DE10014790A1 - Optoelectronic system, has bidirectional interface that computes displacement speed to subsequently determine the flow of process related data and its subsequent transmission to indicator units - Google Patents

Optoelectronic system, has bidirectional interface that computes displacement speed to subsequently determine the flow of process related data and its subsequent transmission to indicator units

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Abstract

An optoelectronic sensor (8) is in contact with a processor unit (2) so that images captured by the sensor are registered into the processor unit. The contour, center of gravity, positional coordinates of the body are determined by the processor unit from the registered images. The image registration and determination of the related data are then repeated after 10 microseconds. If a body is displaced the displacement speed is computed to subsequently determine the flow of process-related data and which are subsequently transmitted via a bidirectional interface (7). The data will enable control of various indicator units, in particular the control of a mouse driver.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein optoelektronisches System zur Positions­ bestimmung und -verfolgung von Körpern, insbesondere zur Verwendung als Computermaus.The invention relates to an optoelectronic system for positions determination and tracking of bodies, in particular for use as Computer mouse.

Es ist bekannt, das als Eingabemedium zur Zeigerdarstellung auf einem Monitor entweder eine Computermaus, ein Trackball, ein Pen, ein Lichtgriffel, ein Mauspad mit eingebauten induktiven oder kapazitiven Wegaufnehmern(Pressemitteilung der Fa. Rittal, Herborn in Elektronik Information Nr. 12/99 S. 89) oder ein Tableau zum Einsatz kommt. In einigen speziellen Anwendungen werden neuerdings auch Touch- Screens verschiedener Technologie verwendet. Nachteilig bei der Computermaus und bei dem Trackball ist die anfällige, störempfindliche Mechanik, sowie die Notwendigkeit, dass diese Geräte nur direkt mit der Hand bzw. Finger mit viel Gefühl bedient werden können. Schon die Benutzung eines Handschuhs, wie sie in der Industrie üblich sind, ist nicht bzw. nur eingeschränkt möglich. Die aktiven Mauspads, wie auch die Tableaus benötigen ein zusätzliches Zeigegerät, in der Form eines Kugelschreibers um die induktiven oder kapazitiven Wegaufnehmer anzusteuern. Abgesehen von dem Trackball benötigen alle diese Geräte eine entsprechende Fläche, um die Zeigerbewegungen zu erzeugen Speziell der Trackball erfordert eine sehr aufwendige, kostenintensive Mechanik und benötigt kontruktionsbedingt wesentlich mehr Höhe.It is known to be used as an input medium for pointer display on a monitor either a computer mouse, a trackball, a pen, a light pen, a mouse pad with built-in inductive or capacitive displacement sensors (press release from Rittal, Herborn in Electronics Information No. 12/99 p. 89) or a panel for Commitment comes. In some special applications, touch Screens of different technology used. A disadvantage of the computer mouse and the trackball is the susceptible, sensitive mechanism, as well as the Necessity that these devices only directly with the hand or fingers with a lot of feeling can be operated. Already using a glove like the one in the Industry is common, is not possible or only possible to a limited extent. The active mouse pads, like the tableaus also need an additional pointing device, in the form of a Ballpoint pen to control the inductive or capacitive displacement transducers. Apart from the trackball, all of these devices require a corresponding one Area to generate the pointer movements Especially the trackball requires one very complex, cost-intensive mechanics and requires construction-related reasons much more height.

Aus WO 98/58346 ist ein optoelektronisches System bekannt, dass der Fingerprinterkennung dient, und zusätzlich durch Verfolgung von Fingerprintabschnitten auch zur Verfolgung einer Fingerbewegung eingesetzt werden kann. Nachteilig ist hierbei, dass dieses Verfahren eine aufwendige Bildverarbeitung und damit eine hohe Rechenleistung erfordert, und der Finger selbst möglichst sauber sein muss, da sonst keine Erkennung der Fingerrillen, bzw. Ausschnitte daraus, und deren Verfolgung erfolgen kann. From WO 98/58346 an optoelectronic system is known that the Fingerprint detection is used, and additionally by tracking Fingerprint sections can also be used to track finger movement can. The disadvantage here is that this method requires complex image processing and therefore requires high computing power, and the finger itself if possible must be clean, otherwise there is no recognition of the finger grooves or cutouts from it, and their tracking can be done.  

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein optoelektronisches System zur Positionsbestimmung und -verfolgung von Körpern, insbesondere zur Verwendung als Computermaus zu schaffen, welches die Konturen eines Körpers und dessen Bewegungen korrekt und schnell ermitteln, nachverfolgen (tracking) und auswerten kann und bei dem keine beweglichen Teile zum Einsatz kommen. Darüber hinaus soll das System wartungsfrei sein, auf kleinstem Raum einfach installierbar, sowie preiswert zu produzieren ist.The object of the present invention is now an optoelectronic System for position determination and tracking of bodies, in particular for Use as a computer mouse to create the contours of a body and determine its movements correctly and quickly, track (tracking) and can evaluate and in which no moving parts are used. In addition, the system should be maintenance-free, simple in the smallest space installable and inexpensive to produce.

Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, daß
To solve the problem it is proposed that

  • a) daß das optoelektronische System (1) mindestens einen optoelektronischen Sensor (8) und eine Rechnereinheit (2) enthält, wobei bei Kontakt mit dem opto­ elektronischen Sensor (8) ein Bild erfasst wird; mittels einer Rechnereinheit (2) die Konturen eines Körpers ermittelt werden, der Schwerpunkt des Körpers, seine Position und sein Winkel zum Mittelpunkt berechnet werden,a) that the optoelectronic system ( 1 ) contains at least one optoelectronic sensor ( 8 ) and a computer unit ( 2 ), an image being recorded on contact with the optoelectronic sensor ( 8 ); the contours of a body are determined by means of a computer unit ( 2 ), the center of gravity of the body, its position and its angle to the center are calculated,
  • b) nach einer Zeitspanne von mindestens 10 ms wird wieder ein Bild erfasst, die Konturen ermittelt und erneut die Position und der Winkel gemäß Punkt a) bestimmt werden,b) after a period of at least 10 ms, an image is recorded again, the Contours determined and again the position and the angle determined according to point a) become,
  • c) bei Bewegung des Körpers durch die Differenzbildung der ermittelten unterschiedlichen Positionen und dem bekannten Zeitttakt die Geschwindigkeit berechnet wird, so daß bei Durchlauf des vorgenannten Prozesses entsprechende Daten ermittelt werden, die dann, mittels einer bidirektionalen Schnittstelle (7) übermittelt werden, die Ansteuerung verschiedener Zeigereinheiten, insbesondere die Ansteuerung eines Maustreibers, ermöglichen.c) when moving the body by calculating the difference between the determined different positions and the known time cycle, the speed is calculated so that when the above process is run, corresponding data are determined, which are then transmitted by means of a bidirectional interface ( 7 ), the control of various Allow pointer units, in particular the control of a mouse driver.

Die vorstehenden Ausführungen werden anhand der folgenden Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:The above explanations are illustrated by the following drawing explained. It shows:

Fig. 1 ein optoelektronisches System (1) mit einer Rechnereinheit (2) und einem optoelektronischen Sensor (8). Die Rechnereinheit (2) enthält einen Taktgenerator (3), eine CPU (4), einen Befehlsspeicher (5) und/oder Datenspeicher (6). Der optoelektronische Sensor (8) ist mit der Rechnereinheit über einen bidirektionalen Datenbus (9) verbunden. Weiterhin wird eine bidirektionale Schnittstelle (7) dargestellt. Fig. 1 shows an optoelectronic system ( 1 ) with a computer unit ( 2 ) and an optoelectronic sensor ( 8 ). The computer unit ( 2 ) contains a clock generator ( 3 ), a CPU ( 4 ), a command memory ( 5 ) and / or data memory ( 6 ). The optoelectronic sensor ( 8 ) is connected to the computer unit via a bidirectional data bus ( 9 ). A bidirectional interface ( 7 ) is also shown.

Fig. 2 optoelektronisches System (1) mit einem FPGA-Chip (10) und einem optoelektronischen Sensor (8), Fig. 2 optoelectronic system (1) having an FPGA (10) and an optoelectronic sensor (8),

Fig. 3 ein optoelektronisches System (1) mit einem optoelektronischen Sensor (8) integriert zusammen der kompletten erforderlichen Hard- und Software in einem Schaltkreis (11). Fig. 3 shows an optoelectronic system ( 1 ) with an optoelectronic sensor ( 8 ) integrated together with all the necessary hardware and software in a circuit ( 11 ).

Das erfindungsgemäße optoelektronische System (1) beinhaltet eine Rechnereinheit (2), die einem Taktgenerator (3), eine CPU (Central Processor Unit) (4), einen Befehlsspeicher (5) und/oder Datenspeicher (6) beinhaltet. Ebenso enthält das optoelektronische System (1) einen optoelektronischen Sensor (8). Dieser Sensor besteht z. B. aus einem CMOS-Kamerachip. Die Rechnereinheit (2) und der optoelektronische Sensor (8) sind über einen bidirektionalen Datenbus(9) miteinander verbunden.The optoelectronic system ( 1 ) according to the invention includes a computer unit ( 2 ) which contains a clock generator ( 3 ), a CPU (Central Processor Unit) ( 4 ), a command memory ( 5 ) and / or data memory ( 6 ). The optoelectronic system ( 1 ) also contains an optoelectronic sensor ( 8 ). This sensor consists, for. B. from a CMOS camera chip. The computer unit ( 2 ) and the optoelectronic sensor ( 8 ) are connected to one another via a bidirectional data bus ( 9 ).

Um die Verbindung des Systems zum Ausgabegerät, z. B. einem Computer, herzustellen, verfügt das System über eine bidirektionale Schnittstelle (7) wie z. B. einen USB-Anschluss, einen RS-232 Anschluss, einen IR-Anschluss oder eine Parallelschnittstelle. Durch Kontakt eines Körpers, z. B. eines Fingers, mit dem optoelektronischen Sensor (8) wird ein Bild erfasst. Die Rechnereinheit (2) ermittelt dann über das erfasste Bild die Konturen des Körpers. Gleichzeitg wird der Schwerpunkt des Körpers seine Position und sein Winkel zum Mittelpunkt berechnet. Nach einer Zeitspanne von mindestens 10 ms wird wieder ein Bild erfasst, die Konturen ermittelt und erneut die Position und der Winkel bestimmt. Wird nun der Körper bewegt, werden durch die Differenzbildung der ermittelten unterschiedlichen Positionen und dem bekannten Zeitttakt die Geschwindigkeit berechnet, so daß bei Durchlauf des vorgenannten Prozesses entsprechende Daten ermittelt werden, die dann die Ansteuerung verschiedener Zeigereinheiten, insbesondere die Ansteuerung eines Maustreibers, ermöglichen. Somit können z. B. Computermäuse gesteuert werden. Bei dem erfindungsgemässen optoelektronischen System (8) kann die gesamte erforderliche Hard- und Software in einem FPGA-Chip (Free Programable Gate Array) (10) untergebracht sein.To connect the system to the output device, e.g. B. a computer, the system has a bidirectional interface ( 7 ) such. B. a USB port, an RS-232 port, an IR port or a parallel interface. By contacting a body, e.g. B. a finger, with the optoelectronic sensor ( 8 ) an image is captured. The computer unit ( 2 ) then uses the captured image to determine the contours of the body. At the same time the center of gravity of the body, its position and its angle to the center is calculated. After a period of at least 10 ms, an image is recorded again, the contours are determined and the position and the angle are determined again. If the body is now moved, the speed is calculated by forming the difference between the determined different positions and the known time cycle, so that when the aforementioned process is run through, corresponding data are determined which then enable the control of various pointer units, in particular the control of a mouse driver. Thus, e.g. B. Computer mice can be controlled. In the case of the optoelectronic system ( 8 ) according to the invention, all the hardware and software required can be accommodated in an FPGA chip (Free Programmable Gate Array) ( 10 ).

Ebenso kann die gesamte erforderliche Hard- und Software sowie der optoelektronische Sensor (8) in einem Schaltkreis (11) untergebracht sein.Likewise, the entire required hardware and software as well as the optoelectronic sensor ( 8 ) can be accommodated in a circuit ( 11 ).

Beispielexample

Herr X sitzt an seinem Notebook. Durch Berührung des Sensorfeldes der Computermaus werden über den optoelektronischen Sensor (8) ein Bild erfasst und die Konturen seines Fingers ermittelt. Bei einer Bewegung des Fingers auf dem Sensorfeld werden wiederum Bilder vom optoelektronischen Sensor (8) erfasst (Fingertracking). Die ermittelten Daten werden dann gemäß Anspruch 1 des erfindungsgemäßen Systems zur Ansteuerung eines Maustreibers verwendet. Mr. X is sitting on his notebook. By touching the sensor field of the computer mouse, an image is captured via the optoelectronic sensor ( 8 ) and the contours of his finger are determined. When the finger moves on the sensor field, images are again recorded by the optoelectronic sensor ( 8 ) (finger tracking). The determined data are then used in accordance with claim 1 of the system according to the invention for controlling a mouse driver.

Bei dem erfindungsgemässen optoelektronischen System (1) ist es vorteilhaft, daß keine beweglichen Teile zum Einsatz kommen und dieses dadurch keinerlei Verschleiß unterliegt und somit die Zuverlässigkeit im Vergleich zu bisherigen Lösungen wesentlich verbessert wird. Darüber hinaus ist das System dadurch wartungsfrei. Da keine Mechaniken verwendet werden, die verschmutzen können, bietet sich der Einsatz auch in den Fällen an, wo dies bisher auf große Probleme wegen der mangelnden Zuverlässigkeit stiess, z. B. bei industriellen Steuerungssystemen.In the case of the optoelectronic system ( 1 ) according to the invention, it is advantageous that no moving parts are used and this is therefore not subject to any wear and thus the reliability is significantly improved compared to previous solutions. In addition, the system is maintenance-free. Since no mechanics are used that can contaminate, the use is also appropriate in cases where this has so far encountered major problems due to the lack of reliability, e.g. B. in industrial control systems.

Auch kann dieses optoelektronische System als Ersatz für die sehr teueren und unzuverlässigen Touch-Screen Lösungen eingesetzt werden.This optoelectronic system can also replace the very expensive and unreliable touch screen solutions.

Die Bedienung des Systems kann mit Körpern unterschiedlicher geometrischer Form und aus unterschiedlichen Materialien erfolgen, wodurch sich verschiedene neue Einsatzmöglichkeiten, z. B im Bereich des CAD (Computer aided Design) oder im Bereich des CAE (Compter aided Engineering) ergeben. Ebenso stellt das optoelektronische System sicher, daß die Konturen eines Körpers und dessen Bewegungen korrekt und schnell ermittelt und ausgewertet können. Es kann auf kleinstem Raum einfach installiert werden und eignet sich so z. B. sehr gut für die Verwendung als Computermaus in einem Notebook. Letztlich ist es preiswert und unkompliziert zu produzieren.The system can be operated with bodies of different geometric shapes and made of different materials, which creates different new ones Possible uses, e.g. B in the field of CAD (Computer aided Design) or in Area of CAE (Compter aided Engineering). It also represents optoelectronic system ensures that the contours of a body and its Movements can be correctly and quickly determined and evaluated. It can be on smallest space can be easily installed and is suitable for. B. very good for that Use as a computer mouse in a notebook. Ultimately it is inexpensive and easy to produce.

Claims (5)

1. Optoelektronisches System zur Positionsbestimmung von Körpern, insbesondere zur Verwendung als Computermaus, dadurch gekennzeichnet,
  • a) daß das optoelektronische System (1) mindestens einen optoelektronischen Sensor (8) und eine Rechnereinheit (2) enthält, wobei bei Kontakt mit dem opto­ elektronischen Sensor (8) ein Bild erfasst wird; mittels der Rechnereinheit (2) die Konturen eines Körpers ermittelt werden, der Schwerpunkt des Körpers, seine Position und sein Winkel zum Mittelpunkt berechnet werden,
  • b) nach einer Zeitspanne von mindestens 10 ms wird wieder ein Bild erfasst, die Konturen ermittelt und erneut die Position und der Winkel gemäß Punkt a) bestimmt werden,
  • c) bei Bewegung des Körpers durch die Differenzbildung der ermittelten unterschiedlichen Positionen und dem bekannten Zeitttakt die Geschwindigkeit berechnet wird, so daß bei Durchlauf des vorgenannten Prozesses entsprechende Daten ermittelt werden, die dann, mittels einer bidirektionalen Schnittstelle (7) übermittelt werden, die Ansteuerung verschiedener Zeigereinheiten, insbesondere die Ansteuerung eines Maustreibers, ermöglichen.
1. Optoelectronic system for determining the position of bodies, in particular for use as a computer mouse, characterized in that
  • a) that the optoelectronic system ( 1 ) contains at least one optoelectronic sensor ( 8 ) and a computer unit ( 2 ), an image being recorded on contact with the optoelectronic sensor ( 8 ); the contours of a body are determined by means of the computer unit ( 2 ), the center of gravity of the body, its position and its angle to the center are calculated,
  • b) after a period of at least 10 ms, an image is recorded again, the contours are determined and the position and the angle are determined again according to point a),
  • c) when moving the body by calculating the difference between the determined different positions and the known time clock, the speed is calculated so that when the above process is run, corresponding data are determined, which are then transmitted by means of a bidirectional interface ( 7 ), the control of various Allow pointer units, in particular the control of a mouse driver.
2. Optoelektronisches System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem optoelektronischen System (1) eine Rechnereinheit (2) eingebaut ist, die einen Taktgenerator (3), eine CPU (Central Processor Unit) (4), einen Befehlsspeicher (5) und/oder Datenspeicher (6) beinhaltet.2. Optoelectronic system according to claim 1, characterized in that in the optoelectronic system ( 1 ) a computer unit ( 2 ) is built in, a clock generator ( 3 ), a CPU (Central Processor Unit) ( 4 ), a command memory ( 5 ) and / or data memory ( 6 ). 3. Optoelektronisches System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das optoelektronische System (1) über einen optoelektronischen Sensor (8), z. B. über einen CMOS-Kamerachip verfügt. 3. Optoelectronic system according to at least one of claims 1 to 2, characterized in that the optoelectronic system ( 1 ) via an optoelectronic sensor ( 8 ), for. B. has a CMOS camera chip. 4. Optoelektronisches System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektronische Sensor (8) mit der Rechnereinheit (2) über einen bidirektionalen Datenbus (9) verbunden ist.4. Optoelectronic system according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that the optoelectronic sensor ( 8 ) is connected to the computer unit ( 2 ) via a bidirectional data bus ( 9 ). 5. Optoelektronisches System nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte erforderliche Hard- und Software des optoelektronischen Systems (1) in einem FPGA-Chip (Free Programable Gate Array) (10) untergebracht ist, oder die gesamte erforderliche Hard- und Software sowie der optoelektronische Sensor in einem Schaltkreis (11) untergebracht sind.5. Optoelectronic system according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the entire required hardware and software of the optoelectronic system ( 1 ) is accommodated in an FPGA chip (Free Programmable Gate Array) ( 10 ), or the entire required hardware and software and the optoelectronic sensor are accommodated in a circuit ( 11 ).
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