CN103941924A - 一种实现红外光编解码的互动投影装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现红外光编解码的互动投影装置，所述装置包括至少一支或一支以上的红外光笔，一PC机、一投影机、以及一互动投影模组；多支红外光笔则分别发出不同的红外光波长，且多支红外光笔发出的红外光为进行不同编码后的红外光，所述PC机分别与投影机和互动投影模组连接，互动投影模组对一支或一支以上的红外光笔的书写进行捕获，并对一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行解码后，获得红外光笔在投影面上的坐标值，并将坐标值传输给PC机。本发明还提供一种实现红外光编解码的互动投影方法，对红外光进行编码后，抗环境光干扰能力增强。本发明的各红外光笔使用不同的编码方式，同时书写时能有效的区分开来，避免串笔的发生。

Description

一种实现红外光编解码的互动投影装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种光学影像互动投影技术领域，尤其涉及一种实现红外光编解码的互动投影装置及其方法。

背景技术

随着大屏幕投影融合系统的广泛应用，投影仪的广泛应用使用率也不断地上升。这给投影仪带来了很好的发展前景，也给投影工程带来了很大的市场。投影仪广泛应用于家庭、办公室、学校和娱乐场所。

投影仪除了投放画面，对显示的内容操作(即人机交互)只能依靠鼠标和键盘进行，互动性较差，比如用于教学或会议上。为了更好的实现互动功能，互动投影模组由此诞生，其出现打破了传统的方式，成为当今的主流。

互动投影模组的工作原理是：采用光笔书写操作产生的红外光点，同时摄像头装置实·时采集图像，通过信号处理实时分析图像信号并提取光点的位置信息，并通过接口电路将得到的位置信息输入到计算机，用算法将投影面面上的光笔实际位置与电脑输出画面的坐标位置对应，实现笔与电脑光标的互动。

在使用互动投影模组时，镜头上都会加入光学带通滤光片用于过滤干扰点，只允许光笔产生的光线能透过，但仅仅采用滤光片的方式达到的效果是有限的，而且由于环境光特别是太阳光的光谱极宽，光笔在实现使用过程中非常容易受环境光线影响导致无法正常书写或者是根本无法书写的情况。

本专利申请文件为了将周边环境光和红外光电笔发出的光区分开来，在此对红外光电笔发出的光进行编码。当检测到正确的编码后，方可认为是红外光电笔发出的光，对其进行坐标计算。否则，判断光源为环境干扰，不对其做坐标的计算。从而提高抗干扰能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种实现红外光编解码的互动投影装置，该装置为实现各红外光笔使用不同的编码方式，同时书写时能有效的区分开来，避免串笔的发生提供了硬件的基础。

本发明的问题之一是这样实现的：一种实现红外光编解码的互动投影装置，所述装置包括至少一支或一支以上的红外光笔，一PC机、一投影机、以及一互动投影模组；多支红外光笔则分别发出红外光波长λ₁、λ₂…λn，n为自然数，且多支红外光笔发出的红外光为进行不同编码后的红外光，所述PC机分别与投影机和互动投影模组连接，互动投影模组对一支或一支以上的红外光笔的书写进行捕获，并对一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行解码后，获得红外光笔在投影面上的坐标值，并将坐标值传输给PC机。

进一步地，所述PC机能内置在投影机内或外置的独立的PC机。

进一步地，所述互动投影模组包括一个或一个以上的过滤投影组件、一处理器以及一通信接口，所述过滤投影组件的数量与所述红外光笔的数量相同；所述过滤投影组件均包括依次设置的一镜头、一滤光片以及感光芯片；各过滤投影组件的滤光片能透各个对应的红外光笔发出的红外光波长；各个过滤投影组件均与处理器连接，所述处理器与通信接口连接，所述通信接口与PC机连接。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种实现红外光编解码的互动投影方法，对红外光进行编码后，抗环境光干扰能力增强。本发明的各红外光笔使用不同的编码方式，同时书写时能有效的区分开来，避免串笔的发生。

本发明的问题之二是这样实现的：一种实现红外光编解码的互动投影方法，所述互动投影方法需提供至少一支或一支以上的红外光笔、一PC机、一投影机、以及一互动投影模组，且多支红外光笔分别发出红外光波长λ₁、λ₂…λn，n为自然数；

所述方法具体为：对一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行不同形式的编码，红外光笔在投影面上书写时，互动投影模组对红外光笔的书写进行捕获，并对一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行分别解码后，获得红外光笔在投影面上的坐标值，并将坐标值传输给PC机，PC机将坐标数据通过投影机进行显示。

进一步地，所述互动投影模组包括一个或一个以上的过滤投影组件、一处理器以及一通信接口，所述过滤投影组件的数量与所述红外光笔的数量相同；所述过滤投影组件均包括依次设置的一镜头、一滤光片以及感光芯片；各过滤投影组件的滤光片能透各个对应的红外光笔发出的红外光波长；一个过滤投影组件中的滤光片只过滤对应的一支红外光笔，则一个过滤投影组件中的感光芯片只捕获一支红外光笔的书写画面，将捕获的画面数据通过处理器进行解码后，得到红外光笔在投影面上的坐标值，并将坐标值传输给PC机。

进一步地，所述一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行不同形式的编码，具体为：进行笔头按键编码，即将不同的红外光笔按照亮灭的时间间隔长度方式编码，即高脉宽为红外光笔亮，低脉宽为红外光笔灭；再对亮的时间间隔内；或者，进行侧键编码，即将不同的红外光笔按照亮灭亮的时间间隔长度方式编码，即高脉宽为红外光笔亮，低脉宽为红外光笔灭。

进一步地，所述解码方式为：在捕获的红外光笔的书写画面中有连续的帧有亮斑，和连接的帧没有亮斑，且亮斑和没亮斑的帧数比例与红外光笔的编码的亮灭的时间间隔长度一致时，则有认为有编码的红外光笔在书写，根据该红外光笔坐标点位置，执行相应的操作，否则不进行任何操作；或者在捕获的红外光笔的书写画面中有连续的帧有亮斑，连接的帧没有亮斑，又有连续的帧有亮斑，且亮斑、没亮斑、又有亮斑的帧数比例与红外光笔的编码的亮灭亮的时间间隔长度一致时，则有认为有编码的红外光笔在书写，根据该红外光笔坐标点位置，执行相应的操作，否则不进行任何操作。

本发明具有如下优点：本发明对红外光进行编码后，抗环境光干扰能力增强。本发明的各红外光笔使用不同的编码方式，同时书写时能有效的区分开来，避免串笔的发生。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

图2为本发明装置互动的结构示意图。

图3为本发明一实施例的主笔编码波形图。

图4为本发明一实施例的副笔编码波形图。

图5为本发明主笔或副笔在亮的时间T内的二次编码波形图。

图6为本发明主笔笔头最终输出编码波形图。

图7为本发明副笔笔头最终输出编码波形图。

图8为本发明一实施例的主笔侧键输出编码波形图。

图9为本发明主笔侧键最终输出编码波形图。

图10为本发明一实施例的副笔侧键输出编码波形图。

图11为本发明副笔侧键最终输出编码波形图。

具体实施方式

请参阅图1至图11所示，本发明为一种实现红外光编解码的互动投影装置，所述装置包括至少一支或一支以上的红外光笔(图1中有两支分为红外光笔1和红外光笔2)，一PC机3、一投影机4、以及一互动投影模组5；多支红外光笔则分别发出红外光波长λ₁、λ₂…λn，n为自然数，且多支红外光笔发出的红外光为进行不同编码后的红外光，所述PC机3分别与投影机4和互动投影模组5连接，互动投影模组5对一支或一支以上的红外光笔在投影面6的书写进行捕获，并对一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行解码后，获得红外光笔在投影面6上的坐标值，并将坐标值传输给PC机3。其中，所述PC机3能内置在投影机4内或外置的独立的PC机。

在本发明中，所述互动投影模组5包括一个或一个以上的过滤投影组件51、一处理器52以及一通信接口53，所述过滤投影组件51的数量与所述红外光笔的数量相同；所述过滤投影组件51均包括依次设置的一镜头(未图示)、一滤光片(未图示)以及感光芯片(未图示)；各过滤投影组件51的滤光片能透各个对应的红外光笔发出的红外光波长(如3支红外光笔则分别发出红外光波长λ₁、λ₂、λ3，则有对应的3个过滤投影组件中的滤光片对应的只能透过红外光波长λ₁、λ₂、λ3)；则感光芯片只接收对应的红外光笔发出的红外光波长的图像；各个过滤投影组件51均与处理器52连接，所述处理器52与通信接口53连接，所述通信接口53与PC机连接。

本发明还提供了一种实现红外光编解码的互动投影方法，所述互动投影方法需提供至少一支或一支以上的红外光笔(图1中有两支分为红外光笔1和红外光笔2)、一PC机3、一投影机4、以及一互动投影模组5，且多支红外光笔分别发出红外光波长λ₁、λ₂…λn，n为自然数；

所述方法具体为：对一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行不同形式的编码，红外光笔在投影面6上书写时，互动投影模组5对红外光笔的书写进行捕获，并对一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行分别解码后，获得红外光笔在投影面6上的坐标值，并将坐标值传输给PC机3，PC机3将坐标数据通过投影机进行显示。所述互动投影模组5包括一个或一个以上的过滤投影组件51、一处理器52以及一通信接口53，所述过滤投影组件51的数量与所述红外光笔的数量相同；所述过滤投影组件51均包括依次设置的一镜头、一滤光片以及感光芯片；各过滤投影组件的滤光片能透各个对应的红外光笔发出的红外光波长；一个过滤投影组件中的滤光片只过滤对应的一支红外光笔，则一个过滤投影组件中的感光芯片只捕获一支红外光笔的书写画面，将捕获的画面数据通过处理器进行解码后，得到红外光笔在投影面上的坐标值，并将坐标值传输给PC机。

在本发明中，所述一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行不同形式的编码，有两种方式，具体为：

进行笔头按键编码，即将不同的红外光笔按照亮灭的时间间隔长度方式编码(如亮3秒，灭1秒，再亮3秒，灭1秒，循环亮灭；不同的红外光笔以不同的亮灭的时间间隔长度进行编码)，即高脉宽为红外光笔亮，低脉宽为红外光笔灭；再对亮的时间间隔内，对红外光笔的红外光进行二次编码；

进行侧键编码，即将不同的红外光笔按照亮灭亮的时间间隔长度方式编码(如亮3秒，灭1秒，亮2秒；再亮3秒，灭1秒，亮2秒，循环亮灭亮；不同的红外光笔以不同的亮灭亮的时间间隔长度进行编码)，即高脉宽为红外光笔亮，低脉宽为红外光笔灭；再对亮的时间间隔内，对红外光笔的红外光进行二次编码。

所述解码方式为：在捕获的红外光笔的书写画面中有连续的帧有亮斑，和连接的帧没有亮斑，且亮斑和没亮斑的帧数比例与红外光笔的编码的亮灭的时间间隔长度一致时(如上述的编码方式为亮3秒，灭1秒；则有3个帧为亮，1个帧为灭，则为进行编码的红外光笔)，则有认为有编码的红外光笔在书写，根据该红外光笔坐标点位置，执行相应的操作，否则不进行任何操作；或者在捕获的红外光笔的书写画面中有连续的帧有亮斑，连接的帧没有亮斑，又有连续的帧有亮斑，且亮斑、没亮斑、又有亮斑的帧数比例与红外光笔的编码的亮灭亮的时间间隔长度一致时(如上述的编码方式为亮3秒，灭1秒，亮2秒；则有3个帧为亮，1个帧为灭，再2个帧为亮，则为进行编码的红外光笔)，则有认为有编码的红外光笔在书写，根据该红外光笔坐标点位置，执行相应的操作，否则不进行任何操作。

这里需要说明的是：

在互动投影模组中，镜头可以是一个或者一个以上。红外光笔可以是一支或者一支以上。

当只用一个镜头时，可以使用同一波长的红外光笔，使用不同的编码方式去区分不同笔的ID。

当有两个或者两个以上时，可以使用不同波长的红外光笔去区分不同笔的ID。为了增强抗环境光干扰能力，还可对不同的笔使用不同的编码。

例如红外光笔1的红外光波长为λ₁，红外光笔2的红外光波长λ₂，……，红外光笔n的红外光波长为λ_n；镜头1使用的滤光片为中心频率为λ₁的超窄带带通滤光片，镜头2使用的滤光片为中心频率为λ₂的超窄带带通滤光片，……，镜头n使用的滤光片为中心频率为λ_n的超窄带带通滤光片。那么，镜头1采集到的数据即为红外光笔1的坐标信息，镜头2采集到的数据即为红外光笔2的坐标信息，……，镜头n采集到的数据即为红外光笔n的坐标信息。根据不同的镜头，即可识别不同笔的ID。

下面结合一具体实施例对本发明中的红外光笔的编码和解码作进一步说明：

红外光编码的过程由红外光笔实现；红外光解码过程由互动投影模组实现。

下面以双镜头真两笔的实现过程进行说明。以主笔和副笔的形式进行区分两支笔。主笔的红外光波长为λ_m，使用的带通滤光片的中心频率为λ_m；副笔的红外光波长为λ_s，使用的带通滤光片的中心频率为λ_s。主笔笔头的编码为3T：1T，副笔笔头的编码为2T：1T(其中，T为镜头采集一帧图像信息的时间)。

红外光笔编码具体为：

1、笔头按键编码

(1)、主笔

主笔笔头按键编码方式：亮灭时间间隔长度关系为3T:1T，如图3所示。其中，高脉宽为红外发光管亮，低脉宽为红外发光管灭。在书写的过程中，红外管一直按这种编码方式进行发光。

(2)、副笔

副笔笔头按键编码方式：亮灭时间间隔长度关系为2T:1T，其波形图如图4所示。其中，高脉宽为红外发光管亮，低脉宽为红外发光管灭。在书写的过程中，红外管一直按这种编码方式进行发光。

(3)、在亮的时间T内，对红外管发光进行二次编码，其波形图如图5所示。其中，T＝T1+T2。

(4)、光电笔笔头最终的输出波形编码为：如图6和如图7所示。

即要是更多的红外光笔，则再以不同的亮灭时间间隔长度进行编码即可，要是亮灭时间间隔长度相同，说明是以相同的编码方式进行编码的。

2、侧键编码

(1)、主笔

主笔侧键编码方式：亮灭时间间隔长度关系为5T:3T:4T，如图8所示。其中，高脉宽为红外发光管亮，低脉宽为红外发光管灭。

在亮的时间T内，对高脉宽进行二次编码，其中，T＝T1+T2+T3。最终输出编码为：如图9所示。

(2)、副笔

副笔侧键编码方式：亮灭时间关系为5T:4T:3T，如图10所示。其中，高脉宽为红外发光管亮，低脉宽为红外发光管灭。

在亮的时间T内，对高脉宽进行二次编码，最终输出编码为：如图11所示。

即要是更多的红外光笔，则再以不同的亮灭亮时间间隔长度进行编码即可，要是亮灭亮时间间隔长度相同，说明是以相同的编码方式进行编码的。

红外光笔解码具体为：

3、检测主笔镜头解码

由于检测副笔的镜头上使用中心频率为λ_m的滤光片，所以主笔发出的红外光能透过滤光片；其它波长的光线被消弱，镜头采集不到其它波长亮的光斑。对于同一坐标点的位置，当采集到的图像上连续有三帧有亮斑，第四帧没有亮斑(即检测到3T:1T编码)时，即可认为有主笔在书写。根据坐标点位置，执行相应的操作。

当检测到连续5帧有亮斑，接着的连续3帧没有亮斑，接着连续的4帧有亮斑时(即检测到5T:3T:4T编码)，则说明主笔有侧键按下。

若检测到的编码不是3T:1T或者5T:3T:4T，说明检测到的是环境光干扰。则不执行任何的动作。

4、检测副笔镜头解码

由于检测副笔的镜头上使用中心频率为λ_s的滤光片，所以主笔发出的红外光能透过滤光片；其它波长的光线被消弱，镜头采集不到其它波长亮的光斑。对于同一坐标点的位置，当采集到的图像上连续有两帧有亮斑，第三帧没有亮斑(即检测到2T:1T编码)时，即可认为有副笔在书写。根据坐标点位置，执行相应的操作。

当检测到连续5帧有亮斑，接着的连续4帧没有亮斑，接着连续的3帧有亮斑时(即检测到5T:4T:3T编码)，则说明主笔有侧键按下。

若检测到的编码不是2T:1T或者5T:4T:3T，说明检测到的是环境光干扰。则不执行任何的动作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (7)

1.一种实现红外光编解码的互动投影装置，其特征在于：所述装置包括至少一支或一支以上的红外光笔，一PC机、一投影机、以及一互动投影模组；多支红外光笔则分别发出红外光波长λ₁、λ₂…λn，n为自然数，且多支红外光笔发出的红外光为进行不同编码后的红外光，所述PC机分别与投影机和互动投影模组连接，互动投影模组对一支或一支以上的红外光笔的书写进行捕获，并对一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行解码后，获得红外光笔在投影面上的坐标值，并将坐标值传输给PC机。

2.根据权利要求1所述的一种实现红外光编解码的互动投影装置，其特征在于：所述PC机能内置在投影机内或外置的独立的PC机。

3.根据权利要求1所述的一种实现红外光编解码的互动投影装置，其特征在于：所述互动投影模组包括一个或一个以上的过滤投影组件、一处理器以及一通信接口，所述过滤投影组件的数量与所述红外光笔的数量相同；所述过滤投影组件均包括依次设置的一镜头、一滤光片以及感光芯片；各过滤投影组件的滤光片能透各个对应的红外光笔发出的红外光波长；各个过滤投影组件均与处理器连接，所述处理器与通信接口连接，所述通信接口与PC机连接。

4.一种实现红外光编解码的互动投影方法，其特征在于：所述互动投影方法需提供至少一支或一支以上的红外光笔、一PC机、一投影机、以及一互动投影模组，且多支红外光笔分别发出红外光波长λ₁、λ₂…λn，n为自然数；

所述方法具体为：对一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行不同形式的编码，红外光笔在投影面上书写时，互动投影模组对红外光笔的书写进行捕获，并对一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行分别解码后，获得红外光笔在投影面上的坐标值，并将坐标值传输给PC机，PC机将坐标数据通过投影机进行显示。

5.根据权利要求4所述的一种实现红外光编解码的互动投影方法，其特征在于：所述互动投影模组包括一个或一个以上的过滤投影组件、一处理器以及一通信接口，所述过滤投影组件的数量与所述红外光笔的数量相同；所述过滤投影组件均包括依次设置的一镜头、一滤光片以及感光芯片；各过滤投影组件的滤光片能透各个对应的红外光笔发出的红外光波长；一个过滤投影组件中的滤光片只过滤对应的一支红外光笔，则一个过滤投影组件中的感光芯片只捕获一支红外光笔的书写画面，将捕获的画面数据通过处理器进行解码后，得到红外光笔在投影面上的坐标值，并将坐标值传输给PC机。

6.根据权利要求4或5所述的一种实现红外光编解码的互动投影方法，其特征在于：所述一支或一支以上的红外光笔发出的红外光进行不同形式的编码，具体为：进行笔头按键编码，即将不同的红外光笔按照亮灭的时间间隔长度方式编码，即高脉宽为红外光笔亮，低脉宽为红外光笔灭；或者，进行侧键编码，即将不同的红外光笔按照亮灭亮的时间间隔长度方式编码，即高脉宽为红外光笔亮，低脉宽为红外光笔灭。

7.根据权利要求6所述的一种实现红外光编解码的互动投影方法，其特征在于：所述解码方式为：在捕获的红外光笔的书写画面中有连续的帧有亮斑，和连接的帧没有亮斑，且亮斑和没亮斑的帧数比例与红外光笔的编码的亮灭的时间间隔长度一致时，则有认为有编码的红外光笔在书写，根据该红外光笔坐标点位置，执行相应的操作，否则不进行任何操作；或者在捕获的红外光笔的书写画面中有连续的帧有亮斑，连接的帧没有亮斑，又有连续的帧有亮斑，且亮斑、没亮斑、又有亮斑的帧数比例与红外光笔的编码的亮灭亮的时间间隔长度一致时，则有认为有编码的红外光笔在书写，根据该红外光笔坐标点位置，执行相应的操作，否则不进行任何操作。