RU109884U1

RU109884U1 - ELECTRON OPTICAL MANIPULATOR

Info

Publication number: RU109884U1
Application number: RU2011125329/08U
Authority: RU
Inventors: Вадим Викторович Голиков
Original assignee: Вадим Викторович Голиков
Priority date: 2011-06-21
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2011-10-27

Abstract

Электронно-оптический манипулятор для обеспечения интерфейса с компьютерной техникой, включающий источник излучения в виде световой указки и видеокамеру, связанную с компьютером или встроенную в компьютер и фиксирующую перемещение светового пятна по экрану, на который проецируется передаваемое с компьютера изображение, отличающийся тем, что источник излучения представляет собой лазер или светодиод, излучение которого лежит в инфракрасном диапазоне спектра, а перед объективом видеокамеры установлен светофильтр инфракрасного диапазона. An electron-optical manipulator for providing an interface with computer equipment, including a radiation source in the form of a light pointer and a video camera connected to a computer or integrated into a computer and recording the movement of the light spot on the screen onto which the image transmitted from the computer is projected, characterized in that the radiation source represents a laser or LED, the radiation of which lies in the infrared range of the spectrum, and an infrared filter is installed in front of the camera lens she.

Description

Полезная модель относится к системам управления компьютером (компьютерным интерфейсам) через воздействие на изображение, создаваемое на экране проектором, и может быть использована для обеспечения взаимодействия пользователя с компьютером в процессе презентаций или образовательных мероприятий.The utility model relates to computer control systems (computer interfaces) through the impact on the image created on the screen by the projector, and can be used to ensure user interaction with the computer during presentations or educational events.

Существующие технологии презентаций требуют от выступающего наглядной работы с информацией. То же касается и проведения образовательных мероприятий перед группой слушателей. Обработка информации, отображенной на проекторе и компьютере, который подключен к проектору, должна происходить синхронно.Existing presentation technologies require the speaker to work visually with information. The same applies to educational activities in front of a group of students. Processing of information displayed on the projector and the computer that is connected to the projector must occur synchronously.

Большинство программных продуктов для презентаций предоставляют инструменты для интерактивного взаимодействия с содержимым презентаций. Кроме того, презентация часто заключается в демонстрации работы той или иной программы. В ходе презентации выступающий может управлять приложениями на компьютере. В том числе работать с документами, вносить в презентуемый материал изменения, делать пометки и так далее.Most presentation software products provide tools for interactively interacting with presentation content. In addition, the presentation often consists in demonstrating the operation of a program. During the presentation, the speaker can control applications on the computer. Including working with documents, making changes to the presented material, making notes and so on.

Однако необходимость синхронности работы с информацией, с одной стороны, и быстрая наглядная обработка материала, с другой стороны, трудно совместимы. Это заставляет дополнительно оборудовать выступление досками для рисования или подставками для листов бумаги (флип-борд). Выступающий же вынужден постоянно перемещаться между компьютером с мышкой, экраном презентации и флип-бордом.However, the need for synchronization with information, on the one hand, and quick visual processing of the material, on the other hand, are difficult to compatible. This makes it necessary to equip the presentation with drawing boards or supports for sheets of paper (flip board). The speaker is forced to constantly move between the computer with the mouse, presentation screen and flip board.

При этом закономерны следующие недостатки подачи материала и восприятия его слушателями:In this case, the following shortcomings of the presentation of the material and the perception of its listeners are logical:

1. Выступающий тратит дополнительное время на собственные перемещения, в том числе, на то чтобы периодически подходить и наклоняться к компьютеру.1. The speaker spends additional time on his own movements, including the fact that he periodically approaches and bends to the computer.

2. Слушатели вынуждены переключать фокус восприятия информации на различные и не связанные друг с другом фрагменты. При этом выступающий периодически выпадает из поля зрения слушателей.2. Students are forced to switch the focus of perception of information to various and unrelated fragments. At the same time, the speaker periodically falls out of sight of the audience.

3. Фрагменты презентации не связаны, показанное на экране опережает или отстает от пометок, сделанных на флип-борде.3. Presentation fragments are not connected, what is shown on the screen is ahead or behind the notes made on the flip board.

4. Содержание пометок никоим образом не фиксируется в материале презентации и не сохраняется, когда это необходимо.4. The content of the notes is in no way fixed in the presentation material and is not saved when necessary.

5. Необходимо локально освещать или затемнять различные зоны презентаций, а также зону, где расположены слушатели.5. It is necessary to locally illuminate or darken various areas of presentations, as well as the area where listeners are located.

Для исключения части недостатков может быть использовано существующее дополнительное оборудование. Это могут быть интерактивные планшетные экраны с возможностью перьевого ввода, копирующие доски, интерактивные доски, документ-камеры, специальные bluetooth указки и прочее. Недостатками таких устройств являются громоздкость, сложность использования и высокая цена.To eliminate some of the shortcomings, existing additional equipment can be used. It can be interactive tablet screens with the possibility of pen input, copying boards, interactive whiteboards, document cameras, special bluetooth pointers and more. The disadvantages of such devices are bulkiness, complexity of use and high price.

Известен электронно-оптический манипулятор, включающий источник излучения в виде световой указки и видеокамеру, связанную с компьютером и фиксирующую перемещение светового пятна по экрану, на который проецируется передаваемое с компьютера изображение (см. патент US 5115230, кл. G06F 3/00, опубл. 19.05.1992). Недостатками известного устройства являются необходимость использования специфического оборудования и сложность его установки, что не позволяет обеспечить качественную презентацию в тех помещениях, где есть только компьютер и проектор (или крупный монитор).Known electron-optical manipulator, including a radiation source in the form of a light pointer and a video camera connected to a computer and recording the movement of the light spot on the screen onto which the image transmitted from the computer is projected (see US patent 5115230, class G06F 3/00, publ. 05/19/1992). The disadvantages of the known device are the need to use specific equipment and the complexity of its installation, which does not allow for a high-quality presentation in those rooms where there is only a computer and a projector (or large monitor).

Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства при сохранении эффективности его работы.The objective of the utility model is to eliminate these drawbacks. The technical result consists in simplifying the design of the device while maintaining its efficiency.

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в электронно-оптическом манипуляторе, включающем источник излучения в виде световой указки и видеокамеру, связанную с компьютером и фиксирующую перемещение светового пятна по экрану, на который проецируется передаваемое с компьютера изображение; источник излучения представляет собой лазер или светодиод, излучение которого лежит в инфракрасном диапазоне спектра, а перед объективом видеокамеры установлен светофильтр инфракрасного диапазона.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in the electron-optical manipulator, which includes a radiation source in the form of a light pointer and a video camera connected to a computer and fixing the movement of the light spot on the screen onto which the image transmitted from the computer is projected; the radiation source is a laser or LED, the radiation of which lies in the infrared range of the spectrum, and an infrared filter is installed in front of the camera lens.

На фиг.1 изображен источник излучения в виде световой указки;Figure 1 shows the radiation source in the form of a light pointer;

на фиг.2 - элементы оборудования, необходимого для проведения презентации;figure 2 - elements of equipment necessary for the presentation;

на фиг.3 - схема обмена сигналами.figure 3 is a signal exchange diagram.

Принцип работы предлагаемого устройства основан на чувствительности матриц ПЗС (приборов с зарядовой связью) большинства камер, в том числе камер мобильных устройств и веб-камер к свету той части светового диапазона, которая невидима человеческому глазу. В настоящей заявке речь идет об инфракрасном (ИК) диапазоне волн. Свет, относящийся к этой области, имеет диапазон длин волн от 740 до 2500 нм, но предпочтительней использовать диапазон источника света и светофильтра до 1000-1100 нм, так как у большинства ПЗС матриц эффективная чувствительность сильно убывает с дальнейшим увеличением длины волны. Выбор указанного диапазона позволяет, используя светофильтр, выделить положение световой точки на плоскости. При этом распространенность лазерных и диодных источников, излучение которых лежит в ИК диапазоне спектра, значительно упрощает поиск комплектующих для предлагаемого устройства.The principle of operation of the proposed device is based on the sensitivity of CCDs (charge-coupled devices) of most cameras, including cameras of mobile devices and webcams, to the light of that part of the light range that is invisible to the human eye. This application is about the infrared (IR) wavelength range. The light belonging to this region has a wavelength range from 740 to 2500 nm, but it is preferable to use a range of light source and filter to 1000-1100 nm, since in most CCD arrays the effective sensitivity decreases greatly with a further increase in wavelength. The choice of the specified range allows using the filter to highlight the position of the light point on the plane. Moreover, the prevalence of laser and diode sources, the radiation of which lies in the infrared range of the spectrum, greatly simplifies the search for components for the proposed device.

Сам электронно-оптический манипулятор представляет собой комплект из установленного перед видеокамерой светофильтра 1 и световой (лазерной или просто светодиодной) указки 2, и то и другое работает в коротковолновой области инфракрасного (ИК) диапазона спектра.The electron-optical manipulator itself is a set of a light filter 1 and a light (laser or just LED) pointer 2 installed in front of the camera, both of which work in the short-wave region of the infrared (IR) range of the spectrum.

Световая указка 2 (фиг.1) включает корпус 3 для источника питания (батарейка, аккумулятор или их комплект) и источник света 4 (ИК лазерный светодиод или обычные ИК светодиоды). На корпусе 3 расположена хотя бы одна кнопка 5 включения/выключения источника ИК света (могут также быть оборудованы другие кнопки управления). С одной стороны корпуса 3 может быть расположена крышка батарейного блока 6. Конструкция колпачка 7, если он предусматривается, может меняться в зависимости от типа источника света 4.Light pointer 2 (Fig. 1) includes a housing 3 for a power source (battery, battery or a set thereof) and a light source 4 (IR laser LED or conventional IR LEDs). At least 3 button 5 for turning on / off the IR light source is located on the housing 3 (other control buttons may also be equipped). The cover of the battery pack 6 may be located on one side of the housing 3. The design of the cap 7, if provided, may vary depending on the type of light source 4.

Место для презентации (фиг.2), кроме стандартных компьютера 8, проектора 9 и экрана 10, оборудуется камерой 11. У выступающего в руке световой указка 2, которая используется им для презентации и для команд перемещения курсора. Перед камерой 11 располагают светофильтр 1, который вместе с камерой 11 является приемником сигнала от световой указки 2 и источником данных о ее движении для компьютера). Приемником сигнала (камерой 11) может быть камера, встроенная в компьютер, отдельная камера или камера мобильного устройства. Выступающий может давать точечные команды перемещения курсора или проводить линии, рисовать и т.д., касаясь или не касаясь эмулятором поверхности экрана, включая указку 2 в нужные моменты.The place for presentation (figure 2), in addition to the standard computer 8, projector 9 and screen 10, is equipped with a camera 11. At the speaker in the hand is a light pointer 2, which is used by him for presentation and for commands to move the cursor. In front of the camera 11, there is a light filter 1, which together with the camera 11 is a signal receiver from the light pointer 2 and a source of data about its movement for the computer). The signal receiver (camera 11) may be a camera integrated in a computer, a separate camera, or a camera of a mobile device. The speaker can give point commands for moving the cursor or draw lines, draw, etc., touching or not touching the surface of the screen with the emulator, including pointer 2 at the right moments.

Принцип действия предлагаемого устройства заключается в нанесении ИК световой указкой 2 отметок на экране 10, выделении с помощью ИК светофильтра 1 и фиксации камерой 11 только сигналов световой указки 2.The principle of operation of the proposed device consists in applying the IR light pointer 2 marks on the screen 10, highlighting using the IR filter 1 and fixing the camera 11 only the signals of the light pointer 2.

Далее требуется преобразование этих сигналов в команды операционной системы компьютера управления курсором.Next, you need to convert these signals into commands of the operating system of the cursor control computer.

Прохождение сигналов и обмен информации показан на фиг.3. Компьютер 8 передает сигнал на проектор 9. Проектор 9 проецирует изображение на экран 10. Изображение, рисуемое на экране 10 световой указкой 2, попадает в камеру 11. Камера 11 передает положение светового пятна от указки 2 на компьютер в необработанном или обработанном (в виде координат X, Y) виде.The passage of signals and the exchange of information is shown in Fig.3. Computer 8 transmits the signal to the projector 9. The projector 9 projects the image on the screen 10. The image drawn on the screen 10 with a light pointer 2 enters the camera 11. The camera 11 transfers the position of the light spot from the pointer 2 to the computer in raw or processed (in the form of coordinates X, Y) form.

Так как изображение проектора и проекция видимой области камеры на экран являются прямоугольным лишь условно, требуется преобразование координат светового пятна и приведение их в вид координат изображения компьютера. Чтобы сделать это возможным, при каждом новом относительном положении проектора, экрана и камеры требуется калибровка. При калибровке отмечаются четыре угла, которые определяют оси координат и масштабы по координатным осям. Калибровка необходима только один раз перед началом каждой презентации. Однако так как изображение проектора при презентации обычно ярче фона, калибровка может производиться автоматически перед презентацией или в ходе презентации.Since the image of the projector and the projection of the visible area of the camera onto the screen are rectangular only conditionally, it is necessary to convert the coordinates of the light spot and bring them into the form of coordinates of the image of the computer. To make this possible, calibration is required for each new relative position of the projector, screen, and camera. During calibration, four angles are noted that define the coordinate axes and scales along the coordinate axes. Calibration is necessary only once before each presentation. However, since the image of the projector during presentation is usually brighter than the background, calibration can be done automatically before the presentation or during the presentation.

Обработка оптического сигнала состоит из следующих шагов:Processing an optical signal consists of the following steps:

1. [Подготовительный] Калибровка координат углов проекции изображения относительно углов видимой части камеры.1. [Preparatory] Calibration of the coordinates of the projection angles of the image relative to the angles of the visible part of the camera.

2. [Остальные шаги - выполняются в ходе презентации] Выделение ИК светофильтром сигнала указки в виде светового пятна.2. [The remaining steps are carried out during the presentation] Highlighting the pointer signal in the form of a light spot with an IR filter.

3. Определение координат светового пятна относительно видимой области камеры.3. Determining the coordinates of the light spot relative to the visible area of the camera.

4. Передача данных в компьютер по соединительному кабелю или по беспроводной связи.4. Data transfer to the computer via a connecting cable or wirelessly.

5. Обработка [преобразование] координат светового пятна с целью получения координат относительно углов изображения на экране проектора, а, значит, и компьютера.5. Processing [transformation] of the coordinates of the light spot in order to obtain coordinates relative to the corners of the image on the projector screen, and, therefore, the computer.

В том случае, если для ввода оптической информации от манипулятора используется внешняя (например USB) камера или камера, встроенная в компьютер, обработка координат выполняется средствами компьютерного драйвера. Вычислительные мощности современных мобильных устройств достаточны, чтобы не только передать компьютеру положение курсора, но и сделать калибровку видимой части изображения и преобразование координат, с тем, чтобы передать точные координаты светового пятна относительно углов изображения на экране проектора и компьютера.In the event that an external (for example, USB) camera or a camera built into the computer is used to enter optical information from the manipulator, the coordinate processing is performed using the computer driver. The computing power of modern mobile devices is sufficient not only to transfer the cursor position to the computer, but also to calibrate the visible part of the image and coordinate transformation in order to transmit the exact coordinates of the light spot relative to the corners of the image on the screen of the projector and computer.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволяет легко и быстро адаптировать обычное демонстрационное оборудование под задачи комплексной интерактивной презентации, просто установив светофильтр перед стандартной видеокамерой.Thus, the proposed utility model allows you to easily and quickly adapt ordinary demonstration equipment for the tasks of a comprehensive interactive presentation, simply by installing a light filter in front of a standard video camera.

Claims

An electron-optical manipulator for providing an interface with computer equipment, including a radiation source in the form of a light pointer and a video camera connected to a computer or integrated into a computer and recording the movement of the light spot on the screen onto which the image transmitted from the computer is projected, characterized in that the radiation source represents a laser or LED, the radiation of which lies in the infrared range of the spectrum, and an infrared filter is installed in front of the camera lens she.