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Für
eine vielfältige Anzahl von Anwendungen ist es wünschenswert,
unter Umgehung der üblichen Eingabegeräte wie
zum Beispiel einer Tastatur, einem Touchscreen oder einer Maus,
mit einem Computer zu interagieren. Das kann zum Beispiel als Schutz
vor Vandalismus, in explosionsgefährdeten Bereichen oder
auch aus ästhetischen Gründen gefordert sein.
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Üblicherweise
bedient man sich hierzu einer Sprachsteuerung oder optischen Sensoren.
Bei den optischen Sensoren wird in der Regel mit mindestens einer
Kamera ein digitales Bild von einem Interaktionsraum erzeugt und
die Position eines Zeigeobjektes wie zum Beispiel einem Finger oder
einen Zeigestab im Interaktionsraum ermittelt. Bei Erfüllung
vorbestimmter Kriterien wie zum Beispiel einer bestimmten Position
und Verweildauer des Zeigeobjektes werden vorbestimmte Aktionen
auslöst.
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Im
Stand der Technik ist aus einer Vielzahl von Erfindungen bekannt,
dass man die räumliche Position eines Zeigeobjektes mittels
zweier Kameras ermitteln und hierdurch eine Interaktion mit einem Computer
auslösen kann. Das geschieht häufig mit stereobasierenden
Algorithmen der Bildverarbeitung. Aus
DE 10007891 ist weiterhin bekannt,
dass zur Interaktion mit einer in einem Schaufenster befindlichen
Darstellung eine einzige Kamera dazu ausreichend ist, wenn ihr über
optische Mittel wie z. B. Umlenkspiegel, einem Prisma und reflektierende
Flächen, zwei Strahlengänge zugeführt
werden.
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Bei
der Ausführung in
DE
10007891 mit zwei Strahlengängen, sind die optischen
Mittel für beide Strahlengänge vor einem Schaufenster
anzuordnen was die Gefahr der Beschädigung durch Vandalismus
sowie deren Verschmutzung durch Umwelteinflüsse erhöht.
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In
den weiteren bekannten Erfindungen mit mindestens zwei Kameras,
ist für die stereobasierende Auswertung der gewonnenen
Bilddaten, ein nicht unerheblicher Aufwand in Form von bereitzustellender
Rechenleistung nötig.
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Durch
das stereobasierende Prinzip der Bildauswertung sind zudem bestimmte,
innerhalb gewisser Grenzen, räumliche Konstellationen der
Kameras zueinander vorgegeben, so dass die Installation nicht unter
allen räumlichen Gegebenheiten, oder zumindest nicht verdeckt
und somit unauffällig, möglich ist.
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Je
nach Ausführung der bekannten Techniken muss zudem ein
sich wechselnder Bildinhalt hinter oder innerhalb des auszuwertenden
Interaktionsraum berücksichtigt beziehungsweise mit mathematischen
Algorithmen ausgeblendet werden, was wiederum zu einer erhöhten
Rechenleistung und Störanfälligkeit führt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Anordnung zu schaffen, welche die beschriebenen
Nachteile der bekannten Techniken beseitigt und die Erfassung der
räumlichen Position eines Zeigeobjektes mittels einer einzigen
Kamera kostengünstig und mit möglichst geringem
Aufwand zur Interaktion mit einem Computer ermöglicht.
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Gemäß der
Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale
der nachstehenden Schutzansprüche gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird
anhand des nachfolgenden Beispiels beschrieben, in welchem ein Benutzer, üblicherweise
ein Passant, die auf einem sich hinter einem Schaufenster befindlichen
Anzeigegerät dargebotenen Informationen aktiv beeinflusst
beziehungsweise auswählt.
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Es
versteht sich von selbst, dass die Einsatzmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt,
sondern wesentlich vielfältiger sind.
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Nachfolgend
wird unter „hinter einem Schaufenster" der, für
den Benutzer durch das Schaufenster getrennte Bereich und „vor
einem Schaufenster" der Bereich, in dem sich der Benutzer befindet,
verstanden.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung wird beispielhaft wie
folgt ausgeführt:
An einem Schaufenster wird eine
matt transparente Folie, Streulichtfolie oder Diffusionsfolie bezeichnet, welche
mit Symbolen, vorzugsweise aufgedruckt, versehen ist angebracht.
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Eine
Projektion der Symbole auf eine unbedruckte Folie mit den vorhergenannten
optischen Eigenschaften ist ebenfalls denkbar und liegt im erfindungsgemäßen
Rahmen.
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Die
Symbole sind vorzugsweise, um eine intuitive Bedienung des Anzeigegerätes
zu erleichtern, als allgemein übliche Navigationssymbole
ausgestaltet.
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Die
Symbole können nur in ihren Konturen angedeutet werden
oder teiltransparent sein, so dass ein Zeigeobjekt durch sie hindurch
noch gesehen werden kann.
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Die
Folie kann sowohl auf der zum Benutzer gerichteten Seite des Schaufensters
wie auch zur vom Benutzer abgewandten Seite des Schaufensters angebracht
sein.
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Bevorzugt
wird letzte Ausgestaltungsform, da hierdurch die Folie vor Umwelteinflüssen
wie zum Beispiel Verschmutzung sowie auch mutwilligen Beschädigungen
geschützt ist.
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Vorteilhaft
wirkt sich weiterhin aus, dass die Folie aufgrund ihrer halbtransparenten
Ausführung sich deutlich vom restlichen sichtbaren Bereich
des Schaufensters abhebt und zu einer raschen Erkennung durch einen
Betrachter führt, was wiederum das Interesse des Betrachters
an der Folie beziehungsweise ihren Zweck wecken kann.
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Denkbar
ist weiterhin auch, eine Vielzahl von Folien, welche in ihrer Formgebung
der der einzelnen Symbole entsprechen, an dem Schaufenster anzubringen.
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Es
versteht sich von selbst, dass insbesondere für den Fachmann
bei der Ausgestaltung der Folie vielfältige Möglichkeiten
innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung bestehen. Eine vorteilhafte
Ausgestaltung besteht zum Beispiel in der Beschichtung der Folie
mit optischen Mikrolinsen, wodurch sich, wie aus der weiteren Beschreibung
offensichtlich wird, erfindungsgemäße Vorteile ergeben.
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Die
mit aufgedruckten Symbolen versehene Folie wird nachstehend als
Symbolträger bezeichnet.
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Die
physikalische Stärke des Symbolträgers ist für
den erfindungsgemäßen Gedanken nicht ausschlaggebend,
bevorzugt wird die Ausführung als Folie. Denkbar ist auch
ein Symbolträger in Plattenform.
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Hinter
dem Schaufenster und hinter dem Symbolträger wird eine
Videokamera in beliebiger Ausführung, vorzugsweise eine
CCD-Videokamera, angeordnet. Die Kamera ist vorzugsweise in der
horizontalen sowie vertikalen Mitte des Symbolträgers angeordnet.
Jede beliebige Anordnung der Kamera bezüglich des Symbolträgers
ist mit entsprechenden mathematischen Korrekturmaßnahmen
(Trapezkorrektur) der durch die Kamera gelieferten Bilder möglich,
sofern die Kamera mindestens den auszuwertenden Bereich des Symbolträgers
erfassen kann. Die Trapezkorrektur kann auch mit optischen Maßnahmen
durchgeführt werden.
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Die
Videokamera wird derart fokussiert, dass eine scharfe Abbildung
des Symbolträgers in der Videokamera entsteht.
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Das
Videosignal der Videokamera wird, sofern sie die Bilddaten nicht
bereits in digitaler Form liefert, mit einem Analog/Digitalwandler,
auch Frame-Grabber oder Videodigitalisierer genannt, in digitaler
Form einer Auswerteeinheit zugeführt. In der nachstehenden
Beschreibung wird die Videokamera und der gegebenenfalls dazugehörige
Analog/Digitalwandler als eine Einheit gesehen und kurz Videokamera
genannt.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet nun folgendermaßen:
Davon
ausgehend, dass es hinter einem Schaufenster heller als vor dem
Schaufenster ist, wird ein Zeigeobjekt in der Kamera durch den Symbolträger
hindurch, aufgrund der optisch diffusen Eigenschaften des Symbolträgers,
mit abnehmenden Abstand des Zeigeobjektes zum Symbolträger
zunehmend schärfer abgebildet. Dadurch können
weiter entfernte Objekte welche in Ihrer Geometrie einem Finger
entsprechen in der Videokamera nicht scharf abgebildet und somit
in der nachgeschalteten Auswerteeinheit nicht registriert werden.
Vorzugsweise wird der Objektträger in seinen optischen
Eigenschaften derart ausgeführt, dass wenn er hinter einem
Schaufenster angeordnet ist, durch ihn hindurch erst bei Berührung der
Schaufenstervorderseite mit einem Finger durch einen Benutzer der
Finger scharf in der Videokamera abgebildet ist. Das kann mittels
der bereits weiter oben erwähnten Beschichtung mit optischen
Mikrolinsen vorteilhaft gelöst werden.
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Sinngemäß arbeitet
die erfindungsgemäße Vorrichtung wenn es, wie
tagsüber meist üblich, vor dem Schaufenster heller
als hinter dem Schaufenster ist. In diesem Fall wird mit abnehmenden
Abstand eines Fingers zum Symbolträger der Schatten bzw.
die Silhouette des Fingers zunehmend schärfer auf dem Symbolträger
und somit in der Videokamera abgebildet.
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Eine
besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Anordnung zur Interaktion mit einem Computer sieht vor, dass die
Videokamera mit einem Tageslichtfilter ausgestaltet ist und von
der Richtung der Videokamera aus eine Hilfslichtquelle, vorzugsweise
außerhalb des sichtbaren Lichtspektrums wie zum Beispiel
eine IR oder UV Lichtquelle den Symbolträger be- und durchleuchtet.
Die Ausführungsform der Videokamera unterstützt
hierbei das jeweilig gewählte Lichtspektrum außerhalb
des sichtbaren Bereiches. Durch diese bevorzugte Ausgestaltungsform
der erfindungsgemäßen Anordnung wird die Anordnung
unempfindlich gegenüber den vorherrschenden Lichtverhältnissen.
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Ebenso
ist es denkbar, je nach vorherrschenden Lichtverhältnissen,
wie zum Beispiel bei Dunkelheit mit einer Lichtquelle im sichtbaren
Bereich, gezielt den Objektträger zu beleuchten. Das kann
zum Beispiel automatisch bei Unterschreitung einer vorgegebenen
Helligkeit vor dem Schaufenster erfolgen. Dadurch wird die, bei
Passanten, durch den Objektträger erregte Aufmerksamkeit
erhöht.
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In
der weiteren Verarbeitung der erfindungsgemäßen
Anordnung werden die von der Kamera fortlaufend erfassten Bilder
einer nachgeschalteten Auswerteeinheit zugeführt. Die Auswerteeinheit
wertet nun zuvor festgelegte Bildbereiche, welche durch die einzelnen
auf dem Symbolträger angebrachten Symbole definiert sind,
in den von der Videokamera gelieferten Bildern aus. Dies geschieht
durch die Prüfung in zuvor festgelegten Bildbereichen,
nach vorgegebenen Bildmustern wie den beispielhaft angeführten
Finger eines Benutzers.
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Die
Auswerteeinheit kann in jeder beliebigen dem erfindungsgemäßen
Gedanken zweckdienlichen Ausführung ausgestaltet sein.
Bevorzugt wird die Auswerteeinheit als ein Kantendetektor mit nachgeschaltetem
neuronalen Netzwerk ausgeführt. Der Kantendetektor hat
den erfindungsdienlichen Vorteil, dass er erst ab einer vorgegebenen
Mindestschärfe der ihm zugeführten Bilddaten die
Konturen eines in den Bilddaten befindlichen Objektes liefert. Das nachgeschaltete,
bereits auf die Konturen von Fingern trainiertes neuronales Netzwerk
erkennt nun einen Finger, sofern seine Konturen in den vom Kantendetektor
gelieferten Daten vorhanden sind und sendet einen zuvor festgelegten
Steuerbefehl an das Anzeigegerät.
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Es
bietet sich an, die aufgedruckten Symbole auf dem Symbolträger
in einer bestimmten Unschärfe beziehungsweise ohne scharfe
Kanten auszuführen, so dass sie von der Kantendetektion
nicht gewertet werden und die Verarbeitung in dem neuronalen Netzwerk
nicht negativ beeinflussen.
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Die
Symbole können auf einen unbedruckten Symbolträger
auch projiziert werden und sind somit veränderlich.
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Eine
weitere Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung sei noch kurz erwähnt:
Anstatt die zuvor
festgelegten Bereiche in einem von der Videokamera gelieferten Bild
auf das Vorhandensein des beispielhaft aufgeführten Fingers
zu untersuchen, kann auch in den gesamten Bildern nach einem Finger
gesucht werden. Dazu wird das jeweilige Bild in Sub-Regionen unterteilt
welche sequenziell der Auswerteeinheit zugeführt werden.
Wird in einer Sub-Region ein Finger detektiert so werden dessen Koordinaten
gespeichert. Durch Verfolgung des sich auf dem Symbolträger
befindlichen Fingers beziehungsweise seiner Koordinaten, gestattet
diese Ausgestaltungsform der Erfindung zum Beispiel einfache Malfunktionen
auf einem Anzeigegerät. In dieser Ausgestaltungsform der
erfindungsgemäßen Anordnung wird der Symbolträger
sinnvollerweise nicht mit Symbolen sondern gegebenenfalls mit einer
Umgrenzung welche zum Beispiel einen Malbereich definiert bedruckt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorliegenden Ausführungsformen
beschränkt, da offensichtlich, insbesondere vom Fachmann,
weitere Ausführungen entwickelt werden können
die dem erfindungsgemäßen Grundgedanken entsprechen,
die in den anliegenden Ansprüchen umfasst werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10007891 [0003, 0004]