CN103425270A - 光标控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光标控制系统。通过依据手持式装置的位置信息以及轴向信息计算出光标位置信息。显示器依据光标位置信息以显示光标或执行相对应的控制指令。

Description

光标控制系统

技术领域

本发明是有关于一种控制装置，且特别是有关于一种光标控制系统。

背景技术

随着科技的进步，目前一般家庭中各式各样的电子装置如电视机、冷气机、电风扇与数码影音光碟机(digital video disc-DVD)等皆会配备遥控器。目前较为常见的遥控信号为具有方向性的红外线信号(infrared，IR)。一般来说，在现有技术中遥控装置具有一红外线发射器，而电子装置则具有两个红外线摄影机，红外线可检测遥控装置上红外线发射器所发射的红外线信号。而通过分析红外线摄影机检测红外线信号所得到的结果，便可得知遥控装置相对于电子装置的位置。如此一来，便可利用遥控装置相对于电子装置的位置变化来对电子装置进行操控。举例来说，假设电子装置为一电脑，可使电脑在屏幕上显示的光标随着遥控装置移动而移动。

现有的遥控装置虽可有效操控电子装置，当遥控装置的位移变化跟电子装置间的光标变化为1∶1关系时，则光标欲有大范围位移变化，遥控装置亦须有大范围位移变化；当两者之间不为1∶1关系时，操作上精确度则受影响。此两种情况皆会大幅降低其使用上的便利性。

发明内容

本发明提供一种光标控制系统，可避免遥控装置位移变化限制降低使用上的便利性。

本发明提出一种光标控制系统，适于用以控制一显示器上的一光标，该光标控制系统包括一手持式装置以及一光标位置计算装置。其中手持式装置包括多个参考光源、一陀螺仪以及一信号发射模块。其中陀螺仪读出手持式装置的转动状态，以获得一轴向信息。信号发射模块耦接陀螺仪，将轴向信息转换为一无线信号。光标位置计算装置包括一映像检索模块、一信号接收模块以及一处理单元。其中映像检索模块检索上述多个参考光源的映像。信号接收模块接收无线信号。处理单元耦接映像检索模块与信号接收模块，依据上述多个参考光源的映像及无线信号计算出一光标位置信息，显示器根据光标位置信息显示光标。

在本发明的一实施例中，上述的陀螺仪为一垂直陀螺仪，检测手持式装置与一垂直倾斜角度轴间的角度，以获得轴向信息。

在本发明的一实施例中，映像检索模块包括一第一映像检索单元以及一第二映像检索单元。其中第一映像检索单元检索上述多个参考光源的映像。第二映像检索单元检索上述多个参考光源的映像，第一映像检索单元与第二映像检索单元间的相对位置关系为固定，处理单元还依据第一映像检索单元与第二映像检索单元间的相对位置关系计算光标位置信息。

在本发明的一实施例中，上述多个参考光源为红外线光源，无线信号为蓝牙信号。

本发明亦提出一种光标控制系统，适于用以控制一显示器上的一光标，该光标控制系统包括一手持式装置以及一光标位置计算装置。其中手持式装置包括多个参考光源、一陀螺仪以及一信号发射模块。陀螺仪读出手持式装置的转动状态，以获得一个轴向信息。信号发射模块耦接陀螺仪，将上述一个轴向信息转换为一无线信号。光标位置计算装置包括一映像检索模块、一信号接收模块以及一处理单元。其中映像检索模块检索上述参考光源的映像。信号接收模块接收无线信号。处理单元耦接映像检索模块与信号接收模块，依据上述参考光源的映像及无线信号计算出一光标位置信息，显示器根据光标位置信息显示光标。

在本发明的一实施例中，当该光标位置信息指示该光标位于该显示器的显示屏幕的范围内时，该显示器根据该光标位置信息显示该光标，当该光标位置信息指示该光标位于该显示器的显示屏幕的范围外时，该显示器根据该光标位置信息执行与其相对应的操作指令。

在本发明的一实施例中，上述的映像检索模块包括一第一映像检索单元以及一第二映像检索单元。第一映像检索单元检索上述参考光源的映像。第二映像检索单元检索上述参考光源的映像，第一映像检索单元与第二映像检索单元间的相对位置关系为固定，处理单元更依据第一映像检索单元与第二映像检索单元间的相对位置关系计算光标位置信息。

在本发明的一实施例中，上述的参考光源为红外线光源，无线信号为蓝牙信号。

在本发明的一实施例中，上述的手持式装置包括一轴向陀螺仪。该陀螺仪检测手持式装置与一垂直轴间的倾斜角度(Pitch)。

基于上述，本发明通过依据手持式装置的位置信息以及轴向信息计算出光标位置信息，并依据光标位置信息于显示器上显示光标或执行相对应的控制指令，以避免遥控装置位移变化限制降低使用上的便利性。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图做详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的光标控制系统的示意图；

图2A～2C为本发明实施例的手持式装置的转动示意图；

图3A与图3B为参考光源在红外线摄影机的电荷耦合装置上的成像示意图；

图4为参考光源在红外线摄影机的电荷耦合装置上的成像位置与三维空间位置的关系示意图；

图5为本发明一实施例的计算参考光源在三维空间位置的示意图；

图6为本发明另一实施例的光标控制系统的示意图；

图7为本发明一实施例的光标控制系统的输入控制示意图；

图8为本发明另一实施例的光标控制系统的示意图。

附图标记说明：

102：显示器；

104：手持式装置；

106：光标位置计算装置；

108：信号发射模块；

110：陀螺仪；

112：映像检索模块；

112A：第一映像检索单元；

112B：第二映像检索单元；

114：信号接收模块；

116：处理单元；

810A：水平陀螺仪；

810B：垂直陀螺仪；

S1：无线信号；

L1、L2、L3：参考光源；

α、β、γ：转动角度；

R：射线；

σ：水平角度；

θ：垂直角度；

D：距离；

R1、R2：射线；

P1：虚拟指向点。

具体实施方式

图1为本发明一实施例的光标控制系统的示意图。请参照图1，光标控制系统包括一手持式装置104以及一光标位置计算装置106，光标控制系统适于用以控制显示器102上的一光标，其中手持式装置104可做为显示器102的输入装置。显示器102用以在其显示屏幕上显示一映像画面，其可例如为液晶显示器、等离子显示器等常见的显示装置。手持式装置104可包括参考光源L1、L2、一信号发射模块108以及一陀螺仪110，其中陀螺仪110耦接信号发射模块108。陀螺仪110用以读出手持式装置104的转动状态，以获得一轴向信息，而信号发射模块108则将轴向信息转换为一无线信号S1，并将其发送给光标位置计算装置106。在本实施例中参考光源L1、L2可例如为红外线发光二极管，而陀螺仪110可例如为垂直陀螺仪，其可检测手持式装置104与一垂直轴间的倾斜角度(Pitch)，以获得上述轴向信息。另外，信号发射模块108可例如为蓝牙信号发射器。

另外，光标位置计算装置106可配置于显示器102上，其包括一映像检索模块112、一信号接收模块114以及一处理单元116，其中处理单元116耦接映像检索模块112与信号接收模块114，信号接收模块114可例如为蓝牙信号接收器，而映像检索模块112可例如为红外线摄影机。映像检索模块112用以检索参考光源L1、参考光源L2的映像，信号接收模块114用以接收无线信号S1，处理单元116则依据参考光源L1、参考光源L2的映像及无线信号S 1计算出一光标位置信息，以使显示器102可根据光标位置信息在其显示屏幕上显示光标，亦可使显示器102根据光标位置信息执行相对应的操作指令。

举例来说，当光标位置信息指示光标位于显示器102的显示屏幕的范围内时，显示器102根据光标位置信息在其显示屏幕上显示光标，而当光标位置信息指示光标位于显示器102的显示屏幕的范围外时，显示器102根据光标位置信息执行调整音量或转换频道等等操作。

如上所述，由于处理单元116可通过参考光源L1、参考光源L2的映像及无线信号S1分别获得手持式装置104的位置信息与轴向信息，并进一步依据此位置信息与轴向信息计算出光标位置信息，以使显示器102依据光标位置信息执行不同的功能操作，因此使用者可不需通过移动手持式装置104的位置来达到遥控显示器102的效果，仅通过转动手持式装置104即可遥控显示器102。如此一来，便可避免遥控装置位移变化限制降低使用上便利性的问题。

进一步来说，映像检索模块112可包括一第一映像检索单元112A以及一第二映像检索单元112B，其中第一映像检索单元112A与第二映像检索单元112B间的相对位置关系为固定。在本实施例中，第一映像检索单元112A与第二映像检索单元112B为红外线摄影机。第一映像检索单元112A与第二映像检索单元112B分别皆可检索参考光源L1、参考光源L2的映像，处理单元116依据第一映像检索单元112A与第二映像检索单元112B的映像检索结果以及第一映像检索单元112A与第二映像检索单元112B间的相对位置关系来计算参考光源L1、参考光源L2在三维空间中的位置。而通过参考光源L1、参考光源L2在三维空间中的位置变化情形，除了可得知手持式装置104的位置外，还可得知手持式装置104在特定方向的转动角度。因为旋转180度时对光标的计算结果一样，所以当转动角度大于180度时，仅考虑扣掉180度后的角度。亦即L1、L2位置对调不影响光标计算。

举例来说，图2A～2C为本发明实施例的手持式装置的转动示意图。如图2A所示，当手持式装置104以垂直轴(亦即Y轴)为转动轴时，可通过检测参考光源L1与参考光源L2的位置变化，以得知手持式装置104的转动角度变化(如图2A转动角度α)。其中上述的Y轴与参考光源L1和参考光源L2的连线(亦即X轴)相互垂直。另外，如图2B所示，若手持式装置104以Z轴为转动轴时，亦可通过检测参考光源L1与参考光源L2的位置变化，来得知手持式装置104的转动角度变化。因为旋转180度时对光标的计算结果一样，所以当转动角度大于180度时，仅考虑扣掉180度后的角度。亦即参考光源L1、参考光源L2位置对调不影响光标计算。其中上述的Z轴(纵轴longitudinalaxis)、X轴(横轴lateral axis)与Y轴(垂直轴vertical axis)相互垂直。

此外，处理单元116除了依据参考光源L1、参考光源L2的映像来计算得知手持式装置104的部分转动情形外，亦可通过信号接收模块114所接收的无线信号S1来获得无法通过参考光源L1、参考光源L2的映像所得到的轴向信息。例如，图2C为本发明实施例的手持式装置的转动示意图。如图2C所示，当手持式装置104以参考光源L1与参考光源L2的连线(亦即X轴)为转动轴时，通过检测手持式装置104与垂直轴间所夹的角度即可得知手持式装置104的转动角度变化(如图2B的倾角为γ，亦即手持式装置104的转动角度为γ)。当仰俯角度大于90度时，该范围所计算的光标将不具参考意义。

详细来说，处理单元116计算参考光源L1、参考光源L2在三维空间中的位置的方式可如下所述。图3A与图3B为参考光源L1在红外线摄影机的电荷耦合装置(Charge-Coupled Device，CCD)上的成像示意图。图4为参考光源L1在红外线摄影机的电荷耦合装置上的成像位置与三维空间位置的关系示意图。请同时参照图3A、3B以及图4，在红外线摄影机的电荷耦合装置上的任何一象素皆有与其相应的射线R。为使所有电荷耦合装置上的象素皆可落于[-1，+1]的范围内，可先对坐标进行正规化(如图3B所示)。而正规化后，原本的象素坐标xnormal与正规化后的象素坐标x的关系，以及原本的象素坐标ynormal与正规化后的象素坐标y的关系如下列式子所示：

$x=\frac{{2\×x}_{\mathrm{normal}}}{\mathrm{Pixe}{\mathrm{ls}}_x}-1---\left(1\right)$

$x=\frac{{2\×x}_{\mathrm{normal}}}{\mathrm{Pixe}{\mathrm{ls}}_x}-1---\left(2\right)$

其中Pixelsx为电荷耦合装置上横向的象素数目，而Pixelsy则为电荷耦合装置上纵向的象素数目。而电荷耦合装置上的象素在三维空间中的坐标位置(X′，Y′，Z′)则可如下列式子所示：

X′＝x.tan(σ/2)

Y′＝y.tan(θ/2)(3)

Z′＝1

其中水平角度σ和垂直角度θ为红外线摄影机的内部参数，其可决定射线R的方向。

图5为本发明一实施例的计算参考光源L1在三维空间位置的示意图。如图5所示，其中两个红外线摄影机(亦即第一映像检索单元112A与第二映像检索单元112B)间的距离为D，通过两个红外线摄影机所检测到的值，可分别得到参考光源L1所对应的两条射线R1、R2。而通过求出射线R1、R2的交点即可求出参考光源L1在三维空间中的坐标。在图5中，第一映像检索单元112A的位置坐标为(x′，0，0)，而第二映像检索单元112B的位置坐标为(x′+D，0，0)。射线R1、R2可以下列式子表示：

$R2={\stackrel{\mathrm{\ρ}}{o}}_2+{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{d}}_2\×t_2---\left(4\right)$

其中

${\stackrel{\mathrm{\ρ}}{o}}_2=(x^{\′}+D,\mathrm{0,0})$

${\stackrel{\mathrm{\ρ}}{d}}_1=(X_1,Y_1,Z_1)$

${\stackrel{\mathrm{\ρ}}{d}}_2=(X_2,Y_2,Z_2)$

t₁，t₂∈R＞0

另外，t1与t2的可如下列式子所示：

${\hat{t}}_2=\frac{\det \left(\begin{array}{ccc}{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{o}}_2-{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{o}}_1& {\stackrel{\mathrm{\ρ}}{d}}_1& {\stackrel{\mathrm{\ρ}}{d}}_{1}x{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{d}}_2\end{array}\right)}{{\left|{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{d}}_1{x}^{\′}{\stackrel{\mathrm{\ρ}}{d}}_2\right|}^2}---\left(5\right)$

参考光源L1的三维坐标可通过将射线R1、射线R2进行平均计算而得到，其坐标值如下列式子所示：

类似地，参考光源L2的三维坐标亦可以相同的方式获得，在此不再赘述。通过计算参考光源L1与参考光源L2的位置以及陀螺仪110的检测结果，即可获得手持式装置104完整的位置信息与轴向信息，进而得到光标位置信息。举例来说，图6为本发明另一实施例的光标控制系统的示意图，在图6中参考光源L1与参考光源L2配置于遥控器(亦即手持式装置104)的前端，且遥控器内装陀螺仪110(未示出，在本实施例中其为一可检测俯仰角度(Pitch)的陀螺仪)。其中当遥控器的长轴方向与垂直倾斜角度轴平行时，陀螺仪110所检测到的倾角为0度，且参考光源L1与参考光源L2所在的平面的法向量与遥控器的长轴方向平行。

另外，并设定通过参考光源L1与参考光源L2的连线中点且方向与参考光源L1和参考光源L2所在的平面的法向量平行的射线R，与显示器102所在的平面的交点产生一虚拟指向点P1，其中此虚拟指向点P1的位置关联于遥控器(亦即手持式装置104)的位置信息以及轴向信息。

详细来说，当参考光源L1与参考光源L2所在的平面的法向量(假设其为(a，b，c))决定后，通过参考光源L1与参考光源L2的连线中点(假设其坐标为(x0，y0，z0))的射线(其方向与法向量(a，b，c)平行)与显示器102所在平面(亦即Z＝0的平面)的交点(x″，y″，z″)(亦即虚拟指向点P1)可以下列式子表示：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\′\′}=-z_0\×\frac{a}{c}+x_0\\ y^{\′\′}=-z_0\×\frac{b}{c}+y_0\\ z^{\′\′}=0\end{array}\right.---\left(7\right)$

如此便可直接地通过移动或转动遥控器来对显示器102进行输入控制。举例来说，当使用者移动或转动控制器而使虚拟指向点P1位于显示器102的显示屏幕的范围内时，处理单元116控制显示器在虚拟指向点P1所在位置上显示一光标。如此，使用者便可将光标移至显示界面上的选择区域，并配合遥控器上的按钮对显示器102进行功能操作。

又例如，当虚拟指向点P1位于显示器102的显示屏幕的范围外时，处理单元116控制显示器102执行与遥控器(亦即手持式装置104)的位置信息以及轴向信息相对应的操作指令。举例来说，图7为本发明一实施例的光标控制系统的输入控制示意图。如图7所示，可将显示器102所在的平面划分为多个区域，例如将显示器102的框线延伸，而将显示器102的显示屏幕外的区域化分为8个区块。如此一来便可设定当虚拟指向点P1移至不同区域时，显示器102便做出对应的功能操作，进而带给使用者不同的操控感受，并提升使用的便利性。

例如可将显示器102的上方区域设定为转台控制的区域，当使用者将虚拟指向点P1移至显示器102的上方区域，并在此区域做顺时针或逆时针的轨迹运动时，即可切换所收看的频道。又或者是，将显示器102的下方区域设定为音量控制的区域，当使用者将虚拟指向点P1移至显示器102的下方区域，并在此区域做顺时针或逆时针的轨迹运动时，即可控制音量的大小。

值得注意的是，上述实施例虽皆以两个参考光源L1、L2与一个可检测俯仰角度(Pitch)的陀螺仪110来实现手持式装置104，然而实际应用上并不以此为限。在部分实施例中，手持式装置104亦可以仅包括一个参考光源、而上述的陀螺仪110则可改由一个水平陀螺仪(attitude indicator)(可检测俯仰角度(pitch)与翻滚角度(roll))以及一个垂直陀螺仪(direction indicator)(可检测偏摆角度(yaw))来实现，以获得手持式装置的三个轴向信息(例如手持式装置104相对于上述X、Y、Z轴的轴向信息)。

图8为本发明另一实施例的光标控制系统的示意图。请参照图8，本实施例与图1实施例的不同之处在于，本实施例的手持式装置104在参考光源的部分仅包括一个参考光源L3，而陀螺仪的部分则包括一水平陀螺仪810A以及垂直陀螺仪810B。其中水平陀螺仪810A可检测手持式装置104的俯仰角度与翻滚角度，而垂直陀螺仪810B则可检测手持式装置104的偏摆角度。

简单来说，第一映像检索单元112A与第二映像检索单元112B可检索参考光源L3的映像，以得到手持式装置104的位置信息。信号发射模块108与[水平陀螺仪810A]以及[垂直陀螺仪810B]耦接，将[水平陀螺仪810A]以及[垂直陀螺仪810B]所检测到的轴向信息分别传送给信号接收模块114，以指示手持式装置104的转动状态。另外，在本实施例中，第一映像检索单元112A与第二映像检索单元112B间的相对位置关系亦为固定。如此，处理单元116便可依据第一映像检索单元112A与第二映像检索单元112B间的相对位置关系计算手持式装置104的位置信息，并依据水平陀螺仪810A以及垂直陀螺仪810B检测到的轴向信息计算出光标位置信息。其中手持式装置104的位置信息与轴向信息的获得方式与上述实施例类似，本领域普通技术人员应可依据上述实施例的教示推知，因而在此不再赘述。值得注意的是，本实施例虽以两个陀螺仪来获得手持式装置104的三个轴向信息，然并不以此为限，在其他实施例中，亦可以一个陀螺仪或三个陀螺仪来获得手持式装置104的三个轴向信息。亦即只要可获得手持式装置104的三个轴向信息，并不限定陀螺仪的个数。

综上所述，本发明通过依据手持式装置的位置信息以及轴向信息计算出光标位置信息，并依据光标位置信息在显示器上显示光标或执行相对应的控制指令，如此便可避免遥控装置位移变化限制降低使用上的便利性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光标控制系统，其特征在于，适于用以控制一显示器上的一光标，该光标控制系统包括：

一手持式装置，包括：

多个参考光源；

一陀螺仪，读出该手持式装置的转动状态，以获得一轴向信息；以及

一信号发射模块，耦接该陀螺仪，将该轴向信息转换为一无线信号；以及

一光标位置计算装置，包括：

一映像检索模块，检索该些参考光源的映像；

一信号接收模块，接收该无线信号；以及

一处理单元，耦接该映像检索模块与该信号接收模块，依据该些参考光源的映像及该无线信号计算出一光标位置信息，该显示器根据该光标位置信息显示该光标。

2.根据权利要求1所述的光标控制系统，其特征在于，当该光标位置信息指示该光标位于该显示器的显示屏幕的范围内时，该显示器根据该光标位置信息显示该光标，当该光标位置信息指示该光标位于该显示器的显示屏幕的范围外时，该显示器根据该光标位置信息执行与其相对应的操作指令。

3.根据权利要求1所述的光标控制系统，其特征在于，该陀螺仪为一可检测俯仰角度的陀螺仪，检测该手持式装置与一垂直轴间的角度，以获得该轴向信息。

4.根据权利要求1所述的光标控制系统，其特征在于，该映像检索模块包括：

一第一映像检索单元，检索该些参考光源的映像；以及

一第二映像检索单元，检索该些参考光源的映像，该第一映像检索单元与该第二映像检索单元间的相对位置关系为固定，该处理单元还依据该第一映像检索单元与该第二映像检索单元间的相对位置关系计算该光标位置信息。

5.根据权利要求1所述的光标控制系统，其特征在于，该些参考光源为红外线光源，该无线信号为蓝牙信号或射频信号。

6.一种光标控制系统，其特征在于，适于用以控制一显示器上的一光标，该光标控制系统包括：

一手持式装置，包括：

一参考光源；

至少一陀螺仪，读出该手持式装置的转动状态，以获得三个轴向信息；以及

一信号发射模块，耦接该至少一陀螺仪，将该些轴向信息转换为一无线信号；以及

一光标位置计算装置，包括：

一映像检索模块，检索该参考光源的映像；

一信号接收模块，接收该无线信号；以及

一处理单元，耦接该映像检索模块与该信号接收模块，依据该参考光源的映像及该无线信号计算出该手持式装置的一光标位置信息，该显示器根据该光标位置信息显示该光标。

7.根据权利要求6所述的光标控制系统，其特征在于，当该光标位置信息指示该光标位于该显示器的显示屏幕的范围内时，该显示器根据该光标位置信息显示该光标，当该光标位置信息指示该光标位于该显示器的显示屏幕的范围外时，该显示器根据该光标位置信息执行与其相对应的操作指令。

8.根据权利要求6所述的光标控制系统，其特征在于，该映像检索模块包括：

一第一映像检索单元，检索该参考光源的映像；以及

一第二映像检索单元，检索该参考光源的映像，该第一映像检索单元与该第二映像检索单元间的相对位置关系为固定，该处理单元还依据该第一映像检索单元与该第二映像检索单元间的相对位置关系计算该光标位置信息。

9.根据权利要求6所述的光标控制系统，其特征在于，该参考光源为红外线光源，该无线信号为蓝牙信号或射频信号。

10.根据权利要求6所述的光标控制系统，其特征在于，该手持式装置包括：

一水平陀螺仪，检测该手持式装置的俯仰角度与翻滚角度；以及

一垂直陀螺仪，检测该手持式装置的偏摆角度。

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