JP4946839B2 - 位置検出システム、位置検出装置及びプログラム - Google Patents
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本発明によれば、電子ペーパーなどの表示手段側に位置検出のための多数のセンサや印刷パターンなどの構成を設けなくても、その表示面上において操作者が指定した位置を検出することができる。
この態様によれば、表示手段の表示面に、位置の検出に充分な程度の割合で不良表示素子をランダムに散在させることができる。
本発明によれば、電子ペーパーなどの表示手段側に位置検出のための多数のセンサや印刷パターンなどの構成を設けなくても、その表示面上において操作者が指定した位置を検出することができる。
この態様によれば、表示手段の表示面に画像が表示されていても、その表示に関わらず、駆動手段により駆動させられる表示素子と、駆動手段により駆動することができない不良表示素子とを識別することができる。
この態様によれば、上述した表示素子と不良表示素子との識別を、より精度良く行うことができる。
この態様によれば、電子ペーパーなどの表示面上において操作者が指定した位置が時間の経過に従って移動したときに、その移動方向、又は、移動速度若しくは移動量として検出することができる。
この態様によれば、表示手段の表示面上で操作者によって指定された位置の移動方向、又は、移動速度若しくは移動量に応じた処理を行うことができる。
この態様によれば、上述した共通不良表示素子の特定を、より精度良く行うことができる。
本発明によれば、電子ペーパーなどの表示手段側に位置検出のための多数のセンサや印刷パターンなどの構成を設けなくても、その表示面上において操作者が指定した位置を検出することができる。
(A:構成)
(A−1:画像処理システムの全体構成)
図1は、画像処理システム9の全体構成を示す図である。
画像処理システム9は、電子ペン1と、電子ペーパー2とを有する。電子ペン1は、操作者が文字や図形等を記入するべく電子ペーパー2の表示面上を移動させられる筆記具として機能する。この電子ペン1は、電子ペーパー2と通信可能に構成されているとともに、ペン先部分にカメラを備えており、このカメラによって撮像された画像を表す撮像画像データを電子ペーパー2に送信する。電子ペーパー2は、電気泳動方式で画像を表示する表示装置である。この電子ペーパー2は、電子ペン1から送信されてくる撮像画像データを用いて、表示面における電子ペン1のペン先の移動方向および移動距離を検出し、その検出した移動方向および移動距離をもとにペン先の軌跡を計算して、操作者が描いた文字や図形を表現する。図1では、操作者が、電子ペーパー2の表示面の下方の領域に電子ペン1で所望の図形(図中点線R)を描いたときに、その電子ペン1のペン先の軌跡(図中実線R’)が、電子ペーパー2の上方の領域に表示される様子が示されている。つまり、操作者が描いた点線Rの位置に画像は表示されない代わりに、実線R’が表示される。
次に、図2は、電子ペン1の機能構成の一例を示すブロック図である。
図2に示すように、電子ペン1は、CPU(Central Processing Unit)11、ROM(Read Only Memory)12、RAM(Random Access Memory)13、センサ14、カメラ15、通信部16および電源部17を備えている。これらの各構成11〜16は、バス19に接続されているとともに、図示しない電力線により電源部17に接続されている。CPU11は、ROM12に記憶されているコンピュータプログラムを読み出して実行することにより、電子ペン1の各部を制御する。ROM12は、読み出し専用の不揮発性記憶装置であり、上述のコンピュータプログラムが記憶されている。RAM13はCPU11がプログラムを実行する際のワークエリアとして利用される。センサ14は、ペン先に連動した感圧装置であり、図示しない弾性体等により外部方向へ付勢力を与えられたペン先が対象物と接触して反力を受け、ペンの内部へ押される力を検知して、オン信号を出力する。つまり、このセンサ14は、ペン先が電子ペーパー2の表示面に接触するとオン信号を出力することになる。カメラ15は、ペン先が向けられた方向を撮像する撮像手段であり、電子ペーパー2の表示面の領域の一部(例えば直径5mm程度の円形領域)を撮像する。このカメラ15は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ等の固体撮像素子により、ペン先に備えられたレンズから撮りこまれる光を電気信号に変換して、その光に応じた撮像画像データを生成して出力する。通信部16は、赤外線やBluetooth(登録商標)などの通信規格に従った無線通信を行う無線通信回路を備えており、電子ペーパー2とデータ通信を行う。電源部17は、例えば充電可能なバッテリを備え、上述の電力線を介して上記の各構成11〜16に電力を供給する。
次に、図3は、電子ペーパー2の機能構成の一例を示すブロック図である。
図3に示すように、電子ペーパー2は、CPU21、ROM22、RAM23、記憶部24、表示部25、通信部26および電源部28を備えている。これらの各構成21〜26は、バス29に接続されているとともに、図示しない電力線により電源部28に接続されている。CPU21は、ROM22に記憶されているコンピュータプログラムを読み出して実行することにより、電子ペーパー2の各部を制御する。ROM22は、読み出し専用の不揮発性記憶装置であり、上述のコンピュータプログラムが記憶されている。RAM23は、CPU21がプログラムを実行する際のワークエリアとして利用される。記憶部24は、例えばフラッシュメモリなどの書き換え可能な不揮発性記憶装置であり、後述する画素電極PEの位置が記述された電極位置テーブル242を記憶している。通信部26は、電子ペン1の通信部16と同様の通信規格に従った無線通信を行う無線通信回路を備えており、電子ペン1とデータ通信を行う。電源部28は、例えば充電可能なバッテリを備え、上述の電力線を介して各構成21〜26に電力を供給する。表示部25は、CPU21の制御の下で画像を表示する表示手段である。表示部25は、多数の電気泳動素子や電極を備えた反射型の表示体252と、CPU21が送信する描画命令を駆動信号に変換し、この駆動信号により各電気泳動素子を駆動する駆動部251とを備えている。
ここで、図4は、表示体252の構造を模式的に示した図である。
図4に示すように、表示体252は、第1基板2521、第2基板2522、電気泳動素子P、バインダ2523により構成されている。図4においては、上方向が表示面の表面側であり、下方向が裏面側である。第1基板2521は、樹脂基板であり、その上方には複数の画素電極PEが設けられている。この画素電極PEは、全て略同一の大きさ(数十ミクロン程度)の正方形であり、規則的な格子状に並べられている。また、第1基板2521に対向する第2基板2522は、透明な樹脂基板であり、その下方には透明な共通電極CEが設けられている。複数の画素電極PEと共通電極CEの間には、複数の電気泳動素子Pが、光透過性を有するバインダ2523により固定されている。この電気泳動素子Pは、約数十ミクロン程度の大きさで略球状ではあるが、それぞれの大きさおよび形状は完全に同一ではなく、互いに近接して並べられている。
電気泳動素子Pは、図5(a)〜(c)に示すように、マイクロカプセル化されている。カプセル壁CWとしてのポリマー膜内には、プラス(+)に帯電した黒色顔料粒子BGおよびマイナス(−)に帯電した白色顔料粒子WGを含む、液体の分散媒DMが封入されている。黒色顔料粒子BGおよび白色顔料粒子WGの位置は、外部から与えられる電界により規定され、さらに分散媒DMにより安定的に維持される。なお、実際の黒色顔料粒子BGおよび白色顔料粒子WGの粒径は、図に示すよりも小さく、数ナノメートル程度である。上述したように、この電気泳動素子Pは、大きさおよび形状が完全に同一ではなく、いわば不規則に並べられた状態でバインダ2523により固定されているから、必ずしも画素電極PEと一対一の対応関係にはない。図5においては、簡略に説明するため、電気泳動素子Pの裏面側には、2つの画素電極PE1およびPE2が配置されている場合を図示したが、画素電極の大きさによっては、1つの電極と複数電気泳動素子Pとが対応する場合も3つ以上の電極と複数電気泳動素子Pとが対応する場合もある。
ここで、図6は、駆動部251により正常に駆動することができない不良表示素子の状態の例を示す図である。
電気泳動素子Pのカプセル壁CW内の黒色顔料粒子BG又は白色顔料粒子WGは、帯電粒子に付された帯電量が不足しているなどの様々な原因により、カプセル壁CWの壁面に固着したり、或いは、粒子どうしでお互いに固着したりすることがある。図6(a)に示す例では、黒色顔料粒子BGが電気泳動素子Pのカプセル壁CWの表面側に固着している。この固着による力は、駆動部251が与える電界による力を上回っているため、矢印E2方向の電界を与えても、白色顔料粒子WGはカプセル壁CWの表面側に到達することができず、電気泳動素子Pは黒色を表示し続けることになる。
なお、記憶部24の電極位置テーブル242には、図7(a)に示すように表示体252の左上隅の頂点Oを原点とするxy座標系によって、画素電極PEの位置が記述されている。
次に、画像処理システム9の動作を説明する。
(B−1:手書き入力の動作)
図8は、電子ペン1により電子ペーパー2に手書き入力をする動作の流れを説明するシーケンス図である。
図8において、まず、操作者が、電子ペン1のペン先を電子ペーパー2の表示体252の表示面にあて、その表示面上に沿って移動させると、電子ペン1のセンサ14は、自身がペンの内部へ押される力を検知して、オン信号を出力する。このオン信号を受け取った電子ペン1のCPU11は、カメラ15に対し、撮像を開始する命令を送信する(ステップSB01)。カメラ15は、この命令を受け取ると、ペン先が向いている方向にある表示面を撮像し(ステップSB02)、その撮像画像データを生成する。CPU11は、通信部16を介して、この撮像画像データを電子ペーパー2に送信する(ステップSB03)。ここで、カメラ15が撮像する領域は、所定の大きさを有しており、前述したように例えば直径5mm程度の円形である。電気泳動素子Pの径はおおよそ数十ミクロン程度であるから、このカメラ15が1度に撮像した領域には、数千〜数万の電気泳動素子Pが含まれている。また、画素電極PEの大きさを電気泳動素子Pの大きさとおおよそ同じ程度とすると、このカメラ15が1度に撮像した領域には、電気泳動素子Pと同じく、数千〜数万の画素電極PEが含まれている。
次に、図9は、上述したステップSB04の移動ベクトル算出処理の動作の流れを説明するフローチャートである。
図8で説明したように、電子ペン1は表示面の撮像画像データを所定周期毎に電子ペーパー2に送信してくるので、電子ペーパー2のCPU21は、通信部26を介して、これを定期的に取得することになる(ステップSC01;YES)。そして、CPU21は、取得した撮像画像データが表す撮像画像を、同一色の連続領域にそれぞれ分離する(ステップSC02)。CPU21は、この領域分離の際に、例えば同一色の連続領域に共通のラベルを割り当てる周知のラベリング処理などを用いればよい。
図10に例示した撮像画像Q1に対して上記の領域分離処理が行われると、白色の領域W1と、黒色の領域B1−1,B1−2,B1−3,・・・B1−N(Nは整数)とに分離されることになる。
そして、図9において、電子ペーパー2のCPU21は、上記領域分離処理によって分離された複数の領域から、予め決められた大きさの範囲内に収まる領域を不良表示素子に相当する領域(以下、不良表示素子領域という)として抽出し、その領域の重心の座標値を割り出してRAM23に記憶する(ステップSC03)。
図11に示すように、RAM23には、現在の撮像画像Q1と直前の撮像画像Q0の不良表示素子の配置パターンが記憶されている。すなわち、撮像画像Q1の直前に撮像された撮像画像Q0においては、不良表示領域としてB0−1,B0−2,B0−3,・・・B0−M(Mは整数)が抽出され、撮像画像Q0の中心C0(図中×印)を原点としたXY座標系に従って、これら不良表示領域のそれぞれの重心の位置を示す座標値がRAM23に記憶されている。一方、撮像画像Q1においては、不良表示領域としてB1−1,B1−2,B1−3,・・・B1−N(Nは整数)が抽出され、撮像画像Q1の中心C1(図中×印)を原点としたXY座標系に従って、これら不良表示領域のそれぞれの重心の位置を示す座標値がRAM23に記憶されている。
上述したように、RAM23には、描画位置情報が、図7(a)の左上隅の頂点Oを原点としたxy座標系で表される座標値として記憶されている。CPU21は、ステップSB04の移動ベクトル算出処理で得られた「移動ベクトル」V1を、RAM23に記憶されている描画位置情報に加算し、これを新たな描画位置情報としてRAM23に記憶する。CPU21は、この描画位置情報に対応する位置にある電気泳動素子Pを駆動部251により駆動させ、表示体252に点画像を表示させる。なお、「移動ベクトル」V1を描画位置情報に加算するに当たり、所定の係数をV1に乗算したうえで、これを描画位置情報に加算してもよい。このようにすると、操作者が電子ペン1を用いて、電子ペーパー2の表示面に描いた文字や図形等を拡大または縮小した文字や図形等が、電子ペーパー2のいずれかの場所に表示される。
上述の実施形態を以下のように変形してもよい。
(1)画像処理システム9は、電子ペン1と、電子ペーパー2という2つの構成を有していたが、これに限らず、これらの構成が実現する各機能を、1つの装置に集中化してもよいし、さらに複数の装置に分散化してもよい。
また、実施形態では、移動方向及び移動量からなる移動ベクトルを算出していたが、必ずしもそうである必要はなく、これら移動方向、又は、移動速度若しくは移動量を算出し、その算出結果に応じた処理を行うものであってもよい。
しかし、例えば上述したように、複数の処理名とチェックボックスとを併せて表示体252に表示しているような場合には、不良表示素子領域を精度良く抽出できないことがある。なぜなら、画像データに基づいた画像の輪郭部分においては、その画像を表示している表示素子と、不良表示素子とを区別しづらいからである。
図12において、境界線Lは、記憶部24など記憶された画像データに基づいて表示された画像の輪郭を意味している。この境界線Lを境にして、その左側には黒色の領域が、その右側には白色の領域がそれぞれある程度以上の大きさで存在している。
次に、図13は、この図12で示した撮像画像のうち、破線で囲われた部分を拡大した図である。図13に示すように、電気泳動素子P1およびP2は、黒色の領域に属しており、その素子の輪郭の内側全部が黒色に発色している。一方、電気泳動素子P3,P5は、左側が黒色の領域に属し、右側が白色の領域に属しているから、境界線Lを境にしてそれぞれ属する領域に応じた色に発色しているが、電気泳動素子P4だけは、この境界線L上にあるにもかかわらず、その素子の輪郭の内側全部が黒色に発色している。この電気泳動素子P4は不良表示素子であるから、画像の輪郭に相当する境界線Lとは異なる形状で表示されているのである。そこで、電子ペーパー2のCPU21は、このような撮像画像データから、境界線Lと異なる形状部分を、周波数解析等の画像認識処理を用いて検出する。そして、電子ペーパー2のCPU21は、検出した形状部分から電気泳動素子P4の輪郭を推測し、電気泳動素子P4の重心の位置を表す座標値を求めてRAM23に記憶する。より具体的には、まず、CPU21は、図14に示すような画像の輪郭、つまり黒色の領域と白色の領域との境界線Lとは異なる形状の部分l1を検出する。この境界線Lは、要するに、画素電極PEの形状の輪郭部分を連ねた線である。よって、電子ペーパー2の記憶部24には、画素電極PEの形状を表すデータが記憶されており、CPU21は、境界線Lにおいて、このデータが表す形状と一致しない孤の部分l1を検出する。次に、CPU21は、電気泳動素子P4の輪郭がほぼ円形であることに鑑みて、部分l1の孤を延長した孤である部分l2を計算により求める。そして、CPU21は、孤の部分l1と孤の部分l2からなる円の中心のXY座標値を、不良表示素子(電気泳動素子P4)の位置を表す座標値としてRAM23に記憶する。
なお、現在の不良表示素子の配置パターンと、直前にRAM23に記憶された不良表示素子の配置パターンとを照合する際に、不良表示素子の座標値の組み合わせを順次変更して決定しても、電子ペン1はその軸を中心として回転していることも考えられるため、照合は、その組み合わせ毎に、互いの撮像画像を360度回転させて、一致するか否かを確認しなければならない。一方、このように画素電極PEの形状を予め記憶部24に記憶しておくと、所定の画像解析を行うことで、撮像画像データから、画素電極PEの形状に由来する画像の輪郭を特定することができる。そして、この特定した輪郭から撮像画像の向きを限定することができる。例えば、画素電極PEの形状が正方形であれば、照合は、0度、90度、180度、270度の4通りに限られるので、照合にかかる時間を短縮することができる。
図15は、この変形例における画素電極PEの形状の一例を示す図である。図15に示す例においては、画素電極PEは概ね正方形であるが、一部の辺において、欠けた部分を有している。このような場合であっても、予め画素電極PEの形状を電子ペーパー2の記憶部24が記憶していることにより、上述と同様に、電気泳動素子Pとの形状の違いから不良表示素子を検出することができる。
なお、CPU21は、画像の輪郭部分については上記のような処理を行って不良表示素子を検出すればよいし、輪郭部分以外の領域(例えば1色で表示された画像の内側の領域)から、実施形態と同様の手順で不良表示素子を検出すればよい。
具体的には、CPU21は、移動ベクトル算出処理の動作において、電子ペン1が撮像した撮像画像から、予め決められた大きさの範囲内に収まる不良表示素子領域の座標値のほか、各領域の大きさ又は形状の少なくともいずれか一方を求めて、これをRAM23に記憶する。そして、CPU21は、直前にRAM23に記憶された不良表示素子領域の座標値及び上記大きさ又は形状と、現在の撮像画像から抽出した不良表示素子領域の座標値及び大きさ又は形状とを照合して、所定の割合以上一致するものを特定する。
この態様によれば、一致する不良表示素子を精度良く照合することができる。
また、センサ14に連動して、カメラ15が撮像を開始する際に、照明を点灯させてもよい。上述の電子ペーパー2は反射型の表示デバイスであるから、ペン先と表示体252との隙間がなくなると、撮像領域に光が当たりにくくなる虞があるからである。
Claims (9)
- 複数の表示素子が並べられた表示面を有し、当該複数の表示素子をそれぞれ駆動手段により駆動して画像を表示する表示手段と、
前記表示面を撮像し、撮像画像を表す撮像画像データを生成する撮像手段と、
前記撮像画像データが表す撮像画像に含まれる色の違いに基づいて、前記駆動手段によって駆動することができない不良表示素子の位置を検出し、各々の当該位置を表す複数の位置情報を生成して出力する不良表示素子検出手段と
を具備することを特徴とする位置検出システム。 - 前記表示素子には、着色された複数の帯電粒子を分散させた液体が封入されており、
前記表示手段は、前記表示素子に対する電界の方向を変化させて、当該表示素子に封入されている液体内の前記帯電粒子を移動させることにより、画像を表示することを特徴とする請求項1に記載の位置検出システム。 - 駆動手段により駆動させられる複数の表示素子が並べられた表示面を撮像して撮像画像を表す撮像画像データを生成する撮像手段から、当該撮像画像データを取得する取得手段と、
前記撮像画像データが表す撮像画像に含まれる色の違いに基づいて、前記駆動手段によって駆動することができない不良表示素子の位置を検出し、各々の当該位置を表す複数の位置情報を生成して出力する不良表示素子検出手段と
を備えることを特徴とする位置検出装置。 - 前記不良表示素子検出手段は、前記撮像画像データが表す撮像画像を色毎の画像領域に分離し、分離した複数の画像領域のうち、予め決められた大きさの範囲内に収まる画像領域の位置を前記不良表示素子の位置として検出する
ことを特徴とする請求項3に記載の位置検出装置。 - 前記不良表示素子検出手段は、
前記表示素子を駆動するための電極の形状を記憶しており、
前記撮像画像データが表す撮像画像において、それぞれ異なる色の画像領域の境界線を特定し、特定した当該境界線と記憶しておいた前記電極の形状とが一致しない位置を、前記不良表示素子の位置として検出する
ことを特徴とする請求項3に記載の位置検出装置。 - 前記撮像手段は、それぞれ異なる撮像タイミングで前記表示面の一部を撮像し、各々の撮像画像を表す撮像画像データを出力するものであり、
前記取得手段は、前記撮像手段によって出力される各々の前記撮像画像データを取得し、
前記不良表示素子検出手段により各々の前記撮像画像から検出された複数の不良表示素子のうち、素子どうしの相対的な位置関係が一致する不良表示素子を、各々の前記撮像画像において共通する共通不良表示素子として特定する共通素子特定手段と、
前記共通素子特定手段により特定された共通不良表示素子の前記各撮像画像における位置の変位と、前記各撮像画像の撮像タイミングとに基づいて、前記表示面に対する前記撮像手段の移動方向、又は、移動速度若しくは移動量を算出して出力する算出手段とを備える
ことを特徴とする請求項3乃至5のいずれかに記載の位置検出装置。 - 前記算出手段によって算出された移動方向、又は、移動速度若しくは移動量に応じた処理を行う処理手段を備える
ことを特徴とする請求項6に記載の位置検出装置。 - 前記共通素子特定手段は、素子どうしの相対的な位置関係に加えて、各々の前記不良表示素子の大きさ又は形状の少なくとも一方が一致する不良表示素子を、前記共通不良表示素子として特定する
ことを特徴とする請求項6または7に記載の位置検出装置。 - コンピュータを、
駆動手段により駆動させられる複数の表示素子が並べられた表示面を撮像して撮像画像を表す撮像画像データを生成する撮像手段から、当該撮像画像データを取得する取得手段と、
前記撮像画像データが表す撮像画像に含まれる色の違いに基づいて、前記駆動手段によって駆動することができない不良表示素子の位置を検出し、各々の当該位置を表す複数の位置情報を生成して出力する不良表示素子検出手段と
して機能させるためのプログラム。
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