JP2005353071A - アレーセンサーポインティング入力システム及びその方法(pointinginputsystemandmethodusingarraysensors) - Google Patents
アレーセンサーポインティング入力システム及びその方法(pointinginputsystemandmethodusingarraysensors) Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】 ポインタでスクリーンに光点を入力し、アレーセンサーを経たスクリーンの撮影により第一データを識別システムに出力し、識別システムがアレーセンサーの光学用レンズの光学的変形パラメーターと空間における回転と変位量のパラメーターに基づき第一データから入力光点を識別し第二データを決定する。第二データには入力光点の位置情報が含まれ、情報システムから発生する関連出力をスクリーンに表示する。光学的変形パラメーターと空間における回転と変位量のパラメーターはアラインメント手順を経て得られる。アラインメント手順にはスクリーンに対して行うアラインメント用の光学入力が含まれ、アラインメント用データと予定の参照データを照合することにより光学的変形パラメーターと空間における回転と変位量のパラメーターを取得する。
【選択図】図5
Description
これにより、アラインメントに便利で、精度を有した位置決め及び高解像度を具えたアレーセンサーポインティング入力システム及びその方法を考えた。
本発明の別の目的は、縦型の大型スクリーンに応用した入力システム及びその方法を提供することにある。
図1はアレーセンサーを使用する空間システム10内において、アレーセンサー12の焦点面14と原点の距離をL、空間内の点M(X,Y,Z)を焦点面14上における結像をm(x,y,z)= m(X*L/Z,Y*L/Z,L)とする。光学レンズ16の変形を考慮した場合、該レンズの変形量はこの中心点において極座標式の対称(polar symmetricity)を形成し、これによりまず光学レンズ16がアレーセンサー12に相対する中心点位置を見つけ出し、また本来の座標システムを極座標システムに変換(transform)することによって、三次元空間の相関関係の処理を実施する。
図2のアラインメント手順20aはアレーセンサーポインティング入力システムに前面投射型プロジェクターを包含した情報システム上に応用である。まずスクリーン21aに対してアラインメント用の光学入力を行い、例えばアレーセンサー22a上のレーザービーム(laser beam)24aを利用してスクリーン21a上の光点群(light spots)の投射或いはアレーセンサー22a上の表示ウインドウ(viewing window)25aからアレーセンサー22aの撮影範囲を見て確認、及び前面投射型プロジェクター23aを利用してスクリーン21aに対してアラインメント用の参照画像を投射し、該アラインメント用の参照画像に標準識別パターンとして、例えば図3で示すチェッカー盤パターン30、ブロックパターン32或いはクロスパターン34、或いはその他任意の予定パターンを包含する。次にアレーセンサー22aを利用してスクリーン21a上のアラインメント用の参照画像を撮影することによってアラインメント用データ26aをコンピュータシステム27aに出力し、アラインメント用データ26aにはアレーセンサー22aがスクリーン21a上から読み込む標準識別パターンの位置情報を包含し、画像識別ソフトウェア(image identifying software)及び空間相対変位と回転量計算ツールプログラム(spatial displacement and rotation calculation tool programs)28aを利用してアラインメント用データ26aと予定の参照データ間の多数個の対応点の相対位置及び三次元空間相関関係を分析することによって、空間における回転と変位量のパラメーターを取得して、該パラメーターが即ちスクリーン21aとアレーセンサー22a間の三次元空間の相互対応の変換関係を示している。さらに該多数個の対応点間の三次元空間座標点の相対位置を比較し、またレンズ変形公式を利用してアレーセンサー22aの光学用レンズの光学的変形パラメーターを取得することで、一歩進んでスクリーン21aとアレーセンサー22a間の三次元空間位置の相関関係の精度を修正し、このようにスクリーン21aとアレーセンサー22a間のアラインメント手順を完成する。ある実施例内において、アラインメント手順20a内において使用するレンズ変形公式に公式4を包含する。スクリーン21aは平面、規則性曲面或いは不規則性曲面のスクリーンとすることができる。スクリーン21aが規則性曲面或いは不規則性曲面である場合、空間変換の数学関数が複雑になるため、双一次の内挿法(bilinear interpolation)を利用することで、アラインメント用データ26aと予定の参照データ間の多数個の対応点の三次元空間座標点の相対位置を分析することによって、スクリーン21aとアレーセンサー22a間の三次元空間の相互対応の変換関係を取得する。
図4のアラインメント手順20bはアレーセンサーポインティング入力システムに背面投射型プロジェクターを包含した情報システム上に応用である。まずスクリーン21bに対してアラインメント用の光学入力を行い、例えばアレーセンサー22b上の表示ウインドウ25bから見る或いはアレーセンサー22b上のレーザービーム26bを利用してスクリーン21b上の光点群へ投射してアレーセンサー22b上の撮影範囲を確認し、及びポインタ24bでスクリーン21b上の多数個の所定位置を利用して光点を入力すると、該光点が反射鏡27bでアレーセンサー22b上に反射される。背面投射型プロジェクター23bから反射鏡27bを経てスクリーン21b上に投射される強い光がアレーセンサー22b上に反射されて高輝度の光点を発生し、識別の困難が生じる可能性あるため、アレーセンサー22bの前方にフィルター28bを設けて背面投射型プロジェクター23bからの強い光をろ過し、背面投射型プロジェクター23bからの強い光とポインタ24bから来る光点を分離する。次にアレーセンサー22bで反射鏡27bからアレーセンサー22bに反射するアラインメント用入力光点を撮影してアラインメント用データ29bをコンピュータシステム30bに出力し、アラインメント用データ29bにはアレーセンサー22bがスクリーン21b上から読み込むアラインメント用入力光点の位置情報を包含し、画像識別ソフトウェア及び空間相対変位と回転量計算ツールプログラムを利用してアラインメント用データ29bと予定の参照データ間の多数個の対応点の相対位置及び三次元空間相関関係を分析することによって、空間における回転と変位量のパラメーターを取得して、該パラメーターが即ちスクリーン21bとアレーセンサー22b間の三次元空間の相互対応の変換関係を示している。このようにスクリーン21bとアレーセンサー22b間のアラインメント手順を完成する。ある実施例内において、スクリーン21bは平面、規則性曲面或いは不規則性曲面のスクリーンとすることができる。スクリーン21bが規則性曲面或いは不規則性曲面である場合、空間変換の数学関数が複雑になるため、双一次の内挿法を利用することで、アラインメント用データ29bと予定の参照データ間の多数個の対応点の三次元空間座標点の相対位置を分析することによって、スクリーン21bとアレーセンサー22b間の三次元空間の相互対応の変換関係を取得する。
図5のアレーセンサーポインティング入力システム40は単一の前面投射型プロジェクター41と単一のアレーセンサー42を包含したシステムに応用である。図2に記述した過程に従ってアラインメント手順20aを完成した後、ポインタ46を利用して直接スクリーン43上に入力を行うことができる。ポインタ46でスクリーン43上に投射した入力光点47はアレーセンサー42の撮影を経ることによって第一データをコンピュータシステム44に出力し、該第一データには入力光点47の画像情報を包含し、コンピュータシステム44には入力光点47を識別することに用いる識別システム49を包含し、該識別システムがアラインメント手順20a内で得たスクリーン43とアレーセンサー42間の変換関係に基づいて第二データを前面投射型プロジェクター41に出力し、該第二データには入力光点47がスクリーン43上の位置情報を包含し、前面投射型プロジェクター41が該第二データに基づいた関連出力を発生させてスクリーン43上に表示する。図5内において、該関連出力は光点47の画像である。その他の実施例内において、該関連出力にはカーソル(cursor)を光点47の位置上に移動或いはポインタ46のコマンドに対応して発生する入力を包含する。システム40内において、アレーセンサー42の前方に光学レンズ45及びフィルター48を具え、スクリーン43上の画像をアレーセンサー42上に結像及び不必要なノイズをろ過することによって、識別システムの識別効果を増強する。
図6のアレーセンサーポインティング入力システム50は単一の前面投射型プロジェクター51と多数個のアレーセンサー52を包含したシステムに応用である。図2に記述した過程に従ってアラインメント手順20aを完成した後、ポインタ54を利用して直接スクリーン53上に入力を行うことができる。多数個のアレーセンサー52が異なる方向からスクリーン53に対して撮影を行い、主要アレーセンサーが画像を撮影できない場合、直ちにその他のアレーセンサーに切り換えて撮影を行い、これにより死角の無い全面観測を行うことができる。多数個のアレーセンサー52を使用してスクリーン53に撮影するために、スクリーン53を大きくすることができることで、撮影の死角がなくなる。ポインタ54を利用してスクリーン53上において入力を実施する細節は図5の実施例を参考にする。図6中の識別システムを省略して表示しない。
図7のアレーセンサーポインティング入力システム60は多数個の前面投射型プロジェクター61、多数個のアレーセンサー62と多数個のポインタ63を包含したシステムの応用である。スクリーン64を多数個のエリアに区画し、各エリアは1個の前面投射型プロジェクター61が表示と1個のアレーセンサー62が撮影を担当することで、解像度を向上する。図2に記述した過程に従ってアラインメント手順20aを完成した後、ポインタ63を利用して直接スクリーン64上に入力を行うことができる。多数個のポインタ63を同時に使用することでマルチ入力或いは意見交換機能を満たすことができので、設備装置を追加する必要がなくなる。ポインタ63を利用してスクリーン64上において入力を実施する細節は図5の実施例を参考にして下さい。図7中の識別システムを省略して表示しない。
図8のアレーセンサーポインティング入力システム70は、背面投射型プロジェクターを包含して情報システム上に応用したものである。図4記述の過程に従ってアラインメント手順20bを完成した後、ポインタ75を利用して直接スクリーン73上において入力を行うことができる。背面投射型プロジェクター71は反射鏡74を介してスクリーン73上に画像を投射し、反射鏡74もアレーセンサー72がスクリーン73に対する撮影の実施をサポートする。ポインタ75でスクリーン73上に投射した入力光点76が反射鏡74によってアレーセンサー72にまで反射され、アレーセンサー72の撮影を経て第一データをコンピュータシステム(図中に表示していない)に出力して識別を行い、該第一データには入力光点76の画像情報を包含し、コンピュータシステムがアラインメント手順20b内においてスクリーン73とアレーセンサー72間の変換関係で取得したものに基づいて第二データを背面投射型プロジェクター71に出力し、背面投射型プロジェクター71が該第二データに基づいた関連出力を発生させてスクリーン73上に表示する。図8内において、該関連出力は光点76の画像である。その他の実施例内において、該関連出力にはカーソル(cursor)を光点76の位置上に移動或いはポインタ75のコマンドに対応して発生する入力を包含する。背面投射型プロジェクター71からスクリーン73上に投射される強い光がアレーセンサー72上に反射されて高輝度の光点を発生た場合、識別の困難が生じる可能性あるため、アレーセンサー72の前方にフィルター78を設けて背面投射型プロジェクター71からの強い光をろ過し、背面投射型プロジェクター71からの強い光とポインタ75から来る光点を分離することにより、判定率及び重複性が増加する。
図9のアレーセンサーポインティング入力システム80内において、表示システム81で画像をスクリーン82上に表示、アレーセンサー83をスクリーン82に対する撮影、ポインタ87で入力光点をスクリーン82上に投射することに用い、第一バッファ(buffer)84でアレーセンサー83が該スクリーン82に対するアラインメント用の光学入力の撮影によって出力したアラインメント用データ及び予定の参照データを保存し、第一プロセッサ85内には画像識別ソフトウェア及び空間相対変位と回転量計算ツールプログラムを含み、該アラインメント用データと該参照データ間の多数個の対応点の相対位置及び三次元空間の相関関係を分析することで、空間における回転と変位量のパラメーターを取得して、該多数個の対応点の三次元空間座標点の相対位置を比較し、またレンズ変形公式を利用してアレーセンサー83の光学用レンズの光学的変形パラメーターを取得して、第二バッファ86内に保存し、ポインタ87でスクリーン82に光点を入力する場合、アレーセンサー83がスクリーン82に対して撮影することによって第一データを発生して識別システム88に与え、第一データには入力光点の画像情報を包含し、識別システム88は第二バッファ86内に保存する光学的変形パラメーターと空間における回転と変位量のパラメーターに基づいて、第一データ内から入力光点の識別によって第二データを表示システム81に出力し、該第二データには入力光点がスクリーン82上の位置情報を包含し、表示システム81が該第二データに基づいた関連出力を発生させてスクリーン82上に表示する。ある実施例内において、レンズ変形公式に公式4を包含する。本実施例内において、識別システム88には第三バッファ88aが第一データを保存し、レジスタ88cが設定の光点特徴条件を提供し、第二プロセッサ88bが入力光点を検査することで、該光点特徴条件を満たした画素及びその隣接画素を同一光点とし、該光点の位置、大きさ、平均的な輝度、色相、長≡及び面積等情報の計算を含み、これら情報も全て第二データ内に包含することができることにより、表示システム81がスクリーン82上で表示する出力及び如何にしてスクリーン82上で該出力を表示するかを決定する。
図10のアラインメント手順チャート90内において、まずステップ91内でアレーセンサー撮影の範囲を確定し、次にステップ92内においてスクリーンに対してアラインメント用の光学入力を行い、ステップ93内においてアレーセンサーでスクリーン上のアラインメント用の光学入力を撮影し、さらにステップ94内においてアラインメント用データを出力させ、ステップ95内においてアラインメント用データと予定の参照データの比較を行い、さらにステップ96内においてアレーセンサーの光学用レンズの変形パラメーター及び空間における回転と変位量のパラメーターを取得することで、スクリーンとアレーセンサー間の三次元空間の相関関係のアラインメントを完成する。
図11のアレーセンサーポインティング入力方法のチャート100内において、図10のアラインメント手順90を完成した後、ステップ101内においてポインタを利用してスクリーン上に光点を入力し、ステップ102内においてアレーセンサーがスクリーンに対して撮影を行い、さらにステップ103内において第一データを出力し、ステップ104内において入力光点を識別し、ステップ105内において関連出力をスクリーン上に表示する。
図12に示すとおり、ポインタ110には1組の異なる特性の光源112、数個の押ボタン113、ローラ114、及び1個の開閉手段115を包含する。光源112はスクリーンに対する入力光点に用い、押ボタン113及びローラ114は光源112の輝度、色相、大きさ及び形状等の特徴に切り換えることに用いる。異なる光学特徴は動くトリガー信号と見なすことができ、例えばマウスの左ボタンを押圧することである。光源112には特殊波長或いは特殊点滅の光源を包含し、環境光源或いは表示システムに使用する光源と区別し、またアレーセンサーの感光特性と両立し、指示信号を示すことに用いることができる。光源112は例えば赤外線(Infrared;IR)発光ダイオード(Light-emitting Diode;LED)、可視光発光ダイオード或いはレーザー光を使用する。開閉手段115には接触式或いは非接触式の開閉手段を包含し、ポインタ113とスクリーンの接触状況を表示することに用いることができ、例えば入力状態の有無のような異なる入力効果を示す。例えば開閉手段115にアナログ出力の特性を具える場合、入力圧力の大きさを示すことができ、ペンタッチの重さを示すことができる。ポインタ110をペンとして、直接スクリーン上への入力に用いることができる。例えば開閉手段115を押してスクリーン上に入力光点を表示する場合、スクリーン上の光点を移動させてラインを表示する。ポインタ110もマウス機能として実施することに用いることができ、例えばワンクリック(one click)、ダブルクリック(double click)或いはドラッグである。
図13は本発明に基づいた入力光点を識別する表示図である。アレーセンサー上で結像する光点は通常数十個或いは数百個の画素の大きさに相当し、また1個の画素のみではないことから、アレーセンサーから取得した光点は空間上において光学固有値(例えば輝度)の分布120を具える。予定設定された背景ノイズ121及び閾値122に基づいて入力光点を決定し、例えば光点固有値の極大値の位置123を該光点の位置、或いは光点固有値の平均重心値の位置124を計算して該光点の位置、或いは光点固有値の閾値より大きい部分の中心点位置125を該光点の位置とすることにより、有効的に背景ノイズの干渉を除去できると共に高安定性及び高精度の要求を満たすことができる。
Claims (31)
- アレーセンサーポインティング入力方法において、
表示システム及びスクリーンを準備するステップと、
アレーセンサーを該スクリーンに向けて手配するステップと、
アラインメント手順を実施して該アレーセンサーの光学用レンズの光学的変形パラメーターと空間における回転と変位量のパラメーターとを分析するステップと、
ポインタを利用して該スクリーン上に光点を入力するステップと、
該アレーセンサーで対該スクリーンに対して撮影することによって第一データを発生するステップと、
該光学的変形パラメーターと空間における回転と変位量のパラメーターに基づいて該第一データ内から該入力光点を識別することによって第二データを決定するステップと、
該第二データに基づいて発生する関連出力を該スクリーン上に表示するステップと、
含むことを特徴とするアレーセンサーポインティング入力方法。 - 該アラインメント手順では、
該スクリーンに対してアラインメント用の光学入力を行うステップと、
該アレーセンサーを利用して該スクリーンに対して撮影することによりアラインメント用データを発生するステップと、
該アラインメント用データと予定の参照データとを比較するステップと、
画像識別ソフトウェア及び空間相対変位と回転量計算ツールプログラムとを利用して、該アラインメント用データと参照データとの間の多数個の対応点の相対位置及び三次元空間相関関係を分析することによって、該空間における回転と変位量のパラメーターとを取得するステップと、
該多数個の対応点間の三次元空間座標点の相対位置を比較し、またレンズ変形公式を利用して該光学的変形パラメーターを取得するステップと、
を含みことを特徴とする請求項1記載のアレーセンサーポインティング入力方法。 - 該アラインメント用の光学入力を行うステップでは、
該表示システムで標準識別パターンを該スクリーン上に表示或いは該ポインタで該スクリーン上の多数個の所定位置に光点を入力することを特徴とする請求項2記載のアレーセンサーポインティング入力方法。 - 該標準識別パターンには、チェッカー盤パターン、ブロックパターン或いはクロスパターンが含まれることを特徴とする請求項3記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該参照データには、標準識別パターン或いは該多数個所定位置の三次元空間座標値が含まれることを特徴とする請求項3記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該アラインメント手順では、さらに双一次の内挿法によって該多数個の対応点の三次元空間座標点位置の相関関係を取得することを特徴とする請求項2記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該アレーセンサー上の表示ウインドウ或いはレーザービームを利用して該アレーセンサー撮影の範囲を確認することを特徴とする請求項1記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該スクリーンに平面、規則性曲面或いは不規則性曲面が含まれることを特徴とする請求項1記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該スクリーンに散乱スクリーン、CRTスクリーン、液晶スクリーン、プラズマスクリーン或いは背面投射型スクリーンが含まれることを特徴とする請求項1記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該ポインタは数個の異なる特性の光源、押ボタン及びローラを含み、異なる動きのトリガー信号を表示することを特徴とする請求項1記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該ポインタは接触式或いは非接触式の開閉手段を含み、該ポインタと該スクリーンとの接触状況を表示し、異なる入力効果の表示が可能であることを特徴とする請求項10記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該アレーセンサーは光学レンズ及びフィルターを含み、該アレーセンサー上における結像及び不必要なノイズをろ過することで、識別効果を増強することを特徴とする請求項1記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該表示システムは前面投射型プロジェクター或いは背面投射型プロジェクターを含むことを特徴とする請求項1記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該入力光点を識別することによって第二データを決定するステップでは、
該第一データを検査することにより、該光点の特徴条件を満たした画素及びその隣接画素を同一光点とするステップと、
該光点の位置、大きさ、平均的な輝度、色相、長≡及び面積等情報を計算するステップとを、
含むことを特徴とする請求項1記載のアレーセンサーポインティング入力方法 - 該光点の特徴条件に輝度、色相、大きさ及び形状が含まれることを特徴とする請求項14記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該光点の特徴条件を動くトリガー信号とすることを特徴とする請求項14記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- さらに該入力光点の連続移動の判断と該入力光点の相対移動位置を監視することを特徴とする請求項1記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- 該入力光点の相対移動位置を動くトリガー信号或いはペンの勢いを判別情報とすることを特徴とする請求項17記載のアレーセンサーポインティング入力方法。
- アレーセンサーポインティングの入力システムであって、
スクリーンと、
画像を該スクリーン上に表示する表示システムと、
該スクリーンに対して撮影するアレーセンサーと、
アレーセンサーが該スクリーンに対するアラインメント用の光学入力を撮影したことによって出力したアラインメント用データ及び予定の参照データを保存する第一バッファと、
画像識別ソフトウェア及び空間相対変位と回転量計算ツールプログラムを利用して該アラインメント用データと参照データとの間の多数個の対応点の相対位置及び三次元空間の相関関係を分析することにより、空間における回転と変位量のパラメーターを取得して、該多数個の対応点の三次元空間座標点の相対位置を比較し、またレンズ変形公式を利用して該アレーセンサーの光学用レンズの光学的変形パラメーターを取得するプロセッサと、
該光学的変形パラメーター及び空間における回転と変位量のパラメーターを保存する第二バッファと、
該アレーセンサーが該スクリーンに対する撮影によって第一データを出力するために該スクリーン上に光点を入力するポインタと、
該光学的変形パラメーターと空間における回転と変位量のパラメーターに基づいて該第一データ内から該入力光点を識別することによって第二データを表示システムに出力し、該表示システムは該第二データに基づいて関連出力を発生して該スクリーン上に表示する識別システムと、
を備えることを特徴とするアレーセンサーポインティングの入力システム。 - 該アレーセンサーは表示ウインドウ或いはレーザービームを有し、該アレーセンサー撮影の範囲を確定することに用いることを特徴とする請求項19記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。
- 該アレーセンサーは光学レンズ及びフィルターを有し、該アレーセンサー上における結像及び不必要なノイズをろ過することによって、識別効果の増強に用いることを特徴とする請求項19記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。
- 該ポインタは数個の異なる特性の光源、押ボタン及びローラを有し、異なる動きのトリガー信号を表示することを特徴とする請求項19記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。
- 該ポインタは接触式或いは非接触式の開閉手段を有し、該ポインタと該スクリーンの接触状況を表示し、異なる入力効果の表示を特徴とする請求項22記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。
- 該識別システムは、
光点特徴条件を提供するレジスタと、
該第一データを保存する第三バッファと、
第二プロセッサが該入力光点を検査することにより、該光点特徴条件を満たした画素及びその隣接画素を同一光点とし、該光点の位置、大きさ、平均的な輝度、色相、長≡及び面積等情報を計算する手段と、
を有することを特徴とする請求項19記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。 - 該光点の特徴条件には輝度、色相、大きさ及び形状が含まれることを特徴とする請求項24記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。
- 該光点の特徴条件を動くトリガー信号とすることを特徴とする請求項19記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。
- 該識別システムは、さらに該入力光点の連続移動の判断及び該入力光点の相対移動位置を監視することを特徴とする請求項19記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。
- 該入力光点の相対移動位置を、動くトリガー信号或いはペンの勢いの判別情報とすることを特徴とする請求項27記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。
- 該表示システムは前面投射型プロジェクター或いは背面投射型プロジェクターを有することを特徴とする請求項19記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。
- 該スクリーンは平面、規則性曲面或いは不規則性曲面を有することを特徴とする請求項19記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。
- 該スクリーンは散乱スクリーン、CRTスクリーン、液晶スクリーン、プラズマスクリーン或いは背面投射型スクリーンを有することを特徴とする請求項19記載のアレーセンサーポインティングの入力システム。
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