CN102934059A - 位置检测装置以及图像处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使缩短从图像传感器到坐标输入装置的角部的距离也能够动作，有助于削减成本的位置检测装置、以及具有该位置检测装置的图像处理系统。在本发明中，位置检测装置被设置在坐标输入装置的框体的上面部，至少两个图像传感器分别具有用于覆盖作为摄像范围的框体的侧面部以及底面部的大致全部区域的广角镜头。至少两个图像传感器接近控制设备并被固定配置在控制设备上。并且，位置检测装置被设置在坐标输入装置的上面部的大致中央。

Description

位置检测装置以及图像处理系统

技术领域

本发明涉及位置检测装置以及图像处理系统，例如涉及检测坐标输入装置的输入面中的指示物体的坐标，对指示物体的输入面上的轨迹进行图像处理，通过显示装置来显示的图像处理系统、以及在该图像处理系统中使用的位置检测装置。

背景技术

近年，电子黑板（IWB：Interactive White Board）的普及取得了进展。IWB是能够在作为一般的显示装置来使用的PDP、LCD、投影仪等的显示画面上像用粉笔在黑板上输入那样进行文字输入的系统，在该系统中使用手指或电子笔等输入手段和位置检测装置，通过PC等运算装置对输入信息进行处理，将处理结果投影在显示装置上，由此实现文字输入。

作为使用位置检测技术的坐标输入装置，平板（tablet）、触摸面板等开始普及。作为用于位置检测的技术，使用电磁感应方式、超声波方式等各种方式的技术被实用化。另外，利用基于图像传感器的图像处理的位置检测装置，描绘响应性好，并且抗红外线、太阳光线、温度变化等外部噪声性强，因此利用数量逐年增加，不断得到普及。在专利文献1以及2中公开了具有利用该图像传感器的位置检测装置的图像处理系统的例子。

专利文献1以及2中公开的图像处理系统，具有坐标输入装置（电子黑板：具有粘贴了输入面和反射带的左右以及下侧面）和位置检测装置（由图像传感器和处理图像传感器的取得图像的控制设备构成）。

在位置检测装置中，为了检测输入位置（笔等指示单元（指点设备）的位置），使用被设置了两个以上的图像传感器，针对多个视野位置检测输入面上的指示单元的位置，通过三角法计算，由此计算出指示单元的指示位置。另外，在图像传感器的附近设置多个LED等照射光的光源。并且，通过该LED将光照射到反射带上，该反射带被设置在以包围输入面周围的方式设置的反射框上。反射带使用了三直角锥反射器等具有回归反射性的反射材料，因此，从LED照射的光线在回归反射带上以与入射相同的方向被回归反射。图像传感器接收该反射光。这样形成在输入面上照射光线的环境，通过指示物体接近输入面上并切断光线，在图像传感器上检测出影子。通过多个图像传感器取得该位置，并通过控制设备计算坐标。此外，需要在坐标输入装置的周围安装图像传感器，因此，上述位置检测装置的长度方向的尺寸依存于坐标输入装置的横向的尺寸。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3931030号公报

专利文献2：日本特许第3986710号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1和2中公开的图像处理系统中，为了在图像传感器上接收来自反射带全体的反射光，在图像传感器上设置了摄像镜头。图像传感器只有几毫米~十几毫米左右的大小，因此，摄像镜头也需要设为与其相称的大小。另外，位置检测用的摄像镜头一般使用容易获得的视场角90度左右的摄像镜头，因此，需要将图像传感器设置在坐标输入装置（电子黑板）的左右角。设置在左上角的传感器可以对坐标输入面的右侧面以及下面的反射带进行摄像，但是左侧面的反射带在视场角外，因此无法摄像。同样地，右上角的传感器可以对输入面的左侧面以及下面的反射带进行摄像，但是右侧面的反射带在视场角外，因此无法摄像。

另外，在专利文献1和2中公开的图像处理系统中，需要将左右的图像传感器设置在坐标输入装置的左上以及右上角，因此，当坐标输入装置的输入面的面积增大时，左右的图像传感器间的距离增大。因此，存在位置检测装置的尺寸大型化的问题。即，目前必须按坐标输入装置的尺寸来制作位置检测装置。

而且，在专利文献1和2中公开的图像处理系统中，离所配置的各图像传感器的距离在坐标输入装置的左下以及右下角部达到最远。另外，在图像传感器附近设置多个LED等照射光的光源，通过该LED将光照射到以包围输入面周围的方式设置的反射框上设置的反射带。从LED照射的光在回归反射带上以与入射相同的方向被回归反射，图像传感器接收该反射光。图像传感器获取光的强度作为灵敏度，但是，来自LED的光路最长的角部的光衰减得最多，因此灵敏度降低。这样，角部与其他部位相比灵敏度相对低，因此，当板进行振动等时光路也振动，因此，角部的灵敏度有时瞬间变为零。此时，存在图像传感器判断为检测出物体而发生误动作的问题。

本发明鉴于这种情况而做出，提供即使缩短从图像传感器到坐标输入装置的角部的距离也能够动作，有助于削减成本的位置检测装置、以及具有该位置检测装置的图像处理系统。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，在本发明中，在安装在图像传感器中的摄像镜头中使用了广角镜头。

即，本发明的图像处理系统，具有坐标输入装置、位置检测装置、运算装置和显示装置。坐标输入装置，具有用于通过指示物体来输入坐标的坐标输入面、以包围该坐标输入面的至少侧面部和底面部的方式设置的框体，并且在框体的侧面部以及底面部粘贴了具有回归反射性的反射部件。另外，位置检测装置具有至少两个图像传感器、设置在该各图像传感器的附近的多个光源和控制设备，来自多个光源的光照射在框体上，图像传感器的受光元件接收来自反射部件的反射光，控制设备基于接收到信息计算指示物体的坐标值。运算装置，使用通过位置检测装置计算出的指示物体的坐标值来进行图像处理。并且，显示装置输出通过运算装置得到的图像处理结果。在此，位置检测装置被设置在坐标输入装置的框体的上面部。另外，至少两个图像传感器分别具有用于覆盖作为摄像范围的框体的侧面部以及底面部的大致全部区域的广角镜头。

至少两个图像传感器与控制设备接近，并被固定配置在控制设备上。并且，位置检测装置被设置在坐标输入装置的上面部的大致中央。

而且，运算装置具有修正通过位置检测装置计算出的指示物体的坐标值，除去广角镜头的失真的影响的功能。

另外，在坐标输入装置的框体的侧面部设置了用于提高反射率的反射构件。

本发明的其他特征，根据以下用于实施本发明的方式以及附图变得明确。

发明的效果

根据本发明，能够提供紧凑地构成位置检测装置，有助于削减成本的图像处理系统。

附图说明

图1是表示具有一般的图像传感器型位置检测装置的图像处理系统的概要结构的图。

图2是表示本发明的实施方式的图像处理系统的概要结构的图。

图3是表示一般的图像处理系统中的、图像传感器和控制设备的配置结构、坐标输入装置的反射框的结构的图。

图4是用于说明一般的图像传感器型位置检测装置的位置检测方法的图。

图5是用于说明本发明的实施方式的位置检测装置的位置检测方法的图。

图6是用于说明本发明的实施方式的位置检测装置可以与坐标输入装置的尺寸无关地共同使用的图。

图7是表示一般的图像传感器型位置检测装置的位置检测的灵敏度的图。

图8是表示本发明的实施方式的位置检测装置的位置检测的灵敏度的图。

图9A是表示在坐标输入装置的框体（侧面部）上没有反射构件的结构中的位置检测的灵敏度的图。

图9B是表示在坐标输入装置的框体（侧面部）的一部分上设置了反射构件的结构中的位置检测的灵敏度的图。

图10A是用于说明在本发明的实施方式中，在摄像镜头中使用广角镜头的情况下的问题的图。

图10B是用于说明在本发明的实施方式中，在摄像镜头中使用广角镜头的情况下的问题的图。

图11是用于说明坐标输入装置上的实际的位置和图像传感器上的位置的校准的图。

具体实施方式

本发明的实施方式，为了在图像传感器上对在坐标输入装置的侧面、底面部粘贴的回归反射带进行成像，在图像传感器上设置了广角镜头。通过使用广角镜头，可以将左右图像传感器的反射带摄像范围扩展到坐标输入装置的（左）（下）（右）的3边。因此，可以缩小图像传感器间的设置位置，能够缩短坐标输入装置的长度。

另外，本实施方式的位置检测装置，能够与坐标输入装置的尺寸无关地通用化。

以下，参照附图说明本发明的实施方式。但是应该注意，本实施方式只不过是用于实现本发明的一例，不限定本发明的技术范围。另外，在各图中对通用的结构附加了相同的参照符号。以下，在对一般的图像处理系统、位置检测装置以及坐标输入装置的结构和本发明的实施方式的各个结构进行对比的同时来进行说明。

<图像处理系统的结构>

（ⅰ）图1表示具有使用了图像传感器的位置检测装置的一般的图像处理系统10的概要结构的图。

在图1中，一般的图像处理系统10具有坐标输入装置11、指示物体12、检测指示物体12的坐标位置的位置检测装置13、运算装置14和显示装置15。

位置检测装置13具有控制设备131、图像传感器（左）132、图像传感器（右）133。图像传感器132以及133将接收到的反射光（图像）变换为电信号，发送到控制设备131。控制设备131根据接收到的电信号的强度运算指示物体12的坐标位置（X，Y），将坐标信息发送到PC等运算装置14。

运算装置14根据接收到的坐标信息生成描绘信息（文字或线图等），显示装置15将该描绘信息例如显示在坐标输入装置的输入画面上。

作为指示物体12考虑例如手指、棒等、具有红外线等通信功能的电子笔等、或者追加了与控制设备131联动的附加功能的电子笔等。

另外，作为显示装置15，能够应用图1那样的使用基于投影仪的方式的显示装置、或使用PDP或LCD等的显示画面的显示装置。

（ⅱ）图2是表示本发明的实施方式的图像处理系统20的概要结构的图。与图1中表示的一般的图像处理系统10的不同点是坐标输入装置21以及位置检测装置23的物理结构、和运算装置24的内部结构。

在图像处理系统20的位置检测装置23中，左右的图像传感器232以及233接近控制设备231，与图1中的位置检测装置13相比成为紧凑的结构。图1的图像处理系统10中，左右的图像传感器132以及133被设置在坐标输入装置11的左右上角部，因此，根据坐标输入装置11的尺寸，控制设备131和左右的图像传感器132以及133的距离不同，位置检测装置13的尺寸变化，但是图像处理系统20的位置检测装置23的尺寸与坐标装置21的尺寸无关地恒定。为了实现这一点，在图像传感器232以及233中使用的摄像机中使用了广角镜头。在后面进一步详细说明。

另外，如后述，在坐标输入装置21中，在左右侧面（下半部）配置左右的反射构件，提高了在回归反射带上回归反射的光的反射效率。在坐标输入装置21的侧面部，当光的入射角度增大时，即使是回归反射带，反射效率也降低，因此，设置反射构件来使反射效率不降低。在后面说明反射构件。

而且，图像处理系统20的运算装置24具有用于修正由控制设备231计算出的指示物体12的位置（坐标值）的坐标修正部241。该坐标修正部241，例如作为表而具有与所输入的计算坐标值对应的修正坐标值，输出与输入对应的修正值。在本实施方式中，图像传感器的摄像机中使用了广角镜头，但是，随着从镜头向反射带的角度减小，在广角镜头的周边部获取了图像。因此，容易受到镜头端部的失真的影响，为了修正该失真导致的计算出的坐标的误差，设置了坐标修正部241。

<图像传感器的结构>

（ⅰ）图3是表示在一般的图像处理系统中使用的、位置检测装置13的图像传感器的详细结构的图。图4是用于说明该图像传感器的功能的图。

图像传感器使用CCD或CMOS等受光元件通过摄像镜头取得图像。另外，在图像传感器附近设置了多个LED等照射光的光源。从LED照射的光在后述的回归反射带上以与入射相同的方向被反射，在图像传感器上接收反射光。因此，为了提高坐标读取的精度，需要使图像传感器的光轴和来自光源的光轴一致。例如在专利文献1以及2中记载了该精度提高方法。

另外，在坐标输入装置11中以包围输入面周围的方式（在侧面部以及底面部上）设置了反射框，在该反射框上粘贴回归反射带，在该反射带上照射来自在图像传感器的例如上面部上设置的多个LED的光。在该反射带中使用三直角锥反射器等具有回归反射性的反射材料。从LED照射的光在回归反射带上以与入射相同的方向被回归反射，图像传感器接收该反射光。这样形成在输入面上照射光线的环境，在输入面上指示物体接近并切断光线，由此，在图像传感器上检测出影子。通过多个图像传感器（左右的图像传感器132以及133）取得该位置，控制设备131计算坐标。在这样使用图像传感器方式的位置检测装置13的情况下，如上所述，需要使摄像机与光源的光轴一致或者接近。为此，在专利文献1中采用了在图像传感器的上下左右附近设置光源的方法，另外，在专利文献2中采用了使用半透半反镜来使摄像机与光源的光轴一致的方法。

（ⅱ）图5是用于说明本发明的实施方式的位置检测装置23的图。在位置检测装置23中，通过在图像传感器232以及233的摄像机中使用广角镜头，能够将左右的图像传感器232以及233配置在坐标输入装置21的上部的中心附近。因此可以使位置检测装置的尺寸紧凑。此外，各个图像传感器对反射带的全部区域进行摄像。这样，本实施方式的位置检测装置23的各个图像传感器使用广角镜头，可以将粘贴了反射带的全部区域作为图像来获取，因此，与图4的位置检测装置11不同，不需要将左右的图像传感器232以及233设置在坐标输入装置21的左右上角部。

图6是用于表示即使坐标输入装置21的输入面的尺寸变化，位置检测装置23的尺寸也可以不变的图。如上所述，位置检测装置23的图像传感器232以及233中设置了广角镜头。因此，图像传感器232以及233分别覆盖粘贴了反射带（左右下）的全部区域。因此，不需要将各个图像传感器232以及233配置在坐标输入装置21的左右上角部，可以与坐标输入装置21的尺寸无关地使位置检测装置23的尺寸恒定。

<关于位置检测的灵敏度>

（ⅰ）图7是用于说明一般的图像处理系统10的位置检测装置13的灵敏度的图。

由图7可知，左右下角部离各个图像传感器132以及133的距离最远。因此，LED光的强度衰减，到达图像传感器132以及133的光量（反射光量）最少。因此，到达图像传感器的受光元件的光量少，所以灵敏度降低。

这样，由于角部与其它部位相比灵敏度相对低，因此，当板发生振动等时光路也振动，因此，角部的灵敏度有时瞬间变为零。在这种情况下，有时各图像传感器判断为检测出了指示物体12，错误地计算出其坐标值（发生误动作）。

（ⅱ）图8是用于说明图像处理系统20的位置检测装置23的灵敏度的图。如图8所示，位置检测装置23的长度方向的长度变短，因此可以缩短从图像传感器232以及233到灵敏度最低的左右下角部214以及215的距离。因此，能够使图像传感器232以及233的受光元件上的灵敏度提高。因此，能够提高抵抗板的振动等引起的误动作的性能。

<关于灵敏度提高（反射效率的提高）>

图9是用于比较在图像处理系统20的坐标输入装置21中未设置以及设置了用于提高灵敏度的单元（反射构件）的情况下的灵敏度的图。图9A表示不包含反射构件的坐标输入装置21和位置检测装置23、以及这种情况下的灵敏度波形，图9B表示包含反射构件的坐标输入装置21和位置检测装置23、以及这种情况下的灵敏度波形。

如图9B所示，在本实施方式的坐标输入装置21中的输入面的左右侧面的下半部的部分，设置作为锯齿形状且构成该锯齿的各个面朝向位置检测装置的图像传感器232以及233的方向的反射构件。理想的情况下，以使LED光的入射角为90度的方式构成反射构件的各面，但是由于反射带211至213为回归反射带，因此，可以说将各面稍稍朝向图像传感器的方向就有一定的效果。

当比较图9A以及B的灵敏度波形时可知，来自反射构件216以及217的信号强度（图9B）比没有反射构件的情况下（图9A）变大，灵敏度提高。因此，在设置了反射构件的情况下与没有设置时相比，误检测出指示物体12的可能性降低。

此外，若坐标装置21的输入面的纵横比变大，则设置反射构件的必要性减小。例如，在纵横比为4:3的情况下，侧面中的LED光的入射角度增大，因此，灵敏度提高的程度增大，但是在16:9的情况下，LED光的入射角度与4:3的情况下相比减小，因此，灵敏度提高的程度比4:3时小。

<关于计算坐标值修正的必要性>

图10是用于说明有必要对指示物体12的计算出的坐标位置进行修正的图。在图10B中考虑指示物体12在T1点的情况和在T2点的情况。如图10B所示，T1点和T2点的高度（Y）方向的位置相同，但是T2点比T1点位于坐标输入装置21的输入面的外侧。关于具有相同Y坐标的点，越是位于外侧的点，来自左右的图像传感器232以及233的镜头（广角镜头）的角度越减小。角度越减小，镜头以镜头的周边部获取到物体，越容易受到镜头的端部的失真的影响。因此，坐标的读取误差增大。根据发明人的研究，例如在T2点在对角77英寸（纵横比4:3）的情况下产生5mm左右的读取误差，在88英寸（纵横比16:9）的情况下产生10mm左右的读取误差。

因此，在本实施方式中，图像处理系统20的运算装置24具有坐标修正部241，修正由镜头的失真导致的读取误差（坐标计算误差）。例如预先求出与失真量对应的误差量，以预先求出的误差量修正在包含失真的情况下计算出的坐标值即可。

为了预先求出镜头引起的误差量进行如下处理。由于广角镜头失真的特性各不相同，因此例如如图11所示，在各坐标设立针来进行与通过镜头的图像传感器232以及233上的位置的调整（校准）。根据该信息，针对X轴以及Y轴方向使用最小二乘法近似到最佳值。通过比较该最佳值和实际的测定值（控制设备231的运算值），求出误差量，可以设为修正值。此外，与纵横比4:3相比，在16:9的情况下输入面的尺寸大，因此，定位针的数量也增多。

在此，运算装置24中具有坐标修正部241，但是也可以在控制设备231中包含坐标修正部241的功能。

<总结>

在本发明的实施方式中，位置检测装置的图像传感器（至少两个）分别具有用于覆盖作为摄像范围的框体的侧面部以及底面侧的几乎全部区域（参照图5以及6）的广角镜头。当使用广角镜头时视场角变宽，因此，至少两个图像传感器接近控制设备并且被固定配置在控制设备上。并且，位置检测装置被设置在坐标输入装置的上面部的大致中央。由此，可以使位置检测装置紧凑，并且还能够实现位置检测精度的提高。另外，通过变得紧凑，能够减小由于位置检测装置的扭转或弯曲等引起的图像传感器（左）（右）的位置偏移。而且，通过位置检测装置的长度方向的长度缩短，能够缩短从图像传感器到灵敏度最低的角部（坐标输入装置的左右下角部）的距离。因此，可以提高抵抗板的振动等导致的误动作的性能。

另外，通过紧凑化能够减少配线或IC等。图像传感器通过电缆与控制设备连接，将每秒60~100帧的图像发送到控制设备。但是，由于电缆的长度为数十厘米长，因此不得不考虑信号的衰减。为此，以往需要使用用LVDS等变换为低电压的信号的方式，但是，通过紧凑化，即使不考虑信号衰减也没问题。另外，通过紧凑化可以提高抵抗由于板的振动等导致的误动作的性能。

而且，目前必须按坐标输入装置的尺寸来准备各个位置检测装置，但是根据本发明的实施方式，能够与坐标输入装置的尺寸无关地将位置检测装置通用化。

当使用广角镜头时，在镜头周边部，取得图像有可能失真。因此，可以设置修正通过位置检测装置计算出的指示物体的坐标值，除去广角镜头的失真的影响的功能。由此，可以取得更准确的指示物体的坐标值，通过显示装置输出的图像变得适当。

另外，在坐标输入装置的框体的侧面部设置了用于提高反射率的反射构件。即使使用回归性的反射带，有时也无法高灵敏度地对光的入射角增大的部分的图像进行摄像，但是，由此可以提高反射效率，提高图像传感器中的受光灵敏度。

Claims (5)

1.一种图像处理系统，其特征在于，

包含：

坐标输入装置，其具有用于通过指示物体来输入坐标的坐标输入面、以包围该坐标输入面的至少侧面部和底面部的方式设置的框体，并且在所述框体的所述侧面部以及所述底面部粘贴了具有回归反射性的反射部件；

位置检测装置，其具有至少两个图像传感器、设置在该各图像传感器的附近的多个光源和控制设备，来自所述多个光源的光照射在所述框体上，所述图像传感器的受光元件接收来自所述反射部件的反射光，所述控制设备基于接收到信息计算所述指示物体的坐标值；

运算装置，其使用通过所述位置检测装置计算出的所述指示物体的坐标值来进行图像处理；以及

显示装置，其输出通过所述运算装置得到的图像处理结果，

所述位置检测装置被设置在所述坐标输入装置的所述框体的上面部，

所述至少两个图像传感器分别具有广角镜头，该广角镜头用于覆盖作为摄像范围的所述框体的所述侧面部以及所述底面部的大致全部区域。

2.根据权利要求1所述的图像处理系统，其特征在于，

所述至少两个图像传感器与所述控制设备接近地配置，

所述位置检测装置被设置在所述坐标输入装置的所述上面部的大致中央。

3.根据权利要求2所述的图像处理系统，其特征在于，

所述运算装置修正通过所述位置检测装置计算出的所述指示物体的坐标值，除去所述广角镜头的失真的影响。

4.根据权利要求2所述的图像处理系统，其特征在于，

在所述坐标输入装置的所述框体的侧面部设置了用于提高反射率的反射构件。

5.一种安装在坐标输入装置中的位置检测装置，其特征在于，

包含：至少两个图像传感器；

在所述图像传感器的各自的附近设置的多个光源；以及

控制设备，

所述至少两个图像传感器与所述控制设备接近地被固定设置，

所述图像传感器具有受光元件，该受光元件接收来自所述多个光源的光照射到物体而来自该物体的反射光，

所述控制设备基于所述接收到的反射光的信息，计算位于所述坐标输入装置的输入面上的指示物体的坐标值，

所述至少两个图像传感器分别具有广角镜头，该广角镜头用于覆盖作为摄像范围的左右大致180度的视野区域。

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