CN1979329A - 光标与光学投影同步操作的装置、方法及电脑可读取媒体 - Google Patents

Abstract

一种光标与光学投影同步操作的装置、电脑设备、方法及其电脑可读取媒体，其是以光学投影光标元件产生光学投影于画面上后，再由图像获取元件获取画面上的图像并产生一个图像信号，通过根据光标位置运算元件分析图像信号后，重新定位电脑屏幕上的光标位置。

Description

光标与光学投影同步操作的装置、方法及电脑可读取媒体

技术领域

本发明涉及一种手持式电脑光标控制装置、利用该手持式电脑光标控制装置以控制光标的电脑设备、方法及电脑可读取媒体，特别是使光标跟随光学投影的手持式电脑光标控制装置、电脑设备、方法及电脑可读取媒体。

背景技术

当电脑普遍被使用于图像式的简报系统后，通常需要有大型的显示设备以提供观众作为观看的必要工具，例如各种具有大型投影屏幕的投影设备已被广泛使用于大型会议的简报系统中，呈现不同的图像、文字或声音等多媒体影音组合。这些技术的呈现，除了必须使简报系统能与电脑设备间有着良好的沟通界面为其基础外，而且为了使简报过程中能促进简报者与观众间的良好的互动关系，简报系统尚须具有操作简单的特性，方能使简报者充分地掌握其与观众间的沟通互动。

传统上，简报者经常使用指挥棒或者可以发射光源的投影笔，作为在投影屏幕上指示观众的沟通工具。以投影笔为例，传统应用于简报系统的投影笔为一个可以发射光源的指示器，例如可以发射激光光源的投影笔即非常普遍地被应用于投影屏幕上产生激光光点，以便于简报者配合简报的内容指示观众目光应该集中的焦点。只是传统的投影笔仅具单纯光学光标的功能，简报者经常需要另外使用电脑的周边设备，例如使用电脑鼠标，以操作电脑进行简报内容的更替，使得简报者在简报过程必须一边操作电脑，一边指示简报内容，不利简报过程的顺畅。

有鉴于此，一种将投影笔整合于电脑鼠标的新型简报装置，即是针对上述传统技术的改良。尤其是，将前述的投影笔整合于无线鼠标装置中，使该无线鼠标装置兼具有激光光点光标(Laser Pointer)与电脑鼠标光标的作用。然而，如图1所示，由于激光光点光标A点与电脑鼠标光标B点，两者并无法同步配合，因此当简报者需要操作电脑时，通常必须回到电脑鼠标功能后，再移动电脑鼠标光标到所欲操作的位置，然后进行操作，因此，此技术仍无法就激光投影笔光点所指的位置直接操作。

在美国专利案号6,331,848 B1中叙述了更为新型的投影简报系统，其主要是利用独立的图像摄影装置，以捕捉投影屏幕上亮度最高的光点作为激光光点光标的图像信号，并经过电脑的分析运算后，计算出该激光光点位于投影屏幕上的相关位置，并提供给电脑鼠标光标，以利电脑鼠标进行后续的电脑操作。虽此专利所披露的技术内容可解决前述激光光点光标与电脑鼠标光标无法同步操作的困扰，然而，此专利用以计算光点位置的信号处理系统不但较为复杂，而且判断投影屏幕上最亮光点作为该激光光点光标的标准，也常因为简报资料本身的亮度变化而影响了激光光点光标的判断，进而使得光点位置判断错误，影响后续电脑操作的正确性与流畅度。此外，该专利用以捕捉激光光点光标的图像摄影装置为一个独立的设备，此设计将限制简报者必须于固定的场所进行简报，使用上欠缺便利性。

因此，一种有效且正确地整合电脑鼠标光标与光学投影光标的系统与方法变得十分重要，使简报系统的操作兼具便捷、流畅与人性化等优点。

发明内容

基于上述问题，本发明的目的是提供一种手持式电脑光标控制装置，用以控制电脑设备的光标，该光标显示于画面上。该手持式电脑光标控制装置包含光学投影光标元件、图像获取元件及信号传输元件。光学投影光标元件用以产生光学投影于该画面上，图像获取元件于该画面上取像区域内获取图像，以产生图像信号，信号传输元件用以传输该图像信号至该电脑设备。该电脑设备根据该图像信号，重新定位该光标。

本发明的另一目的是提供一种通过手持式电脑光标控制装置以控制光标的电脑设备，该光标显示于画面上，该手持式电脑光标控制装置产生光学投影于该画面上，并于该画面上取像区域内获取图像，以产生图像信号。该电脑设备包含光标位置运算组件，根据该图像信号，重新定位该光标。

本发明的再一目的是提供一种通过手持式电脑光标控制装置以控制电脑设备光标的方法，该光标显示于画面上。该方法包含以下步骤：(a)该手持式电脑光标控制装置产生光学投影于该画面上；(b)该手持式电脑光标控制装置于该画面的取像区域内获取图像；(c)该手持式电脑光标控制装置根据该图像产生图像信号；以及(d)该电脑设备根据该图像信号，重新定位该光标。

本发明的再一目的是提供一种电脑可读取媒体，储存电脑程序用以执行一种通过手持式电脑光标控制装置以控制电脑设备光标的方法。该手持式电脑光标控制装置产生光学投影，该光标显示于画面上。该方法包含以下步骤：(a)控制该手持式电脑光标控制装置于该画面的取像区域内获取图像；(b)根据该图像产生图像信号；以及(c)根据该图像信号，重新定位该光标。

附图说明

图1为公知简报投影显示系统的示意图；

图2为应用本发明于电脑投影显示系统的其中一实施例的示意图；

图3为应用本发明于电脑投影显示系统的其中一实施例的示意图；

图4为应用本发明于简报者与投影面间具有夹角的示意图；

图5为于图4所示情形下应用本发明于电脑投影显示系统的其中一实施例的示意图；以及

图6为应用本发明于控制电脑设备的鼠标光标的流程图。

主要元件标记说明

10：电脑

12：电脑屏幕

20：投影装置

30：画面(投影屏幕)

32：投影区域                  34：取像区域

36：光学投影

40：手持式电脑光标控制装置

42：光学投影光标元件          44：图像获取元件

46：光标控制元件              48：信号传输元件

50：光标位置运算元件

具体实施方式

参照图2，其显示应用本发明于电脑投影显示系统之其中一具体实施例。整个电脑投影显示系统包含电脑10、投影装置20、画面30、手持式电脑光标控制装置40。其中电脑10系可提供简报者操作简报内容之用，使简报内容通过投影装置20产生投影图像，而呈现于画面30上。

具体而言，电脑10还包含电脑屏幕12，而储存于电脑10中的简报内容除可呈现于电脑屏幕12上之外，也可同时通过投影装置20产生投影图像，以呈现于画面30上的投影区域32内。须说明的是，任何可呈现图像的画面装置皆可应用于本发明，例如投影屏幕或是数字化电视屏幕等，以下将以投影屏幕为例具体说明之。

再者，应用本发明所披露技术的电脑光标控制装置40为手持式装置，此乃针对简报者的可携带性与操作便利性的人性化设计为考虑。手持式电脑光标控制装置40内主要包含有光学投影光标元件42、图像获取元件44、光标控制元件46、信号传输元件48以及光标位置运算元件50。

明确而言，光学投影光标元件42可产生光学投影36于投影屏幕30上，便于简报者于简报进行的过程中，指示观众目光集中注意在简报内容中简报者所欲强调的重点。该光学投影光标元件42可以是一个激光投影器(Laser Pointer)，其可产生激光投影光点于投影屏幕上。与已有技术不同的是，本发明的手持式电脑光标控制装置40具有图像获取元件44，此图像获取元件44可以是电荷耦合元件(Charge Coupled Device；简称CCD)，或者是互补金属氧化半导体(Complementary Metal-Oxide Semiconductor；简称CMOS)，其主要的功能是于投影屏幕30上获取由投影装置20所产生的投影图像，并因而产生图像信号。详言之，图像获取元件44可获取于投影屏幕30上形成取像区域34的图像，以产生该图像信号。应用本发明所获取的图像信号至少包含以下几种信息：一、取像区域34的中心点位置坐标(Xc，Yc)。二、投影区域32四个角落点的位置坐标(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)。于实际应用上，可提高四个角落点的亮度或以特定识别的方法以提高该四个角落点的辨识率。

以较佳之实施例而言，光学投影光标元件42与该图像获取元件44两者间在设置上相距的距离不宜过大，例如不宜超超过10厘米，其主要的考虑有二：其一、若二者相距过大，势必使得本发明的电脑光标控制装置体积过大，不便简报者使用。其二、光学投影光标元件42与该图像获取元件44两者间在设置上，应使光学投影光标元件42所产生激光投影光点的光路径与图像获取元件44获取图像的光路径，产生实质相近又相互平行的效果，以利简报者可同步操作光学投影36与电脑鼠标光标。换言之，光学投影光标元件42于投影屏幕30上产生的激光投影光点将与图像获取元件44于投影屏幕30上所欲获取图像的取像区域34中心点两者实质上重合为一点。

其次，光标控制元件46的功能与一般电脑周边设备的鼠标功能相同，可于电脑屏幕12上移动一个电脑鼠标光标(图中未示出)，也可产生一个控制信号给该电脑10，以执行该电脑鼠标光标所对应的功能，提供使用者作为操作该电脑10之用。须说明的是，于电脑屏幕12上所产生的电脑鼠标光标，可通过投影装置20的作用于投影屏幕30上的投影区域32内产生一个相对应的电脑鼠标光标的图像。操作者可通过投影区域32内所呈现的电脑鼠标光标图像的操作，达到与在电脑屏幕12上操作电脑鼠标光标相同的效果。

再者，信号传输元件48主要的功能在于传递电脑10与手持式电脑光标控制装置40之间的信号。以本实施例而言，信号传输元件48是负责将光标控制元件46所产生的光标控制信号传递至该电脑10，以便于使简报者可操作电脑10进行简报。于具体实施例中，信号传输元件可以是利用无线信号传输装置，或者是以导线作为信号传输装置亦可。此外，光标位置运算元件50用以分析前述图像获取元件44所产生的图像信号，经过运算后，可使电脑鼠标光标跟随光学投影36而移动，便于使用者同步操作投影屏幕30上的电脑鼠标光标与光学投影36或直接操作该单一电脑光标。

在已有技术中，此投影区域32内的电脑鼠标光标与光学投影光标元件42所产生的光学投影两者为独立操作，使得指向简报资料与控制电脑操作需要由简报者分开地执行动作，极为不便。然而，本发明与传统技术不同的是，应用本发明所披露的技术可同步操作光学投影36与电脑鼠标光标，以达同步进行简报与操作电脑之目的。其应用之原理，兹详述如下：

以图像获取元件44获取图像的光路径与投影屏幕30间的夹角大致正交为例，请参照图3。首先，当简报者启动简报系统后，显示于电脑屏幕12上的简报资料内容，可通过投影装置20而呈现图像在投影屏幕30上的投影区域32内。其次，当简报者进行简报中，若欲指示观众注意该投影区域32内某位置的资料时，可利用本发明手持式电脑光标控制装置40内的光学投影光标元件42，发射激光而形成激光光点于该位置上。其次，若简报者欲针对该简报资料进行控制时，例如，卷动该简报资料往上或往下，简报者须先移动手持式电脑光标控制装置40，并使光学投影光标元件42于投影区域32内所形成的激光光点移动到投影区域32内卷动简报资料的控制钮位置A点上。接着，启动手持式电脑光标控制装置40内的图像获取元件44，用以获取投影区域3 2的四角落点位置坐标(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)与取像区域34的中心点位置坐标(Xc，Yc)。具体而言，于本发明的较佳实施例中，可将启动图像获取元件的控制键与控制光学投影光标元件两者整合于一个控制钮，而使该控制钮具有两段式控制功能，例如按下该控制钮的第一段控制行程时仅为启动光学投影光标元件，产生激光光点，接着按下该控制钮的第二段控制行程时即可启动图像获取元件，以获取相关图像信息。

再次强调的是，如前所述，此图像获取元件44于投影屏幕30上所形成的取像区域34的中心点位置也会恰好落在该A点上，亦即A点的坐标即为(Xc，Yc)。图像获取元件44实际上会将含有四角落点位置坐标与中心点位置坐标等资料的图像信号传递予光标位置运算元件50，借以分析计算出电脑屏幕上电脑鼠标光标新的坐标值为多少。因此本发明所披露的技术并不需要如已有技术般判断投影屏幕上最亮的光点作为重新定位该电脑鼠标新坐标的标准，而是直接以取像区域的中心点位置以及投影区域的四角落点位置坐标作为判断依据，克服已有技术对于光点位置判断困难而且容易导致错误的缺点。承上所述，其中内建于光标位置运算元件50的第一计算关系式如下：

Xmouse＝Xscreen×(Xc-X1)/(X4-X1)

Ymouse＝Yscreen×(Yc-Y1)/(Y4-Y1)

其中，Xmouse代表电脑屏幕上电脑鼠标光标新的横坐标值，Ymouse代表电脑屏幕上电脑鼠标光标新的纵坐标值。Xscreen代表电脑屏幕的宽度，Yscreen代表电脑屏幕的长度，且Xscreen电脑屏幕宽度与Yscreen电脑屏幕长度两者为已知值。

须说明的是，上述关系式是因投影屏幕上所显示的投影图像为电脑屏幕上的图像经投影而产生，因此两者间具有比例关系。计算激光光点坐标于投影区域的坐标系统上的对应关系，即可推算出该激光光点坐标于电脑屏幕上的相对应位置点为多少，并且以此相对应位置点重新定位为电脑屏幕上电脑鼠标光标新的坐标值。

换言之，将取像区域34的中心点位置(Xc，Yc)对应于投影区域32的四角落点位置的比例关系设定为电脑屏幕上电脑鼠标光标新坐标点与电脑屏幕坐标系统间的关系。应用前述数据，光标位置运算元件50便可计算出坐标点(Xmouse，Ymouse)为电脑屏幕上电脑鼠标光标新的坐标值，再将此新的坐标点通过信号传输元件48传递给电脑10，使电脑10改变原有电脑屏幕上电脑鼠标光标位置，将其重新设定于此坐标点(Xmouse，Ymouse)。通过此重新设定电脑屏幕上电脑鼠标的位置，便可以达到使电脑鼠标光标与光学投影两者同步操作的目的，甚至亦可将电脑鼠标光标与光学投影二者整合为一个电脑光标，以利于操作者仅控制一个光标就可以同步达到光学投影与电脑鼠标控制之目的。

简言之，操作者于每次需要同步控制光学投影与电脑鼠标光标时，利用本发明所披露的手持式电脑光标控制装置，仅需重复如前所述的过程，即可轻易的重新定位电脑鼠标光标的位置，使这两个光标同步动作，便于操作者的使用，克服已有技术操作复杂的缺点。

其次，以上所描述者是以图像获取元件获取图像的光路径与投影屏幕的法线间两者大致平行的情形。特别的是，本发明的光标位置运算元件中尚包含一个角度修正计算关系式(第二计算关系式)，即若获取图像的光路径与投影屏幕的法线间具有夹角时，将可对以上的关系式作适当得修正，以利于本发明的手持式电脑光标控制装置更可符合于一般简报进行中简报者会随时移动的实际状况，如图4与图5所示。详如下述：

假设投影屏幕为一个以X轴为横轴、Y轴为纵轴、Z轴为垂直X、Y轴水平面的垂直轴，如图4所示，图中显示获取图像的光路径与投影面沿Z轴产生一个θ夹角，亦即简报者与投影面的Z轴间具有一个θ夹角。利用光学拉格朗日-亥姆霍兹定理(Lagrange HelmholtzTheorem)可计算出取像时X轴、Y轴在Z轴的角度偏差，再利用这些角度的偏差，即可求出(Xc，Yc)在电脑屏幕中的相对位置。

依据拉格朗日-亥姆霍兹定理：ynu＝y′n′u′

其中y为长度，u为角度，n为折射率(空气之折射率为1)

因此改写上式为yu＝y′u′

u′＝y/y′×u

旋转角θ＝u-u′＝(1-y/y′)×u

假设近轴角度u＝1

则可得知θ＝1-y/y′

须说明的是Y轴因简报者所站位置的不同而有角度旋转的变化，如图4所示，平面在远处会缩小。接着，再依下列关系式求得电脑鼠标光标的新坐标值：

Y5＝Y2-(Y2-Y3)×(X2-Xc)/(X2-X3)

Y6＝Y1+(Y4-Y1)×(X1-Xc)/(X1-X4)

Ymouse＝Yscreen×(Yc-Y6)/(Y5-Y6)

将Y5、Y6带入上式计算出Ymouse

其次，

X7＝Xc/Cosθ

X8＝X4/Cosθ

带入由上式的Lagrange Helmholtz定理所求得的近似θ计算出X7、X8后并带入下式计算出Xmouse

Xmouse＝Xscreen×(X7-X1)/(X8-X1)

由以上的角度修正计算关系式，光标位置运算元件50即可计算出修正角度后的电脑鼠标光标的新坐标值(Xmouse，Y mouse)。

以上所述仅为本发明的一实施例，所属技术领域的技术人员可依据本发明所披露的技术做不同的变更，例如，可将本发明的手持式电脑光标控制装置中的光标位置运算元件设置于电脑系统上，使手持式电脑光标控制装置仅具有光学投影光标元件、图像获取元件、光标控制元件及信号传输元件等元件，此也为应用本发明其中的一个实施例。须说明的是，此信号传输元件传递给电脑的信号与前述的实施例并不相同，此时所传递的信号并非已由光标位置运算元件处理过的光标控制信号，而是由图像获取元件所获取的原始图像信号，包含取像区域的中心点位置坐标(Xc，Yc)以及投影区域四个角落点的位置坐标(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3，Y3)、(X4，Y4)等。

实际上本发明尚具有其他不同的实施例，例如，如前所述，呈现图像的画面装置亦可为数字化家用电视。具体而言，将本发明的手持式电脑光标控制装置整合于电视遥控器上，使得操作者可直接利用电视遥控器所发射的光学投影光标，直接控制该数字化家用电视中所内含的电脑设备，进而达到控制该数字化家用电视的功能，而无需分别操作电视遥控器以及控制电脑的鼠标装置。

承上所述，本发明亦可提供一种通过手持式电脑光标控制装置以控制电脑设备鼠标光标的方法，如图6所示，该鼠标光标显示于画面上，其包含以下步骤：

(a)利用该手持式电脑光标控制装置产生光学投影于该画面上。

(b)利用该手持式电脑光标控制装置于该画面的一个取像区域内获取图像。

(c)利用该手持式电脑光标控制装置根据该图像产生图像信号。

(d)该电脑设备根据该图像信号，重新定位该光标。

其中该图像信号包含该取像区域内的第一点坐标、该图像的四个角落点坐标，而该第一点坐标可以是该取像区域的中心点坐标。而步骤(d)还包含下列步骤：

(e)计算该四个角落点坐标与该第一点坐标之间的第一关系式。

(f)根据该第一关系式，计算该画面上的第二点坐标。

(g)根据该第二点坐标，重新定位该光标。

前述方法可利用一种电脑可读取媒体，其储存电脑程序使上述主机及/或终端装置执行前述的步骤。此电脑可读取媒体可以是软盘、硬盘、光盘、随身盘、磁带、可由网路存取的数据库或所属技术领域的技术人员可轻易想到的具有相同功能的储存媒体。

综合上述，本发明是一种结合激光投影装置与图像获取装置的手持式电脑光标控制装置。让使用者在利用激光光点光标时，光点所指的位置与鼠标光标所指的位置两者重合，使用者即可对电脑上的资料进行操作，无须再移动鼠标光标后才将光标指向所要的屏幕位置。尤其是，本发明是一种手持式操作装置，可适用于任何场所，便于使用者的操作与携带，不受场地限制，实际应用上更是兼具活动性与流畅性。

如所属技术领域的技术人员所了解的，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求；凡其它未脱离本发明所披露的精神下所完成的等效改变或改进，均应包含在所述的权利要求范围内。

Claims (21)

1.一种手持式电脑光标控制装置，用以控制电脑设备的光标，其特征是该光标显示于画面上，该手持式电脑光标控制装置包含：

光学投影光标元件，用以产生光学投影于该画面上；

图像获取元件，于该画面上取像区域内获取图像，以产生图像信号；以及

信号传输元件，用以传输该图像信号至该电脑设备；

其中，该电脑设备根据该图像信号，重新定位该光标。

2.根据权利要求1所述的手持式电脑光标控制装置，其特征是该光学投影光标元件与该图像获取元件二者间的距离不大于10厘米。

3.根据权利要求1所述的手持式电脑光标控制装置，其特征是该光学投影光标元件为激光投影元件。

4.根据权利要求1所述的手持式电脑光标控制装置，其特征是该图像获取元件为电荷耦合元件。

5.根据权利要求1所述的手持式电脑光标控制装置，其特征是该信号传输元件为无线信号传输元件。

6.根据权利要求1所述的手持式电脑光标控制装置，其特征是该图像信号包含该取像区域内的第一点坐标。

7.根据权利要求1所述的手持式电脑光标控制装置，其特征是该图像信号包含该图像的四个角落点坐标。

8.根据权利要求1所述的手持式电脑光标控制装置，其特征是还包含光标控制元件，用以通过该光标操作该电脑设备。

9.一种通过手持式电脑光标控制装置以控制光标的电脑设备，其特征是该光标显示于画面上，该手持式电脑光标控制装置产生光学投影于该画面上，并于该画面上取像区域内获取图像，以产生图像信号，该图像信号包含该取像区域内的第一点坐标及该图像的四个角落点坐标，该电脑设备包含光标位置运算组件，根据该图像信号，重新定位该光标。

10.根据权利要求9所述的电脑设备，其特征是该第一点坐标为该取像区域的中心点坐标。

11.根据权利要求9所述的电脑设备，其特征是该光标位置运算组件根据下列步骤使该光标跟随该光学投影：

计算该四个角落点坐标与该第一点坐标之间的第一关系式；

根据该第一关系式，计算该画面上的第二点坐标；以及

根据该第二点坐标，重新定位该光标。

12.一种通过手持式电脑光标控制装置以控制电脑设备光标的方法，其特征是该光标显示于画面上，包含以下步骤：

(a)该手持式电脑光标控制装置产生光学投影于该画面上；

(b)该手持式电脑光标控制装置于该画面的取像区域内获取图像；

(c)该手持式电脑光标控制装置根据该图像产生图像信号；以及

(d)该电脑设备根据该图像信号，重新定位该光标。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征是该图像信号包含该取像区域内的第一点坐标。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征是该第一点坐标为该取像区域的中心点坐标。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征是该图像信号还包含该图像的四个角落点坐标。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征是步骤(d)包含下列步骤：

(e)计算该四个角落点坐标与该第一点坐标之间的第一关系式；

(f)根据该第一关系式，计算该画面上的第二点坐标；以及

(g)根据该第二点坐标，重新定位该光标。

17.一种电脑可读取媒体，储存电脑程序用以执行一种通过手持式电脑光标控制装置以控制电脑设备光标的方法，其特征是该手持式电脑光标控制装置产生光学投影，该光标显示于画面上，该方法包含以下步骤：

(a)控制该手持式电脑光标控制装置于该画面的取像区域内获取图像；

(b)根据该图像产生图像信号；以及

(c)根据该图像信号，重新定位该光标。

18.根据权利要求17所述的电脑可读取媒体，其特征是该图像信号包含该取像区域内的第一点坐标。

19.根据权利要求18所述的电脑可读取媒体，其特征是该第一点坐标为该取像区域的中心点坐标。

20.根据权利要求18所述的电脑可读取媒体，其特征是该图像信号还包含该图像的四个角落点坐标。

21.根据权利要求20所述的电脑可读取媒体，其特征是步骤(c)包含下列步骤：

(d)计算该四个角落点坐标与该第一点坐标之间的第一关系式；

(e)根据该第一关系式，计算该画面上的第二点坐标；以及

(f)根据该第二点坐标，重新定位该光标。

Images