CN103176599B - 互动式系统及互动式装置 - Google Patents

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Abstract

一种互动式系统及互动式装置，互动式装置可与一可显示一影像画面的显示装置通讯，该互动式装置包含一摄像单元、一耦接于摄像单元的控制单元以及耦接于控制单元的一回馈单元及一信号传输单元，摄像单元撷取部分显示装置所显示的影像画面，控制单元将摄像单元所撷取的画面通过信号传输单元传送至显示装置，并与显示装置通讯，且根据显示装置回传的一对应摄像单元所撷取的画面的回馈信号，控制回馈单元发出一对应回馈信号的回馈信息。如此，通过互动式装置撷取显示装置所显示的影像，并通过无线传输的方式与显示装置沟通，以达到互动式装置与显示装置互动的目的。

Description

互动式系统及互动式装置
技术领域
本发明涉及一种互动式装置，特别是涉及一种可与显示装置互动的互动式装置。
背景技术
随着科技的进步及人们生活娱乐上的需求，现有的显示装置可通过其所输出的画面及使用者界面，与使用者相互沟通互动。
然而，对于互动教学用的显示装置来说，其人机界面技术(例如：Microsoft Surface、Sony atracTable)皆是使用特制显示器，此种类型的显示器会内嵌摄影机，来追踪使用者手部或是物体于屏幕上的位置，借以产生互动的画面。但是，此类显示器并不相容于现有的显示装置，且机台笨重，制作成本高，也不具可携性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种互动自然、低成本且具有可携性的互动式装置。
本发明互动式装置，可与一显示装置通讯，该显示装置显示一影像画面，该互动式装置包含一摄像单元、一耦接于摄像单元的控制单元、一耦接于控制单元的回馈单元及一耦接于控制单元的信号传输单元，其中，摄像单元会撷取部分显示装置所显示的影像画面，控制单元将摄像单元所撷取的画面通过信号传输单元传送至显示装置，并与显示装置通讯，且根据显示装置回传的一对应摄像单元所撷取的画面的回馈信号，控制回馈单元发出一对应回馈信号的回馈信息。如此，通过互动式装置撷取显示装置所显示的影像，并通过无线传输的方式与显示装置相互沟通，将可达到互动式装置与显示装置互动的目的。
详细地说，显示装置所显示的影像画面包括至少一识别符号(symbol)，摄像单元撷取部分影像画面并辨别相对应的识别符号，且控制单元将该识别符号通过信号传输单元传送至显示装置，并与该显示装置通讯，且根据显示装置回传的回馈信号，控制回馈单元输出回馈信息。
本互动式装置还包含一耦接于控制单元的电力单元，用以提供摄像单元、控制单元及信号传输单元运作时所需的电力。
本互动式装置还包含一耦接于该控制单元的处理单元，该控制单元控制该处理单元将该摄像单元所撷取的画面进行处理，并于处理后通过该信号传输单元传送至该显示装置。
另外，本发明的另一目的，即在提供一种互动性高、低成本且具有可携性的互动式系统。
本发明互动式系统，包含一显示装置及一互动式装置。显示装置包括一显示模块、一耦接于显示模块的处理模块及一耦接于处理模块的收发模块，显示模块用以显示一影像画面；互动式装置包括一摄像单元、一耦接于摄像单元的控制单元及一耦接于控制单元且与收发模块通讯的信号传输单元。摄像单元撷取部分显示模块所显示的影像画面，控制单元将摄像单元所撷取的画面通过信号传输单元传送至收发模块，使得处理模块根据摄像单元所撷取的画面判断互动式装置相对于影像画面的位置。因此，显示装置利用影像识别的方式定位出互动式装置相对于显示装置的位置，并以此与互动式装置互动，且显示装置也不需要额外装设摄像设备而改变设计，其制作成本得以降低，也更具有可携性。
此外，本发明互动式系统，也可包含一显示装置及一互动式装置。显示装置包括一显示模块及一耦接于显示模块的收发模块，显示模块用以显示一影像画面；互动式装置包括一摄像单元、一耦接于摄像单元的控制单元、一耦接于控制单元的处理单元及一耦接于控制单元且与收发模块通讯的信号传输单元。摄像单元撷取部分显示模块所显示的影像画面，控制单元控制处理单元根据摄像单元所撷取的画面判断互动式装置相对于影像画面的位置，并将该位置通过信号传输单元传送至收发模块，使得显示模块显示对应该位置的画面。同样地，显示装置也可以利用影像识别的方式定位出互动式装置相对于显示装置的位置，并以此与互动式装置互动。
详细地说，影像画面包括至少一识别符号(symbol)，摄像单元是撷取部分影像画面并辨别该识别符号，控制单元将识别符号通过信号传输单元传送至收发模块，使得处理模块或处理单元根据识别符号判断互动式装置相对于影像画面的位置。
此外，互动式装置还包括一耦接于控制单元的回馈单元，控制单元根据处理模块或处理单元的判断结果，控制回馈单元发出对应摄像单元所撷取的画面的信号。进一步地，回馈单元可为显示器、扬声器及震动器或其组合。
互动式装置还包括一耦接于控制单元的电力单元，用以提供摄像单元、控制单元及信号传输单元运作时所需的电力。
本发明的有益效果在于：显示装置利用影像识别的方式定位出互动式装置的位置，借此达到与互动式装置互动的功效，且显示装置将不需要额外装设摄像设备而改变设计，其制作成本得以降低，也更具可携性。
附图说明
图1是说明本发明互动式系统的第一实施例；
图2是说明显示模块为显示期间所显示的画面以及互动式装置所显示的回馈画面。
图3是说明显示模块为辨识期间所显示的画面。
图4是说明本发明互动式系统的第二实施例。
图5是说明本发明互动式系统的第三实施例，其中回馈单元是显示口腔的横向切面。
图6是说明本发明互动式系统的第三实施例，其中回馈单元是显示口腔的纵向切面。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1，为本发明互动式系统的第一实施例，该互动式系统100包含一显示装置10及一可与显示装置10相互通讯的互动式装置(interactive apparatus)20，在本实施例中，显示装置10为一大型平板计算机，其中包括一显示模块11、一耦接于显示模块11的处理模块12以及一耦接于处理模块12的收发模块13，配合参阅图2及图3，显示模块11用以显示一影像画面30，其可利用特殊形状、色彩或是条码(barcode)等图形编码技术产生，且该影像画面30包括多个可供辨识的识别符号(symbol)31，例如：QR code；处理模块12用以处理影像信号，以判断互动式装置20相对于影像画面30的位置，并回传一回馈信号至互动式装置20，以进行互动，其相关细节将于后段补述；收发模块13用以与互动式装置20通讯以传输数据。
互动式装置20包括一摄像单元21、一控制单元22、一信号传输单元23、一回馈单元24及一电力单元25。
摄像单元21为一短景深(DOF)的照相元件，例如：影像感测器(Contact Image Sensor，CIS)，摄像单元21用以撷取影像画面30中其中一识别符号31，并辨别该识别符号31，以判断该识别符号31是否为有效符号，特别说明的是，摄像单元21的摄像范围会根据识别符号31的大小而改变，该摄像范围至少需大于一个识别符号31的大小；控制单元22耦接于摄像单元21，用以控制所有电路元件的运作；信号传输单元23耦接于控制单元22，并以无线的方式(例如：WiFi、蓝牙等)与显示装置10的收发模块13通讯以传输数据；回馈单元24受控制单元22的控制而输出对应摄像单元21所撷取的画面的回馈信息，在本实施例中，回馈单元24为一显示器(display device)，因此该回馈信息为一对应摄像单元21所撷取的画面的回馈画面，但不以显示器为限，回馈单元24也可以为一扬声器(speaker)或一震动器，或是上述的组合；电力单元25为一电池组且耦接于控制单元22，用以提供所有电路元件运作时所需的电力。
在显示模块11显示影像画面30的一工作周期中，主要可分为一显示期间及一辨识期间，于显示期间中，显示模块11显示一如图2所示的谷歌地图(Google Map)的街道式地图，而在辨识期间中，显示模块11则会显示多个如图3所示的识别符号31，由于所述相互排列的识别符号31提供互动式装置20辨识而产生相对应的互动画面，故通常辨识期间的时间会短于显示期间。
当互动式装置20置于显示模块11上且静止不动时，互动式装置20进入一绝对定位(absolute localization)阶段，摄像单元21会撷取部分显示模块11所显示的画面，并辨别是否为有效识别符号31，若辨别为有效识别符号31，控制单元22会将该识别符号31通过信号传输单元23传送至显示装置10的收发模块13，处理模块12利用一内建的电子地图与该识别符号31进行比较，以判断互动式装置20相对于影像画面30(街道式地图)的位置，并产生一绝对坐标(x，y)及对应该绝对坐标的相关地图信息(回馈信号)。随后，收发模块13将该相关地图信息回传至互动式装置20的信号传输单元23，使得控制单元22控制回馈单元24(显示器)显示对应该绝对坐标的街景照片40(回馈信息)。如此，通过显示装置10与互动式装置20之间的相互沟通，可使显示装置10确实地追踪互动式装置20于影像画面30上的位置，以达互动的功能，且显示装置10并不需要额外安装摄像设备，更有利于现有平板计算机微小化及可携性的应用。
补充说明的是，处理模块12除了使用精确坐标定位外，也可以利用影像画面30中的一物件来表示定位结果，即处理模块12判断该识别符号31为地图上的物件(例如：加油站)时，则从一内建存储器中直接读取对应该物件的绝对坐标，如此同样能达到定位功能。
此外，本实施例的互动式装置20还包括一耦接于控制单元22的电子罗盘26，用于感测互动式装置20与北方的夹角，以辨识互动式装置20的摆向。因此，在摄像单元21辨别其摄像的识别符号31为有效识别符号31时，控制单元22会将该识别符号31连同互动式装置20的摆向一并传送至显示装置10，使得处理模块12所产生的地图信息会与互动式装置20的摆向有关，如此使用者将可以利用互动式装置20与北向的夹角来显示同一绝对位置不同视角的街景照片40。
当互动式装置20于显示模块11上且移动时，互动式装置20进入一相对定位(relative localization)阶段，摄像单元21会随着互动式装置20的移动而连续拍摄多张影像，并将所述影像传送至显示装置10，由于所述影像是短时间连续拍摄，彼此之间会有部分的重叠，处理模块12即利用所述影像部分重叠的特性，来计算互动式装置20的位移量，再将该位移量加上绝对定位阶段所得到的绝对位置，以推算出互动式装置20移动后的绝对位置。如此一来，处理模块12不用如绝对定位阶段时将每张影像进行比对，以更节省计算时间。
然而，相对定位阶段中的计算也可以于互动式装置20执行，参阅图1，互动式装置20还可包含一耦接于控制单元22的计算单元27，用以根据摄像单元21连续拍摄的多张影像，计算出互动式装置20的位移量，再将该位移量加上绝对定位阶段所得到的绝对位置，如此同样可以推算出互动式装置20移动后的绝对位置。
此外，互动式装置20中也可以包含一耦接于控制单元22的处理单元28，在互动式装置20进入绝对定位阶段时，摄像单元21撷取部分显示模块11所显示的画面并辨别为有效识别符号31后，控制单元22可直接控制处理单元28判断互动式装置20相对于影像画面30的位置，例如：将该识别符号31解码以得到一携带位置(x，y)信息的文字，之后控制单元22将该位置通过信号传输单元23回传至显示装置10，使得显示装置10的显示模块11显示更新的互动画面。因此，由上述可知，判断位置的处理可以通过显示装置10的处理模块12或是互动式装置20的处理单元28来执行，并不以本实施例为限。特别说明的是，若判断位置的处理改由互动式装置20的处理单元28，则显示装置10可以不需要处理模块12的设置。
参阅图1及图4，图4为本发明互动式系统的第二实施例，其大致与第一实施例相同，惟不同之处在于，本实施例的显示装置10为一具有触控功能的平板计算机(例如；iPAD)，其中显示模块11则为一触控面板。
在本实施例中，显示装置10同样包括一显示模块11、一耦接于显示模块11的处理模块12以及一耦接于处理模块12的收发模块13，其中显示模块11所显示的影像画面30为一游戏画面(如图4)，互动式装置20则包括一摄像单元21、一耦接于摄像单元21的控制单元22以及耦接于控制单元22的一信号传输单元23、一回馈单元24及一电力单元25，其各电路元件的功能皆与第一实施例相同，故不多加赘述。
与第一实施例不同的是，在互动式装置20未置于显示模块11上时，显示模块11会持续显示影像画面30，直到显示模块11侦测到互动式装置20置于显示模块11上所产生的触压信号，显示模块11才会显示对应该触压位置的识别符号31，以供互动式装置20摄像辨识。且特别说明的是，由于显示模块11所显示的影像画面30为大富翁游戏画面，故影像画面30仅需要在特定的地方(例如：围绕在影像画面30周围的区域)绘制识别符号31即可。
因此，当使用者将互动式装置20移动于显示模块11上时，显示模块11会显示对应触压位置的识别符号31，使摄像单元21可撷取该识别符号31，并利用影像识别技术加以识别，信号传输单元23将此识别结果以无线的方式传送至显示装置10，处理模块12经过信号处理后即可得知互动式装置20相对于影像画面30的位置，此为定位过程。定位完成后，收发模块13将对应该位置的画面信号回传至互动式装置20，使得互动式装置20的回馈单元24提供使用者回馈信息50，其包括显示位置信息、物件信息等，以达与显示装置10互动的目的。
参阅图1及图5，图5为本发明互动式系统的第三实施例，其大致与第一实施例相同，惟不同之处在于，本实施例的互动式系统100是用于医疗影像的三维(3D)显像，该三维显像技术包括计算机断层(Computed Tomography，CT)、磁振造影(MagneticResonance Imaging，MRI)、正子/计算机断层扫描(PET/CT)等。
在本实施例中，显示装置10同样包括一显示模块11、一耦接于显示模块11的处理模块12以及一耦接于处理模块12的收发模块13，其中显示模块11所显示的影像画面30为一断层扫描影像的口腔截面(如图5)，互动式装置20则包括一摄像单元21、一耦接于摄像单元21的控制单元22以及耦接于控制单元22的一信号传输单元23、一回馈单元24、一电力单元25及一电子罗盘26，其各电路元件的功能皆与第一实施例相同，故不多加赘述。
当使用者将互动式装置20在显示模块11上移动时，会连续辨识其相对于显示装置10的位置(x，y)，并通过回馈单元24(显示器)显示该位置(x，y)的垂直切面图。特别说明的是，此处所谓的垂直切面是指互动式装置20与显示装置10的画面垂直的切面，即在图5中，互动式装置20的位置(x，y)为显示装置10上L1及L2线的交叉点，且通过电子罗盘26可感测互动式装置20与北方的夹角，进而得知互动式装置20上的显示屏幕(回馈单元24)面向南方，故互动式装置20显示在此位置(x，y)口腔的横向切面(L1方向切面)。同样地，在图6中，通过电子罗盘26而得知互动式装置20上的显示屏幕(回馈单元24)面向西方，故互动式装置20显示在此位置(x，y)口腔的纵向切面(L2方向切面)。因此，通过显示装置10与互动式装置20的互动，使得互动式装置20可呈现口腔截面中不同方向的立体影像。
综上所述，本发明互动式系统100，通过互动式装置20撷取显示装置10所显示的影像，并通过无线传输的方式与显示装置10相互沟通，以使显示装置10得知互动式装置20的位置并提供回馈信息，如此显示装置10将不需要额外装设摄像设备而改变设计，其制作成本得以降低，也更具可携性，且显示装置10还可以同时定位多个互动式装置20，使多位使用者可同时与显示装置10互动，故确实能达成本发明的目的。

Claims (5)

1.一种互动式系统，其特征在于，
该互动式系统包含：
一显示装置，包括一显示模块、一耦接于该显示模块的处理模块及一耦接于该处理模块的收发模块，该显示模块显示一影像画面；及
一互动式装置，包括一摄像单元、一耦接于该摄像单元的控制单元、一耦接于该控制单元且与该收发模块通讯的信号传输单元、一耦接于该控制单元的显示器、及一耦接于该控制单元的电子罗盘，该摄像单元撷取部分该影像画面，该控制单元将该摄像单元所撷取的画面通过该信号传输单元传送至该收发模块，使得该处理模块根据该摄像单元所撷取的画面判断该互动式装置相对于该影像画面的位置，且该控制单元依据该互动式装置相对于该影像画面的不同位置而控制该显示器显示平面地图不同位置的街景照片或控制该显示器显示医疗影像不同位置的切面图像，该电子罗盘感测该互动式装置的摆向，该控制单元将该互动式装置的摆向传送至该显示装置，使得该处理模块所产生的信息与该互动式装置的摆向有关。
2.根据权利要求1所述的互动式系统，其特征在于，该显示模块显示的影像画面包括多个可供辨识的识别符号，该显示模块显示影像画面的一工作周期分为一显示期间及一辨识期间，在该辨识期间中，该显示模块显示所述识别符号，且该辨识期间的时间短于该显示期间的时间。
3.一种互动式装置，能与一显示装置通讯，该显示装置显示一影像画面，其特征在于，
该互动式装置包含：
一摄像单元，用以撷取部分该影像画面；
一控制单元，耦接于该摄像单元；
一显示器，耦接于该控制单元；
一信号传输单元，耦接于该控制单元，该控制单元将该摄像单元所撷取的画面通过该信号传输单元传送至该显示装置，并与该显示装置通讯，且该控制单元依据该互动式装置相对于该影像画面的不同位置而控制该显示器显示平面地图不同位置的街景照片或控制该显示器显示医疗影像不同位置的切面图像；及
一电子罗盘，耦接于该控制单元，该电子罗盘感测该互动式装置的摆向，该控制单元将该互动式装置的摆向传送至该显示装置，使得该显示装置所产生的信息与该互动式装置的摆向有关。
4.根据权利要求3所述的互动式装置，其特征在于，该互动式装置还包含一耦接于该控制单元的电力单元，该电力单元用以提供该摄像单元、该控制单元、该信号传输单元及该显示器运作时所需的电力。
5.根据权利要求3所述的互动式装置，其特征在于，该互动式装置还包含一耦接于该控制单元的处理单元，该控制单元控制该处理单元将该摄像单元所撷取的画面进行处理，且该影像画面包括多个可供辨识的识别符号，在该摄像单元的摄像为有效识别符号时，该控制单元将该识别符号连同该互动式装置的摆向一并通过该信号传输单元传送至该显示装置。
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