CN201387592Y - 位置指示与跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于交互电子白板的，不需要笔头主动发光指示位置的图像处理位置指示与跟踪装置，采用这种装置的白板系统特性更接近于鼠标、笔的耗电降低、笔的制造更加简便。包括信号笔、信号接收处理器等，所述信号接收处理器包含图像传感器、信号处理电路等，所述图像传感器的信号输出连到所述信号处理电路，信号处理电路中有可与计算机进行通信的接口，其特征在于：信号笔的笔头上有可以将光线高效地沿原路逆向反射的反光物体，在图像传感器的镜头旁紧靠有一组照明发光器件，其发光指向图像传感器的接收区域。

Description

位置指示与跟踪装置

技术领域

本实用新型涉及一种位置指示与跟踪装置，尤其是一种应用于电子白板系统的位置指示和跟踪装置。

背景技术

电子白板系统的实现基础是笔迹跟踪，即位置指示与位置跟踪计算技术。传统的技术如压力感应位置跟踪技术、电磁感应位置跟踪技术、超声波测距定位技术、图像处理光笔位置跟踪技术等。其中图像处理光笔位置跟踪技术在专利号ZL011080477、发明专利公开号CN1305143A、名称为“用于计算机坐标与控制信息输入的系统及方法”的中国发明专利中有详细描述。其工作原理是：用发光笔产生的光点来标示目标点的位置，引入摄像装置实时采集图像，用信号处理电路实时分析图像信号来提取光点的位置信息并通过接口电路和相应软件输入到计算机，用坐标矫正算法进行坐标校准使光标的位置跟踪笔的物理位置。应用图像处理光笔位置跟踪技术实现的电子白板系统有成本低、灵活性大、体积小、适用于大屏幕等优点，但是也有一些缺点，主要是：(1)笔头需要发光，为了加大信噪比，通常需要较大的驱动电流，因此对笔内电池的消耗较大；(2)为了避免电池过度消耗，通常在没有信号笔操作动作时关闭发光管，此时笔的位置无法得到跟踪，这样系统的特性与目前的计算机鼠标特性有所差别，主要问题是无法实现精确位置点击操作，因为在点击之前笔不发光，而点击瞬间笔在白板系统中的位置会因动作和视觉误差而有偏差；(3)由于笔头内必须设置发光器，需连线，使笔的结构较为复杂，特别是在长电子笔(教鞭)中必须使用两层结构，制造困难，无法实现多节可伸缩长电子笔。

实用新型内容

为了解决上述图像处理光笔位置跟踪技术中存在的问题，本实用新型提供一种不需要笔头主动发光指示位置的图像处理位置指示与跟踪装置，并且采用这种装置的白板系统特性更接近于鼠标，笔的耗电低，笔的制造简便。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：一种位置指示与跟踪装置，包括信号笔和信号接收处理器，所述信号接收处理器包含图像传感器、信号处理电路等，所述图像传感器的信号输出连到所述信号处理电路，信号处理电路中有可与计算机进行通信的接口，其特征在于：信号笔的笔头上有可以将光线沿原路逆向反射的反光物体，在图像传感器的镜头旁紧靠有一组照明发光器件，其发光覆盖图像传感器的接收区域。

图像传感器镜头旁的照明发光器件是一组红外发射管，所述的图像传感器的光路内设置有对应于所述的照明发光器件的发光波长的带通滤光片，以提高系统的信噪比；信号笔内有笔操作信号发射装置，信号接收处理器内有相应的笔操作信号接收装置与信号处理电路相连；信号笔内的笔操作信号发射装置主要有信号发生电路和红外发射管构成，信号接收处理器中的笔操作信号接收装置主要由一个红外接收模块和解码电路构成；信号笔内的笔操作信号发射装置也可以是一个射频发射电路，同时信号接收处理器中的笔操作信号接收装置主要由一个射频接收模块和解码电路构成；在所述的信号笔内可以有一个笔头触发开连接到笔头上，笔头触发开关信号线连到笔操作信号发射装置，以根据书写动作自动触发笔操作信号发射；在信号笔内可以有一个以上的轻触开关和笔操作信号发射装置相连；信号笔上的反光物体是一个表面有反光材料的球状物体或柱状物体。为了进行不同方式的位置计算，在信号接收处理器中可以设置有一个以上的图像传感器，每个图像传感器的镜头旁都有一组照明发光器件，其发光分别覆盖各自对应的图像传感器的接收区域，例如可以设置两个图像传感器分别从白板的两个相邻角外侧指向白板区域，这样就可以通过计算笔在两个图像传感器中的侧向角度，利用其交叉关系计算出其在白板上的坐标。在信号处理电路中设置可与计算机进行通信的接口，这样可以与计算机进行通信，将坐标和笔操作信息传输的计算机。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的位置指示和跟踪装置具有这样的有益效果：由于笔头上的反光物体高效率地将图像传感器镜头旁的照明发光器件发出的光线反射进入图像传感器，使信号笔笔头在图像传感器成像中的亮度高于背景物体，因此可以用现有技术简单地提取出信号笔笔头的位置数据，不需要信号笔自身发光指示位置，这样就大大降低了信号笔的电耗；由于信号接收处理器可以持续地跟踪信号笔，使白板系统的行为可以与鼠标的行为一致，解决了精确点击的问题；由于信号笔笔头内不再需要安装发光器件，因此信号笔的结构大大简化，可以实现多节伸缩长信号笔。

附图说明

图1是本实用新型的实施例中信号笔的结构示意图。

图2是本实用新型的实施例中信号接收处理器的原理框图。

图中：1-笔头，2-反光物体，3-笔壳，4-红外发射管，5-笔头触发开关，6-信号发生电路，7-轻触开关，8-电池，9-照明发光器件，10-图像传感器，11-信号处理电路，12-笔操作信号接装置。

具体实现方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

在图1中，信号笔主要由笔头1、反光物体2、笔壳3、红外发射管4、笔头触发开关5、信号发生电路6、轻触开关7、电池8等构成。所述笔头1是由耐磨的透明材料做成，反光物体2设置在笔头内，它是一个表面有反光材料的球状或柱状物体。笔头触发开关5是一个轻触开关，和笔头1的末端接触，通过导线连信号发生电路6，当进行书写或点击操作时，笔头1受到的压力传递到笔头触发开关5使之动作，信号发生电路6根据此信号产生相应的编码载波信号并驱动红外发射管4发光。笔壳3上有孔或透明窗口，以使红外发射管4的发光可以射出。同样轻触开关7也连到信号发生电路6上，当其被按下时，信号发生电路6也产生相应的编码载波信号并驱动红外发射管4发光。所述的笔头触发开关可以是通常的轻触开关，也可以是其它机制的开关装置。

图2中，本实施例中的信号接收处理器主要由图像传感器10、照明发光器件9、信号处理电路11、笔操作信号接收装置12等构成。所述图像传感器10是由CMOS图像传感芯片及镜头、滤光片等构成，其中滤光片是通光窗口对应于所述照明发光器件9的发光波长的带通滤光片。所述的照明发光器件9是一组红外发射管，它们的位置尽可能靠近图像传感器9的镜头，并连接到电源使之被驱动发光，其安装的方向使其发光尽量均匀地照亮图像传感器9的接收区域。信号处理电路11主要由单片机和FPGA芯片以及外围器件构成，实现视频数据的处理并提取出笔的位置数据，通过接口电路输出。笔操作信号接收装置是由普通的红外遥控器中使用的红外接收模块和信号解码电路构成，其信号输出到信号处理电路11上。信号处理电路11上有计算机接口电路，可以将笔头的坐标信息和笔操作信息都传到计算机，以实现白板功能。

信号笔内的红外发射管4发光波长为970纳米，有1-2个。信号接收处理器中的照明发光器件9是波长为850纳米的红外发射管，共有4个，也可以是1个或更多。

工作时，将信号接收处理器中的图像传感器10对准白板，同时所述的照明发光器件9发射红外光，当信号笔进入白板区域时，其笔头1中的反光物体2将上述照明发光器件9的光线高效地逆向反射进入图像传感器10；反光物体2表面的反光材料为一种通常用于交通标志的反光膜，由于其高效反光特性，将使其在图像传感器中的亮度大大高于背景物体，这样用现有技术的信号处理电路能可靠地检测出其位置，而不需要笔头自身发光。当进行书写或点击时，笔头1接触白板表面并受力后触发笔头触发开关5，进而触发信号发生电路6产生调制于40KHz载波的编码信号，由红外发射管4发射出去。信号笔中的轻触开关7按下后也同样触发红外发射管4的发光。信号接收处理器中的红外接收模块是普通红外遥控器使用的红外接收模块，可以对40KHz的载波信号进行高灵敏度接收，其输出信号连接到一个解码电路，经解码的信号连到信号处理电路11，从而可以在信号处理电路11中得到笔操作信息并经接口传送到计算机。以上信号笔中的笔操作信号发射装置也可以采用射频信号发射装置，而信号接收处理器中的笔操作信号接收装置相应由射频接收和解码电路构成。

所述的信号接收处理器可以安装在独立的外壳中，灵活地安装使用。也可以安装在显示设备的外壳结构中，与显示设备、信号笔共同构成一个交互电子白板。特别是可以安装在一个投影机中，构成一个具有电子白板功能的投影机，进一步，设置两个图像传感器10分别安装在投影机的左右两侧，利用笔头在两个图像传感器成像中的位置关系可以进行三维笔位置计算，构成三维交互白板系统。

这样配合计算机中的软件，可以实现这样的效果：当信号笔进入白板区域时，系统光标立即实时跟踪笔的位置移动，而只有当笔头接触白板或按键开关被按下时，才产生鼠标点击或画线等动作。这样就能够实现精确定位的鼠标点击或画线操作；由于载波的红外发射接收灵敏度很高，所以信号笔的耗电较低；由于笔头内不需发光管，使笔的结构简化，可以方便地实现多节可伸缩长信号笔，这些有益的效果是现有技术无法达到的。

Claims (12)

1、一种位置指示与跟踪装置，包括信号笔和信号接收处理器，所述信号接收处理器包含图像传感器(10)、信号处理电路(11)等，所述图像传感器(10)的信号输出连到所述信号处理电路(11)，其特征在于：信号笔的笔头(1)上有可以将光线沿原路逆向反射的反光物体(2)，在图像传感器(10)的镜头旁紧靠有一组照明发光器件(9)，其发光覆盖图像传感器的接收区域。

2、根据权利要求1所述的位置指示与跟踪装置，其特征在于：所述的照明发光器件(9)为红外发射管。

3、根据权利要求1或2所述的位置指示与跟踪装置，其特征在于：所述信号笔内有笔操作信号发射装置，所述信号接收处理器内有相应的笔操作信号接收装置(12)与所述的信号处理电路(11)相连。

4、根据权利要求3所述的位置指示与跟踪装置，其特征在于：所述的信号笔内的笔操作信号发射装置是由信号发生电路(6)和红外发射管(4)构成，所述的信号接收处理器中的笔操作信号接收装置(12)主要由红外接收模块和解码电路构成。

5、根据权利要求4所述的位置指示与跟踪装置，其特征在于：在所述的信号笔内有一个笔头触发开关(5)与笔头(1)的末端相接触，笔头触发开关(5)连到笔操作信号发生电路(6)。

6、根据权利要求4所述的位置指示与跟踪装置，其特征在于：在信号笔内有一个以上的轻触开关(7)与笔操作信号发射装置相连。

7、根据权利要求1或2所述的位置指示与跟踪装置，其特征在于：所述信号笔中的反光物体(2)是一个表面有反光材料的球状物体。

8、根据权利要求1或2所述的位置指示与跟踪装置，其特征在于：所述信号笔中的反光物体(2)是一个表面有反光材料的柱状物体。

9、根据权利要求1或2所述的位置指示与跟踪装置，其特征在于：在信号接收处理器中有一个以上的图像传感器，每个图像传感器的镜头旁都有一组照明发光器件，其发光分别覆盖各自的图像传感器的接收区域。

10、根据权利要求1或2所述的位置指示与跟踪装置，其特征在于：所述的信号接收处理器是安装在一个显示设备的外壳结构中。

11、根据权利要求9所述的位置指示与跟踪装置，其特征在于：所述的信号接收处理器是安装在一个投影机的外壳中，并且所述的信号接收处理器包含两个图像传感器(10)，分别设置在投影机的两侧位置。

12、根据权利要求3所述的位置指示与跟踪装置，其特征在于：所述的信号接收处理器是安装在一个显示设备的外壳结构中，在信号接收处理器中有一个以上的图像传感器，每个图像传感器的镜头旁都有一组照明发光器件，其发光分别覆盖各自的图像传感器的接收区域。

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