置。指示器坐标被传送到执行一个或者多个应用程序的计算机。计算机使用指示器坐标来更新在触摸表面上呈现的、计算机产生的图像。能够因此将在触摸表面上的指示器接触作为书写或者绘图而记录或者用于控制由计算机执行的应用程序的执行。

其内容在此通过引用而被以其整体并入的、被转让给SMARTTechnologies ULC的、Akitt等人的美国专利No.6,972,401公开了一种被照亮的边框，其用于在诸如在以上并入的美国专利No.6,803,906中公开的触摸系统中使用。该被照亮的边框包括将红外光投射到漫射器上的红外（IR）发光二极管（LED）。漫射器继而漫射红外光，从而由被照亮的边框在触摸表面之上提供的背光的强度跨越漫射器表面是基本均匀的。结果，由边框提供的背光照明对于数字照相机而言看起来是基本连续的。虽然这个被照亮的边框非常良好地工作，但是它增加了触摸系统的成本。

Ogawa的美国专利No.7,202,860公开了一种基于照相机的坐标输入装置，其允许使用指示器或者手指的坐标输入。该坐标输入装置包括位于显示器屏幕的左上和右上角部中的一对照相机。每一个照相机的视场均与显示器屏幕平行地延伸到显示器屏幕的对角相对的角部。红外发光二极管靠近每一个照相机的成像镜头布置并且照亮显示器屏幕的周围区域。外廓框架或者边框设置在显示器屏幕的三个侧面上。将窄宽度回射带靠近显示器屏幕布置在外廓框架上。非反射性反射性黑色带沿着回射带并且与回射带接触地附接到外廓框架。回射带反射来自红外发光二极管的光，从而允许反射光由照相机拾取作为强白色信号。当用户的手指接近显示器屏幕放置时，手指在回射带的图像之上作为阴影出现。

被转让给SMART Technologies ULC的、Hansen等人的美国专利申请公布No.2009/0277694公开了一种交互输入系统，其包括围绕感兴趣区域的边框，该美国专利申请公布的内容在此通过引用而被以其整体并入。该边框具有带有不同光学性质的多个相邻带，通常至少有IR光吸收带和IR回射带。成像装置从不同的有利位置观察感兴趣的区域并且捕捉图像。靠近成像装置定位的IR光源向边框提供照明。IR吸收带对于成像装置而言看起来是黑暗的而IR回射带对于成像装置而言看起来是明亮的。当指示器位于感兴趣的区域中时，指示器作为将与IR回射材料对应的、基本连续的亮带中断的黑暗区域出现。为了减小不希望的光的影响，在IR吸收带和IR回射带这两者之上测量光的不连续性以检测指示器的存在。

虽然以上采用回射材料的交互输入系统良好地工作，但是当成像装置之一或这两者的视场看到另一成像装置和/或其附近的IR光源时遇到问题。当采用另外的成像装置时，这个问题加重。如将会认识到的，因为添加了另外的成像装置，所以成像装置和IR光源将处于其它成像装置的视场内的可能性增加。因为成像装置作为沿着否则是与回射性材料对应的亮带的黑暗中断部出现，所以存在成像装置可能被错误地检测为指示器的可能性。另外地，对于成像装置而言直接地可视的IR光源将使得像素值饱和并且引起其中相邻像素的值将变得不可靠的“高光溢出（blooming）”。如果指示器碰巧跨越不可靠的像素区域地移动到成像装置的视场中，则不可靠的像素区域可以使得指示器的形状变形，从而引起不准确。如将会认识到地，期望进行改进。

因此本发明的目的在于提供一种新颖的交互输入系统和用于该交互输入系统的照明方法。

发明内容

相应地，在一个方面，提供了一种交互输入系统，该交互输入系统包括：至少一个照明源，该至少一个照明源将辐射发射到感兴趣区域中；至少一个成像组件，该至少一个成像组件捕捉所述感兴趣区域的图像帧，所述至少一个照明源处于所述至少一个成像组件的视场中；和控制器，该控制器与所述至少一个照明源通信，所述控制器在图像帧捕捉期间控制由所述至少一个照明源发射的辐射的强度。

在一个实施例中，在图像帧捕捉期间，将由该至少一个照明源发射的辐射的强度降低至接近于在由该至少一个成像装置捕捉的图像帧中的背景的水平。该交互输入系统在一种形式中包括从不同的有利位置捕捉感兴趣区域的图像的多个成像组件、邻近于每一个成像组件的至少一个照明源和用于每一个照明源的控制器。该控制器在图像帧捕捉期间响应于其相关联的成像组件以由此使相关联的照明源基本完全地点亮、并且在由其它成像组件的图像帧捕捉期间响应于其相关联的成像组件以使相关联的照明源以降低的水平点亮。

在一个实施例中，感兴趣区域是基本矩形的，成像组件邻近于所述感兴趣区域的至少两个角部定位，并且照明源邻近于每一个成像组件定位。回射性边框围绕该感兴趣区域。

根据另一个方面，提供一种在交互输入系统中控制图像捕捉的方法，该方法包括：使得至少一个照明源将辐射发射到感兴趣区域中；使得至少一个成像组件捕捉所述感兴趣区域的图像帧，所述至少一个照明源处于所述至少一个成像组件的视场中；和，在图像帧捕捉期间控制由所述至少一个照明源发射的辐射的强度。

附图简要说明

现在将参考附图更加充分地描述实施例，其中：

图1是交互输入系统的示意性局部透视图；

图2是图1的交互输入系统的框图；

图3是形成图1的交互输入系统的一部分的成像组件的框图；

图4a和4b是形成图3的成像组件的一部分的外罩组件的前和后透视图；

图5是形成图3的成像组件的一部分的选通电路的电路图；

图6是形成图1的交互输入系统的一部分的主控制器的框图；

图7a是由图3的成像组件在与交互输入系统的其它成像组件相关联的IR LED处于关断状态中时捕捉的简化示例性图像帧；

图7b是由图3的成像组件在与交互输入系统的其它成像组件相关联的IR LED处于低电流导通状态中时捕捉的简化示例性图像帧；并且

图8是示出图1的交互输入系统的每一个成像组件何时使得其分别的照明源活动从而捕捉被照亮的图像帧的时序图。

具体实施方式

现在转向图1和2，示出了一种交互输入系统，其允许用户将诸如数字墨水、鼠标事件等的输入注入由计算装置执行的应用程序中，并且大体上由附图标记20识别。在该实施例中，交互输入系统20包括被安装在诸如、例如壁表面等竖直支撑表面上的交互板22。交互板22包括被边框26关于其周边围绕的、基本平面状的矩形交互表面24。诸如由SMART Technologies ULC依据产品名Miata^TM出售的超短程投影仪（未示出）也在交互板22上方安装在支撑表面上，并且将诸如、例如计算机桌面的图像投影到交互表面24上。

交互板22采用机器视觉来检测被带入交互表面24附近的感兴趣区域中的一个或者多个指示器。交互板22经由通用串行总线（USB）缆线30与执行一个或者多个应用程序的通用计算装置28通信。通用计算装置28处理交互板22的输出并且如果需要就调整输出到投影仪的图像数据，使得呈现在交互表面24上的图像反映出指示器活动。以此方式，交互板22、通用计算装置28和投影仪允许将接近交互表面24的指示器活动作为书写或者绘图而记录或者用于控制由通用计算装置28执行的一个或者多个应用程序的执行。

在该实施例中的边框26被机械地紧固到交互表面24并且包括四个边框区段40、42、44、46。边框区段40和42沿着交互表面24的相对的侧边缘延伸，而边框区段44和46分别地沿着交互表面24的顶边缘和底边缘延伸。在该实施例中，每一个边框区段40、42、44和46的面向内的表面均包括单一、纵向地延伸的回射性材料条或者带。为了最好地利用回射性材料的性质，将边框区段40、42、44和46定向为，使得其面向内的表面在基本与交互表面24的平面垂直的平面中延伸。

工具托盘48使用诸如、例如螺钉、夹子、粘结剂等适当的紧固件而被附接到邻近于边框区段46的交互板22。如能够看到地，工具托盘48包括外罩48a，该外罩48a具有配置为限定了多个容器或者狭槽48c的上表面48b。容器的尺寸被确定为容纳能够用于与交互表面24交互的一个或者多个笔工具P和擦除工具（未示出）。控制按钮48d设置在上表面48b上以使得用户能够控制交互输入系统20的操作。工具托盘48的一端配置为容纳可拆卸的工具托盘附件模块48e，而工具托盘48的相对端配置为容纳用于远程装置通信的可拆卸的通信模块48f。外罩48a容纳如将描述的主控制器50（见图6）。在Bolt等人在2010年1月13日提交的、题目为“INTERACTIVE INPUT SYSTEM AND TOOLTRAY THEREFOR（交互输入系统及其工具托盘）”的美国临时申请序列号61/294,831中描述了工具托盘48的进一步的细节，该美国临时申请的内容在此通过引用而被以其整体并入于此。

成像组件60由边框26容纳，并且每一个成像组件60均邻近于边框的不同角部定位。将成像组件60定向为，使得其视场交迭并且基本跨越全部交互表面24。以此方式，被带入交互表面24附近的诸如、例如用户的手指、柱体或者其它适当的物体，或者从工具托盘48的容器48c升起的笔或者擦除工具的任何指示器均出现在成像组件60的视场中。当连接到传统的AC干线电源时，电源适配器62向交互板22提供必要的操作功率。

现在转向图3，更好地图示了成像组件60中的一个。如能够看到地，成像组件60包括图像传感器70，该图像传感器70诸如由Aptina（Micron）MT9V034制造，适配有双元件塑料透镜（未示出）、具有752x480像素的分辨率，该塑料透镜为图像传感器70提供大致104度的视场。以此方式，其它成像组件60在图像传感器70的视场内，由此确保图像传感器70的视场包围整个交互表面24。

诸如由Analog Devices依据部件号ADSP-BF522Blackfin制造的数字信号处理器（DSP）72或者其它适当的处理装置经由并行端口接口（PPI）在图像数据总线74之上与图像传感器70通信。串行外设接口（SPI）闪存74经由SPI端口而连接到DSP 72并且存储用于图像组件操作所需的固件。取决于捕捉的图像帧的尺寸以及DSP 72的处理要求，成像组件60可以可选地包括如由虚线所示的同步动态随机访问存储器（SDRAM）76以存储另外的临时数据。图像传感器70还经由双线接口（TWI）和定时器（TMR）接口与DSP 72通信。从DSP 72经由TWI写入图像传感器70的控制寄存器从而配置图像传感器70的诸如用于图像传感器70的积分周期（integration period）的参数。

在该实施例中，图像传感器70在快照模式（snapshot mode）下操作。在快照模式下，响应于经由TMR接口从DSP 72接收的外部触发信号，图像传感器70进入在此期间捕捉图像帧的积分周期，该外部触发信号具有由DSP 72上的定时器设定的持续时间。在由DSP 72产生触发信号后的积分周期已经结束之后，图像传感器70进入在此期间所捕捉的图像帧可获得的读出周期。在图像传感器处于读出周期中的情况下，DSP 72经由PPI在图像数据总线74之上读取由图像传感器70获取的图像帧数据。在该实施例中图像传感器70的帧速率在每秒大约900和大约960帧之间。DSP 72继而处理从图像传感器72接收的图像帧并且以大致120点/秒的、降低的速率向主控制器50提供指示器信息。然而本领域技术人员将会意识到，取决于指示器跟踪的期望准确度和是否采用多点触摸和/或有源指示器识别，可以采用其它帧速率。

三个选通电路80经由TWI并且经由通用输入/输出（GPIO）接口与DSP 72通信。选通电路80还与图像传感器70通信并且经由电源适配器62接收在LED电源线82上提供的功率。每一个选通电路80均驱动以红外（IR）发光二极管（LED）84a到84c形式的照明源，该红外（IR）发光二极管（LED）84a到84c如将描述地在交互表面24之上提供红外背光。

DSP 72还经由串行端口（SPORT）和不可屏蔽中断（NMI）端口与RS-422收发器86通信。收发器86在差分同步信号（DSS）通信链路88和同步线90之上与主控制器50通信。由电源适配器52在电源线92上提供用于成像组件60的构件的功率。DSP 72还可以示意可选地经由USB端口而连接到如由虚线示意的USB连接器94。USB连接器94可以用于将成像组件60连接到诊断设备。此外，通过对每一个成像组件60和主控制器50使用类似的架构，可以使用相同的印刷电路板组件和公共的构件，以由此减小交互输入系统的部件数和成本这两者。依赖于印刷电路板组件旨在用于在成像组件60中还是在主控制器50中使用，在制造期间，将不同的构件添加到印刷电路板组件。例如，主控制器50可能需要SDRAM 76而成像组件60可能不需要SDRAM 76。

将图像传感器70及其相关联的透镜以及IR LED 84a到84c安装在外罩组件100上，该外罩组件100在图4a和4b中最好地图示。如能够看到地，外罩组件100包括聚碳酸酯外罩主体102，该主体102具有前部104和从前部延伸的后部106。成像孔隙108中央地形成在外罩主体102中并且容纳IR通过/可见光阻挡滤波器110。滤波器110具有在大约830nm和大约880nm之间的IR通过波长范围。图像传感器70和相关联的透镜位于滤波器110后面并且被定向为，使得图像传感器70的视场通过滤波器110并且基本跨越交互表面24。将后部106成形为围绕图像传感器70。通过外罩主体102形成三个通道112a到112c。通道112a和112b位于滤波器110的相对侧上并且处于与图像传感器70基本水平对准。通道112c中央地位于滤波器110上方。每一个管状通道均容纳光源插座114，该光源插座114被配置为容纳IR LED 84中的分别的一个。特别地，在通道112a中容纳的插座114容纳IR LED84a，在通道112b中容纳的插座114容纳IR LED 84b，并且在通道112c中容纳的插座114容纳IR LED 84c。安装凸缘116被设置在后部106的相对侧上以有利于经由适当的紧固件将外罩组件100连接到边框26。由回射性材料形成的标签（label）118覆盖在前部104的前表面上。在Liu等人在2010年1月13日提交的、题目为“HOUSING ASSEMBLYFOR INTERACTIVE INPUT SYSTEM AND FABRICATION METHOD（用于交互输入系统的外罩组件和制造方法）”的美国临时申请序列号61/294，827中描述了关于外罩组件及其制造方法的进一步细节，该美国临时申请的内容在此通过引用而被以其整体并入于此。

图5更好地图示了选通电路80之一的一个部分。如能够看到地，选通电路80包括数字模拟转换器（DAC）150，该DAC150经由输入线152和电阻器R8接收串行数据并且经由时钟线154和电阻器R9接收时钟输入。DAC 150向操作放大器156的非反相端子提供输出，操作放大器156继而经由线160和电阻器R2向晶体管158的第一端子提供输出。晶体管158的第二端子连接到节点VLED 94。操作放大器156的反相端子经由线162和电阻器R3而连接到节点VLED 94。线160和线162被电容器CI相互连接。晶体管158的第三端子经由IR LED 84之一并且经由Schottky二极管164而连接到LED电源线82。还在Schottky二极管164和接地G之间连接了存储电容器166。

节点VLED94还经由电阻器R4而连接到晶体管170的第一端子，并且经由电阻器R5而连接到晶体管172的第一端子。晶体管172的第二端子连接到接地G，并且晶体管172的第三端子经由电阻器R7而连接到低电流使能线175。晶体管170的第二端子连接到接地G，并且晶体管170的第三端子经由电阻器R6而连接到与门176的输出端子。与门176的一个输入端子连接到低电流使能线175，而与门176的另一个输入端子连接到高电流使能线178。虽然未示出，但是本领域技术人员将理解，选通电路包括类似的电路以驱动其它两个IR LED。

在图6中更好地图示了主控制器50。如能够看到地，主控制器50包括诸如由Analog Devices依据部件号ADSP-BF522Blackfin制造的DSP 200或者其它适当的处理装置。串行外设接口（SPI）闪存202经由SPI端口而连接到DSP 200并且存储用于主控制器操作所需的固件。存储对于系统操作必需的临时数据的同步动态随机访问存储器（SDRAM）204经由SDRAM端口而连接到DSP 200。DSP 200经由USB端口在USB缆线30之上与通用计算装置28通信。DSP 200通过其串行端口（SPORT）在差分同步信号（DSS）通信链路88之上经由RS-422收发器208与成像组件60通信。在该实施例中，因为多于一个成像组件60在DSS通信链路88之上与主控制器DSP 200通信，所以采用时分复用（TDM）通信。DSP 200还在照相机同步线90之上经由RS-422收发器208与成像组件60通信。DSP 200在内置集成电路I²C信道之上与工具托盘附件模块48e通信并且在通用异步接收器/发送器（UART）、串行外设接口（SPI）和I²C信道之上与通信附件模块48f通信。

在该实施例中的通用计算装置28是个人计算机或者其它适当的处理装置，其包括例如处理单元、系统存储器（易失和/或非易失存储器）、其它不可移除或者可移除存储器（例如硬盘驱动器、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM、DVD、闪存等）和将各种计算机构件耦合到处理单元的系统总线。计算机还可以包括网络连接以访问共享的或者远程的驱动器、一个或者多个网络化计算机或者其它网络化装置。

在操作期间，主控制器50的DSP 200输出同步信号，该同步信号经由收发器208而应用于同步线90。应用于同步线90的每一个同步信号均经由收发器86而由每一个成像组件60的DSP 72接收并且在DSP72上触发不可屏蔽中断（NMI）。响应于由同步信号触发的不可屏蔽中断，每一个成像组件60的DSP 72均确保其本地定时器在系统公差内，并且如果不是则校正其本地定时器以匹配主控制器50。使用一个本地定时器，DSP 72经由快照线启动脉冲序列，该脉冲序列被用于将图像传感器调节为快照模式并且控制在快照模式中图像传感器70的积分周期和帧速率。DSP 72还启动第二本地定时器，该第二本地定时器用于在LED控制线174上提供输出，使得在IR LED 84a到84c在图像帧捕捉循环期间被正确地供电。

响应于在快照线上输出的脉冲序列，每一个成像组件60的图像传感器70均以期望图像帧速率获取图像帧。以此方式，由每一个成像组件的图像传感器70捕捉的图像帧能够参考到相同时间点，从而允许准确地三角测量被带入图像传感器70的视场中的指示器的位置。而且，通过为成像组件60分配同步信号，通过降低对于从中央位置向每一个图像组件60发送快速时钟信号的需要而最小化电磁干扰。替代地，每一个成像组件60均具有它自身的本地振荡器（未示出）并且使用较低频率信号（例如点速率120Hz）以保持同步化图像帧捕捉。

在图像帧捕捉期间，每一个成像组件60的DSP 72均还向选通电路80提供输出以控制IR LED 84a到84c的开关，使得IR LED以与每一个图像传感器70的图像帧捕捉序列协调的给定序列点亮。特别地，在该序列中，当IR LED 84c在高电流模式下完全地点亮并且其它IRLED关断时，由图像传感器70捕捉第一图像帧。当IR LED 84a到84c全部关断时捕捉下一个图像帧。如在转让给SMART Technologies ULC的、McReynolds等人的美国申请公布No.2009/0278794中描述的，通过IR LED 84c导通并且然后关断而捕捉这些相继的图像帧允许通过产生差分图像帧而消除在所捕捉的图像帧中的环境光线伪影（artifact），该美国申请公布的内容在此通过引用而被以其整体并入于此。在仅IRLED 84a导通的情况下，由图像传感器70捕捉第三图像帧，并且当仅IR LED 84b导通时，由图像传感器70捕捉第四图像帧。如在McGibney等人在2010年1月14日提交的、题目为“INTERACTIVE INPUTSYSTEM AND ILLUMINATION SYSTEM THEREFOR（交互输入系统及其照明系统）”的美国临时申请No.61/294,832中描述的，捕捉这些图像帧允许确定指示器边缘和指示器形状，该美国临时申请的内容在此通过引用而被以其整体并入。选通电路80还控制IR LED 84a到84c以抑制高光溢出并且减小在所捕捉的图像帧中的黑暗区域的尺寸，该黑暗区域由在图像传感器70的视场内存在其它成像组件60引起，如现在将描述的。

在图像捕捉序列期间，当每一个IR LED 84均导通时，IR LED利用红外照明充满在交互表面24之上的感兴趣的区域。在边框区段40、42、44和46的回射性带上和在外罩组件100的回射性标签118上照射的红外照明返回成像组件60。结果，在不存在指示器时，每一个成像组件60的图像传感器70均看到在其长度之上具有基本均匀的强度、以及一些环境光线伪影的亮带。当将指示器带入交互表面24附近时，指示器遮蔽被边框区段40、42、44和46的回射性带和/或回射性标签118反射的红外照明。结果，每一个成像组件60的图像传感器70均在所捕捉的图像帧中看到中断亮带159的黑暗区域。在交互表面24上出现的边框区段40、42、44和46的被照亮的回射性带以及被照亮的回射性标签118的反射对于图像传感器70也是可视的。

图7a示出在图像帧捕捉期间由成像组件60之一的图像传感器70在与其它成像组件60相关联的IR LED 84a到84c关断时捕捉的示例性图像帧。如能够看到地，其它成像组件60的IR LED 84a到84c和滤波器110作为中断亮带159的黑暗区域出现。这些黑暗区域可能是引起问题的，因为它们可能被无意地识别为指示器。

为了解决这个问题，当成像组件60之一的图像传感器70正在捕捉图像帧时，其它成像组件60的选通电路80被DSP 72调节到低电流模式。在低电流模式下，选通电路80控制被供应到IR LED 84a到84c的操作功率，从而它们以基本与由在边框区段40、42、44和46上的回射性带和由回射性标签118反射的照明的强度相等的强度水平发射红外光照。图7b示出由成像组件60之一的图像传感器70在与其它成像组件60相关联的IR LED 84a到84c在低电流模式下操作时捕捉的示例性图像帧。结果，每一个黑暗区域的尺寸减小。以此方式操作IR LED84a到84c还抑制了在图像帧捕捉期间如果其它成像组件60的IR LED84a到84c完全导通则可能发生的高光溢出（即图像传感器像素的饱和）。对于在低电流模式中的IR LED 84a到84c的亮度的所需水平与在图像传感器70和相对的边框区段40、42、44和46之间的距离有关。通常，由于在空气内的光损失以及光从每一个IR LED朝向边框区段40、42、44和46的低效的分配，当在图像传感器70和相对的边框区段40、42、44和46之间的距离增加时，需要更低的亮度水平。

如在以上并入的、McGibney等人的美国临时申请序列号61/294,832中描述的，由每一个成像组件60的图像传感器70捕捉的图像帧的序列均由DSP 72处理以识别在每一个图像帧中的每一个指示器并且获得指示器形状和接触信息。每一个成像组件60的DSP 72继而向主控制器50的DSP 200传送指示器数据。如在以上并入的、Morrison的美国专利No.6,803,906中描述的，DSP 200使用从DSP 72接收的指示器数据以使用众所周知的三角测量在（x，y）坐标中相对于交互表面24计算每一个指示器的位置。这个指示器坐标数据与指示器形状和指示器接触状态数据一起被传送到通用计算装置28，从而允许更新在交互表面24上呈现的图像数据。

现在将特别地参考图5和8描述每一个选通电路80用以控制其相关联的IR LED 84a到84c的方式。选通电路80采用两种控制机制来控制通过其分别的IR LED中的每一个的电流的流动。被采用以控制通过IR LED 84a到84c的电流的流动的第一种机制是经由DSP 72，DSP 72通过提供在串行数据输入线152上的适当的输出和相应的时钟信号154而设定数字模拟转换器84（DAC）的电压输出Vset。操作放大器156和晶体管158形成电压跟随器电路从而节点VLED 94等于Vset。在这种配置中，晶体管158的“导通”电阻被自动地调整从而使得在操作期间通过每一个IR LED的电流是恒定的。在该实施例中电压Vset等于1伏特。

用于控制通过IR LED 84a到84c的电流的流动的第二种机制由形成低/高电流使能电路的、被虚线围绕的构件表示。参考图8，当LED控制线174为高电平时，IR LED 84a到84c是活动的，并且当LED控制线174为低电平时，IR LED是不活动的。在高LED控制线174条件期间，如果成像组件60未在捕捉图像帧，则将选通电路80调节为在低电流模式中操作IR LED 84a到84c。成像组件60通过使快照线78活动而以循环方式捕捉图像，在此期间，取决于在图像帧捕捉序列中的位置，将适当的IR LED 84调节为高电流状态从而完全地点亮。

通过每一个IR LED的电流由以下等式近似：

$I_{\mathrm{LEDH}}\≈\frac{R4\·R5}{R4+R5}\·\mathrm{Vset}$

对于高电流操作，能够进一步由以下等式近似：

$I_{\mathrm{LEDH}}\≈\frac{\mathrm{Vset}}{R4}$

并且对于低电流操作，能够进一步由以下等式近似：

$I_{\mathrm{LEDL}}\≈\frac{\mathrm{Vset}}{R5}$

当IR LED 84被导通时，电容器166存储用于分别的IR LED 84的电荷从而进一步维持恒定照明。因为VDDLED 82用于多个成像组件60，所以Schottky二极管164防止电荷从一个成像组件60泄露到其它成像组件60中。VDDLED 82的值依赖于电容器166的尺寸、IR LED的正向电压降、在晶体管158、170和172的漏极和源极之间的电压、将要通过IR LED的总电荷（例如IR LED电流关于时间的积分）和VDDLED 82电源的源阻抗等。在该实施例中，VDDLED 82等于12伏特。

经由DSP 72的LED控制线174控制低电流使能线175。当在LED控制线174上的信号为高电平时，晶体管172是活动的，从而允许电流经由电阻器R5流动通过低电流电路路径流动。这对于1伏特的Vset产生通过IR LED的大致13mA的电流电平。13mA的电流电平产生来自IR LED的在大致160和320毫瓦每球面度（mW/sr）之间的红外照明。经由图像传感器70的LED输出线控制高电流使能线178。当在高电流线178上的信号为高电平时，晶体管170是活动的，从而允许电流经由电阻器R4通过高电流电路路径流动。图像传感器70对于被应用于高电流使能线178的、在LED输出线上提供的信号定时，以与用于在此处捕捉图像数据的、被完全照亮的图像帧的积分周期对应，该积分周期在该实施例中为125μsec。在这个周期期间，对于1伏特的Vset，通过IR LED的电流电平是大致990mA。990mA的电流电平产生在大致8000和16,000mW/sr之间。

虽然在上述实施例中，在其它成像组件正在获取图像帧的时间周期期间，IR LED 84a到84c处于低电流模式中，但是本领域普通技术人员将理解，如果它们不在当前正在捕捉图像数据的成像组件60的视场内，则对于成像组件60，低电流模式的持续时间可以减少。

虽然在上述实施例中，没有使用反馈来控制IR LED 84a到84c的照明，但是本领域普通技术人员将理解，可以采用反馈来允许IR LED84a到84c的照明更加密切地匹配由回射性带反射的照明。为了这样做，从当前图像组件60捕捉的成像数据可以用于调整相对的照明源的亮度（例如电流）。这种反馈系统可以有利地降低图像处理算法的复杂度。

本领域技术人员将理解，可以采用其它控制机制和电路设计来控制IR LED。

虽然在这里描述的实施例具有用于协调成像组件曝光的中央同步化系统，但是本领域技术人员将理解，对于非同步系统而言，时间戳和图像插值是可能的。

本领域技术人员还将理解，可能需要校准从而将IR LED的亮度与由回射性带反射的照明匹配并且校准参数可以根据成像组件而不同。本领域技术人员将理解，可以手动地或者使用来自相对的成像组件的反馈自动地执行校准。本领域技术人员还将意识到，IR LED的亮度并非必须精确地匹配由回射性带反射的照明。

虽然在这里描述的实施例对于每个成像组件使用三个IR LED，但是本领域技术人员将会知道，可以使用其它数目的照明源。虽然在上述实施例中，LED 84a到84c发射红外辐射，但是在其它实施例中，可以替代地发射可见光或者其它形式的光辐射。

虽然在上述实施例中，成像组件的帧速率是960Hz，但是本领域技术人员将理解，交互输入系统不限于这些频率。例如，成像组件的图像传感器可以能够具有诸如在每秒10⁶帧的量级上的非常高的帧速率，或者诸如每秒30帧的非常低的帧速率。

在上述实施例中，IR LED以帧速率一半的速率循环。在其它实施例中，IR LED可以替代地以诸如例如帧速率的1/3、1/4或者1/100的其它速率循环。在使用以小于帧速率的速率、诸如以帧速率的1/100循环的IR LED的系统中，在IR LED关断时捕捉的任何图像帧均可以用于分析存在的任何活动的笔工具的光强度以识别指示器和诸如顶端压力的其它信息，而在IR LED导通时捕捉的图像帧可以用于环境光线消除和指示器三角测量。

虽然在这里描述的实施例采用回射性边框，但是本领域技术人员将理解，即使背景可能不是回射性的，IR照明源也仅需要匹配背景。

在上述实施例中，成像组件60被描述为经由DSS通信链路与主控制器50通信。然而可以采用诸如并行总线、通用串行总线（USB）、以太网连接或者其它适当的有线连接的其它通信链路。替代地，成像组件22可以使用诸如、例如蓝牙、WiFi、ZigBee、ANT、IEEE 802.15.4、Z波等适当的无线协议而在无线连接之上与主控制器50通信。而且，主控制器50被描述为经由USB缆线30与通用计算装置28通信。替代地，主控制器50可以在诸如、例如并行总线、RS-232连接、以太网连接等的另一种有线连接之上与通用计算装置28通信。或者可以使用诸如、例如蓝牙、WiFi、ZigBee、ANT、IEEE 802.15.4、Z波等适当的无线协议而在无线连接之上与通用计算装置28通信。

在上述实施例中，使用短程投影仪以将图像投影到交互表面24上。如将认识到的，可以使用其它前投影装置或者替代地后投影装置以将图像投影到交互表面24上。交互板22可以支撑在直立的框架或者其它适当的支撑件上，而非支撑在壁表面上。仍然替代地，交互板22可以接合诸如、例如等离子体电视、液晶显示器（LCD）装置等通过交互表面24呈现可视的图像的显示装置。

虽然已经描述了一种具体的处理配置，但是本领域技术人员将理解，可以采用替代的处理配置。例如，成像组件之一可以承担主控制器的作用。替代地，通用计算装置可以承担主控制器的作用。

虽然已经描述了各种实施例，但是本领域技术人员将理解，可以在不偏离如由所附权利要求限定的精神和范围的情况下实现变化和修改。

Claims (22)

1.一种交互输入系统，包括：

至少一个照明源，所述至少一个照明源将辐射发射到感兴趣区域中；

至少一个成像组件，所述至少一个成像组件捕捉所述感兴趣区域的图像帧，所述至少一个照明源处于所述至少一个成像组件的视场中；和

控制器，所述控制器与所述至少一个照明源通信，所述控制器在图像帧捕捉期间控制由所述至少一个照明源发射的辐射的强度。

2.根据权利要求1所述的交互输入系统，其中由所述控制器降低在图像帧捕捉期间由所述至少一个照明源发射的辐射的强度。

3.根据权利要求2所述的交互输入系统，其中将发射的辐射的强度降低至接近于由所述至少一个成像装置捕捉的图像帧中的背景的水平。

4.根据权利要求3所述的交互输入系统，其中将发射的辐射的强度降低至接近于提供给所述感兴趣区域的背光照明的水平。

5.根据权利要求1到4中任何一项所述的交互输入系统，包括：

从不同的有利位置捕捉所述感兴趣区域的图像的多个成像组件；

邻近于每一个成像组件的至少一个照明源；和

用于每一个照明源的控制器。

6.根据权利要求5所述的交互输入系统，其中每一个控制器均在图像帧捕捉期间响应于其相关联的成像组件以由此使所述相关联的照明源基本完全地点亮、并且在由其它成像组件的图像帧捕捉期间响应于其相关联的成像组件以使所述相关联的照明源以降低的水平点亮。

7.根据权利要求5或者6所述的交互输入系统，包括与每一个成像组件相关联的多个照明源。

8.根据权利要求6所述的交互输入系统，其中所述控制器在图像帧捕捉期间响应于所述成像组件的图像传感器、并且当使所述相关联的照明源以降低的水平点亮时响应于所述成像组件的处理器。

9.根据权利要求1到8中任何一项所述的交互输入系统，其中所述感兴趣区域是基本矩形的，成像组件邻近于所述感兴趣区域的至少两个角部定位，并且照明源邻近于每一个成像组件定位。

10.根据权利要求9所述的交互输入系统，进一步包括围绕所述感兴趣区域的反射性边框。

11.根据权利要求10所述的交互输入系统，其中所述反射性边框是回射性的。

12.根据权利要求9到11中任何一项所述的交互输入系统，其中成像组件邻近于所述感兴趣区域的每一个角部定位。

13.根据权利要求9到12中任何一项所述的交互输入系统，包括与每一个成像组件相关联的多个照明源。

14.根据权利要求13所述的交互输入系统，其中所述照明源是红外源。

15.根据权利要求9到11中任何一项所述的交互输入系统，其中由所述控制器降低在图像帧捕捉期间由所述至少一个照明源发射的辐射的强度。

16.根据权利要求15所述的交互输入系统，其中将发射的辐射的强度降低至接近于由所述边框提供给所述感兴趣区域的背光照明的水平。

17.根据权利要求16所述的交互输入系统，其中每一个控制器均在图像帧捕捉期间响应于其相关联的成像组件以由此使所述相关联的照明源基本完全地点亮、并且在由其它成像组件的图像帧捕捉期间响应于其相关联的成像组件以使所述相关联的照明源以降低的水平点亮。

18.根据权利要求17所述的交互输入系统，包括与每一个成像组件相关联的多个照明源。

19.根据权利要求17所述的交互输入系统，其中每一个控制器均在图像帧捕捉期间响应于所述成像组件的图像传感器、并且当使所述相关联的照明源以降低的水平点亮时响应于所述成像组件的处理器。

20.一种在交互输入系统中控制图像捕捉的方法，所述方法包括：

使得至少一个照明源将辐射发射到感兴趣区域中；

使得至少一个成像组件捕捉所述感兴趣区域的图像帧，所述至少一个照明源处于所述至少一个成像组件的视场中；和

在图像帧捕捉期间控制由所述至少一个照明源发射的辐射的强度。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述控制包括降低由所述至少一个照明源发射的辐射的强度。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述控制包括将由所述至少一个照明源发射的辐射的强度降低至接近于所捕捉的图像帧的背景的水平。

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