TW201346650A - 游標控制系統 - Google Patents

Abstract

一種游標控制系統。藉由依據手持式裝置的位置資訊以及軸向資訊計算出游標位置資訊。顯示器依據游標位置資訊以顯示游標或執行相對應的控制指令。

Description

游標控制系統

本發明是有關於一種控制裝置，且特別是有關於一種游標控制系統。

隨著科技的進步，目前一般家庭中各式各樣的電子裝置如電視機、冷氣機、電風扇與數位影音光碟機(digital video disc-DVD)等皆會配備遙控器。目前較為常見的遙控訊號為具有方向性之紅外線訊號(infrared,IR)。一般來說，在習知技藝中遙控裝置具有一紅外線發射器，而電子裝置則具有兩個紅外線攝影機，紅外線可偵測遙控裝置上紅外線發射器所發射的紅外線訊號。而藉由分析紅外線攝影機偵測紅外線訊號所得到的結果，便可得知遙控裝置相對於電子裝置的位置。如此一來，便可利用遙控裝置相對於電子裝置的位置變化來對電子裝置進行操控。舉例來說，假設電子裝置為一電腦，可使電腦在螢幕上顯示的游標隨著遙控裝置移動而移動。

習知的遙控裝置雖可有效操控電子裝置，當遙控裝置之位移變化跟電子裝置間之游標變化為1:1關係時，則游標欲有大範圍位移變化，遙控裝置亦須有大範圍位移變化；當兩者之間不為1:1關係時，操作上精確度操作上則受影響。此兩種情況皆會大幅降低其使用上的便利性。

本發明提供一種游標控制系統，可避免遙控裝置位移變化限制降低使用上的便利性。

本發明提出一種游標控制系統，適於用以控制一顯示器上的一游標，該游標控制系統一手持式裝置以及一游標位置計算裝置。其中手持式裝置包括多個參考光源、一陀螺儀以及一訊號發射模組。其中陀螺儀感測手持式裝置的轉動狀態，以獲得一軸向資訊。訊號發射模組耦接陀螺儀，將軸向資訊轉換為一無線訊號。游標位置計算裝置包括一影像擷取模組、一訊號接收模組以及一處理單元。其中影像擷取模組擷取上述多個參考光源之影像。訊號接收模組接收無線訊號。處理單元耦接影像擷取模組與訊號接收模組，依據上述多個參考光源之影像及無線訊號計算出一游標位置資訊，顯示器根據游標位置資訊顯示游標。

在本發明之一實施例中，上述之陀螺儀為一垂直陀螺儀，偵測手持式裝置與一垂直傾斜角度軸間的角度，以獲得軸向資訊。

在本發明之一實施例中，影像擷取模組包括一第一影像擷取單元以及一第二影像擷取單元。其中第一影像擷取單元擷取上述多個參考光源之影像。第二影像擷取單元擷取上述多個參考光源之影像，第一影像擷取單元與第二影像擷取單元間之相對位置關係為固定，處理單元更依據第一影像擷取單元與第二影像擷取單元間之相對位置關係計算游標位置資訊。

在本發明之一實施例中，上述多個參考光源為紅外線光源，無線訊號為藍牙訊號。

本發明亦提出一種游標控制系統，適於用以控制一顯示器上的一游標，該游標控制系統一手持式裝置以及一游標位置計算裝置。其中手持式裝置包括多參考光源、一陀螺儀以及一訊號發射模組。陀螺儀感測手持式裝置的轉動狀態，以獲得一個軸向資訊。訊號發射模組耦接陀螺儀，將上述一個軸向資訊轉換為一無線訊號。游標位置計算裝置包括一影像擷取模組、一訊號接收模組以及一處理單元。其中影像擷取模組擷取上述參考光源之影像。訊號接收模組接收無線訊號。處理單元耦接影像擷取模組與訊號接收模組，依據上述參考光源之影像及無線訊號計算出一游標位置資訊，顯示器根據游標位置資訊顯示游標。

在本發明之一實施例中，當該游標位置資訊指示該游標位於該顯示器之顯示螢幕的範圍內時，該顯示器根據該游標位置資訊顯示該游標，當該游標位置資訊指示該游標位於該顯示器之顯示螢幕的範圍外時，該顯示器根據該游標位置資訊執行與其相對應的操作指令。

在本發明之一實施例中，上述之影像擷取模組包括一第一影像擷取單元以及一第二影像擷取單元。第一影像擷取單元擷取上述參考光源之影像。第二影像擷取單元擷取上述參考光源之影像，第一影像擷取單元與第二影像擷取單元間之相對位置關係為固定，處理單元更依據第一影像擷取單元與第二影像擷取單元間之相對位置關係計算游標位置資訊。

在本發明之一實施例中，上述之參考光源為紅外線光源，無線訊號為藍牙訊號。

在本發明之一實施例中，上述之手持式裝置包括一軸向陀螺儀。該陀螺儀偵測手持式裝置與一垂直軸間的傾斜角度(Pitch)。

基於上述，本發明藉由依據手持式裝置的位置資訊以及軸向資訊計算出游標位置資訊，並依據游標位置資訊於顯示器上顯示游標或執行相對應的控制指令，以避免遙控裝置位移變化限制降低使用上的便利性。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本發明一實施例之游標控制系統的示意圖。請參照圖1，游標控制系統包括一手持式裝置104以及一游標位置計算裝置106，游標控制系統適於用以控制顯示器102上的一游標，其中手持式裝置104可做為顯示器102的輸入裝置。顯示器102用以於其顯示螢幕上顯示一影像畫面，其可例如為液晶顯示器、電漿顯示器等常見的顯示裝置。手持式裝置104可包括參考光源L1、L2、一訊號發射模組108以及一陀螺儀110，其中陀螺儀110耦接訊號發射模組108。陀螺儀110用以感測手持式裝置104的轉動狀態，以獲得一軸向資訊，而訊號發射模組108則將軸向資訊轉換為一無線訊號S1，並將其發送給游標位置計算裝置106。在本實施例中參考光源L1、L2可例如為紅外線發光二極體，而陀螺儀110可例如為垂直陀螺儀，其可偵測手持式裝置104與一垂直軸間的傾斜角度(Pitch)，以獲得上述軸向資訊。另外，訊號發射模組108可例如為藍牙訊號發射器。

另外，游標位置計算裝置106可配置於顯示器102上，其包括一影像擷取模組112、一訊號接收模組114以及一處理單元116，其中處理單元116耦接影像擷取模組112與訊號接收模組114，訊號接收模組114可例如為藍牙訊號接收器，而影像擷取模組112可例如為紅外線攝影機。影像擷取模組112用以擷取參考光源L1、L2之影像，訊號接收模組114用以接收無線訊號S1，處理單元116則依據參考光源L1、L2之影像及無線訊號S1計算出一游標位置資訊，以使顯示器102可根據游標位置資訊於其顯示螢幕上顯示游標，亦可使顯示器102根據游標位置資訊執行相對應的操作指令。

舉例來說，當游標位置資訊指示游標位於顯示器102之顯示螢幕的範圍內時，顯示器102根據游標位置資訊於其顯示螢幕上顯示游標，而當游標位置資訊指示游標位於顯示器102之顯示螢幕的範圍外時，顯示器102根據游標位置資訊執行調整音量或轉換頻道等等操作。

如上所述，由於處理單元116可藉由參考光源L1、L2之影像及無線訊號S1分別獲得手持式裝置104的位置資訊與軸向資訊，並進一步依據此位置資訊與軸向資訊計算出游標位置資訊，以使顯示器102依據游標位置資訊執行不同的功能操作，因此使用者可不須藉由移動手持式裝置104的位置來達到遙控顯示器102的效果，僅藉由轉動手持式裝置104即可遙控顯示器102。如此一來，便可避免遙控裝置位移變化限制降低使用上便利性的問題。

進一步來說，影像擷取模組112可包括一第一影像擷取單元112A以及一第二影像擷取單元112B，其中第一影像擷取單元112A與第二影像擷取單元112B間之相對位置關係為固定。在本實施例中，第一影像擷取單元112A與第二影像擷取單元112B為紅外線攝影機。第一影像擷取單元112A與第二影像擷取單元112B分別皆可擷取參考光源L1、L2之影像，處理單元116依據第一影像擷取單元112A與第二影像擷取單元112B的影像擷取結果以及第一影像擷取單元112A與第二影像擷取單元112B間的相對位置關係來計算參考光源L1、L2在三維空間中的位置。而藉由參考光源L1、L2在三維空間中的位置變化情形，除了可得知手持式裝置104的位置外，更可得知手持式裝置104在特定方向的轉動角度。因為旋轉180度時對游標之計算結果一樣，所以當轉動角度大於180度時，僅考慮扣掉180度後之角度。亦即L1、L2位置對調不影響游標計算。

舉例來說，圖2A、2B繪示為本發明實施例之手持式裝置的轉動示意圖。如圖2A所示，當手持式裝置104以垂直軸(亦即Y軸)為轉動軸時，可藉由偵測參考光源L1與參考光源L2的位置變化，以得知手持式裝置104的轉動角度變化(如圖2A轉動角度α)。其中上述之Y軸與參考光源L1與參考光源L2的連線(亦即X軸)相互垂直。另外，如圖2B所示，若手持式裝置104以Z軸為轉動軸時，亦可藉由偵測參考光源L1與參考光源L2的位置變化，來得知手持式裝置104的轉動角度變化。因為旋轉180度時對游標之計算結果一樣，所以當轉動角度大於180度時，僅考慮扣掉180度後之角度。亦即L1、L2位置對調不影響游標計算。其中上述之Z軸(縱軸longitudinal axis)、X軸(橫軸lateral axis)與Y軸(垂直軸vertical axis)相互垂直。

此外，處理單元116除了依據參考光源L1、L2之影像來計算得知手持式裝置104的部份轉動情形外，亦可藉由訊號接收模組114所接收之無線訊號S1來獲得無法藉由參考光源L1、L2之影像所得到的軸向資訊。例如，圖2C繪示為本發明實施例之手持式裝置的轉動示意圖。如圖2C所示，當手持式裝置104以參考光源L1與參考光源L2之連線(亦即X軸)為轉動軸時，藉由偵測手持式裝置104與垂直軸間所夾的角度即可得知手持式裝置104的轉動角度變化(如圖2B之傾角為γ，亦即手持式裝置104之轉動角度為γ)。當仰俯角度大於90度時，該範圍所計算之游標將不具參考意義。

詳細來說，處理單元116計算參考光源L1、L2在三維空間中之位置的方式可如下所述。圖3A與圖3B繪示為參考光源L1在紅外線攝影機之電荷耦合裝置(Charge-Coupled Device,CCD)上的成像示意圖。圖4繪示為參考光源L1在紅外線攝影機之電荷耦合裝置上之成像位置與三維空間位置的關係示意圖。請同時參照圖3A、3B以及圖4，在紅外線攝影機的電荷耦合裝置上的任何一像素皆有與其相應的射線R。為使所有電荷耦合裝置上的像素皆可落於[-1,+1]之範圍內，可先對座標進行正規化(如圖3B所示)。而正規化後，原本之像素座標x_normal與正規化後之像素座標x的關係，以及原本之像素座標y_normal與正規化後之像素座標y的關係如下列式子所示：

其中Pixels_x為電荷耦合裝置上橫向的畫素數目，而Pixels_y則為電荷耦合裝置上縱向的畫素數目。而電荷耦合裝置上的像素在三維空間中的座標位置(X',Y',Z')則可如下列式子所示：

其中水平角度σ和垂直角度θ為紅外線攝影機的內部參數，其可決定射線R的方向。

圖5繪示為本發明一實施例之計算參考光源L1在三維空間位置的示意圖。如圖5所示，其中兩個紅外線攝影機(亦即第一影像擷取單元112A與第二影像擷取單元112B)間之距離為D，藉由兩個紅外線攝影機所偵測到的值，可分別得到參考光源L1所對應的兩條射線R1、R2。而藉由求出射線R1、R2的交點即可求出紅參考光源L1在三維空間中的座標。在圖5中，第一影像擷取單元112A的位置座標為(x',0,0)，而第二影像擷取單元112B的位置座標為(x'+D,0,0)。射線R1、R2可以下列式子表示：

另外，t₁與t₂的可如下列式子所示：

參考光源L1的三維座標可藉由將R1、R2進行平均計算而得到，其座標值如下列式子所示：

類似地，參考光源L2的三維座標亦可以相同的方式獲得，在此不再贅述。藉由計算參考光源L1與參考光源L2的位置以及陀螺儀110的偵測結果，即可獲得手持式裝置104完整的位置資訊與軸向資訊，進而得到游標位置資訊。舉例來說，圖6繪示為本發明另一實施例之游標控制系統的示意圖，在圖6中參考光源L1與參考光源L2配置於遙控器(亦即手持式裝置104)的前端，且遙控器內建陀螺儀110(未繪示，在本實施例中其為一可偵測俯仰角度(Pitch)之陀螺儀)。其中當遙控器之長軸方向與垂直傾斜角度軸平行時，陀螺儀110所偵測到之傾角為0度，且參考光源L1與參考光源L2所在之平面的法向量與遙控器之長軸方向平行。

另外，並設定通過參考光源L1與參考光源L2之連線中點且方向與參考光源L1與參考光源L2所在之平面的法向量平行的射線R，與顯示器102所在之平面的交點產生一虛擬指向點P1，其中此虛擬指向點P1之位置關聯於遙控器(亦即手持式裝置104)的位置資訊以及軸向資訊。

詳細來說，當參考光源L1與參考光源L2所在之平面的法向量(假設其為(a,b,c))決定後，通過參考光源L1與參考光源L2之連線中點(假設其座標為(X₀，y₀，z₀))的射線(其方向與法向量(a,b,c)平行)與顯示器102所在平面(亦即Z=0之平面)的交點(x",y",z")(亦即虛擬指向點P1)可以下列式子表示：

如此便可直覺地藉由移動或轉動遙控器來對顯示器102進行輸入控制。舉例來說，當使用者移動或轉動控制器而使虛擬指向點P1位於顯示器102之顯示螢幕的範圍內時，處理單元116控制顯示器於虛擬指向點P1所在位置上顯示一游標。如此，使用者便可將游標移至顯示介面上的選擇區域，並配合遙控器上的按鈕對顯示器102進行功能操作。

又例如，當虛擬指向點P1位於顯示器102之顯示螢幕的範圍外時，處理單元116控制顯示器102執行與遙控器(亦即手持式裝置104)的位置資訊以及軸向資訊相對應的操作指令。舉例來說，圖7繪示為本發明一實施例之游標控制系統的輸入控制示意圖。如圖7所示，可將顯示器102所在之平面畫分為多個區域，例如將顯示器102之框線延伸，而將顯示器102之顯示螢幕外的區域化分為8個區塊。如此一來便可設定當虛擬指向點P1移至不同區域時，顯示器102便做出對應的功能操作，進而帶給使用者不同的操控感受，並提昇使用的便利性。

例如可將顯示器102的上方區域設定為轉台控制的區域，當使用者將虛擬指向點P1移至顯示器102的上方區域，並在此區域做順時針或逆時針的軌跡運動時，即可切換所收看的頻道。又或者是，將顯示器102的下方區域設定為音量控制的區域，當使用者將虛擬指向點P1移至顯示器102的下方區域，並在此區域做順時針或逆時針的軌跡運動時，即可控制音量的大小。

值得注意的是，上述實施例雖皆以兩個參考光源L1、L2與一個可偵測俯仰角度(Pitch)之陀螺儀來實現手持式裝置104，然實際應用上並不以此為限。在部分實施例中，手持式裝置104亦可以僅包括一個參考光源、而上述之陀螺儀110則可改由一個姿態指示儀(attitude indicator)(可偵測俯仰角度pitch與翻滾角度roll)以及一個方向指示儀(direction indicator)(可偵測偏擺角度yaw)來實現，以獲得手持式裝置的三個軸向資訊(例如手持式裝置104相對於上述X、Y、Z軸的軸向資訊)。

圖8繪示為本發明另一實施例之游標控制系統的示意圖。請參照圖8，本實施例與圖1實施例的不同之處在於，本實施例之手持式裝置104在參考光源的部份僅包括一個參考光源L3，而陀螺儀的部份則包括一姿態指示儀810A以及方向指示儀810B。其中姿態指示儀810A可偵測手持式裝置104之俯仰角度與翻滾角度，而方向指示儀810B則可偵測手持式裝置104之偏擺角度。

簡單來說，第一影像擷取單元112A與第二影像擷取單元112B可擷取參考光源L3的影像，以得到手持式裝置104的位置資訊。訊號發射模組108與[水平陀螺儀810A]以及[垂直陀螺儀810B]耦接，將[水平陀螺儀810A]以及[垂直陀螺儀810B]所偵測到的軸向資訊分別傳送給訊號接收模組114，以指示手持式裝置104的轉動狀態。另外，在本實施例中，第一影像擷取單元112A與第二影像擷取單元112B間之相對位置關係亦為固定。如此，處理單元116便可依據第一影像擷取單元112A與第二影像擷取單元112B間之相對位置關係計算手持式裝置104的位置資訊，並依據姿態指示儀810A以及方向指示儀810B偵測到的軸向資訊計算出游標位置資訊。其中手持式裝置104的位置資訊與軸向資訊的獲得方式與上述實施例類似，本領域具通常知識者應可依據上述實施例之教示推知，因而在此不再贅述。值得注意的是，本實施例雖以兩個陀螺儀來獲得手持式裝置104的三個軸向資訊，然並不以此為限，在其他實施例中，亦可以單一個陀螺儀或三個陀螺儀來獲得手持式裝置104的三個軸向資訊。亦即只要可獲得手持式裝置104的三個軸向資訊，並不限定陀螺儀的個數。

綜上所述，本發明藉由依據手持式裝置的位置資訊以及軸向資訊計算出游標位置資訊，並依據游標位置資訊於顯示器上顯示游標或執行相對應的控制指令，如此便可避免遙控裝置位移變化限制降低使用上的便利性。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

102．．．顯示器

104．．．手持式裝置

106．．．游標位置計算裝置

108．．．訊號發射模組

110．．．陀螺儀

112．．．影像擷取模組

112A、112B．．．影像擷取單元

114．．．訊號接收模組

116．．．處理單元

810A．．．姿態指示儀

810B．．．方向指示儀

S1．．．無線訊號

L1、L2．．．參考光源

α、β、γ．．．轉動角度

R．．．射線

σ．．．水平角度

θ．．．垂直角度

D．．．距離

R1、R2．．．射線

P1．．．虛擬指向點

圖1繪示為本發明一實施例之游標控制系統的示意圖。

圖2A~2C繪示為本發明實施例之手持式裝置的轉動示意圖。

圖3A與圖3B繪示為參考光源在紅外線攝影機之電荷耦合裝置上的成像示意圖。

圖4繪示為參考光源在紅外線攝影機之電荷耦合裝置上之成像位置與三維空間位置的關係示意圖。

圖5繪示為本發明一實施例之計算參考光源在三維空間位置的示意圖。

圖6繪示為本發明另一實施例之游標控制系統的示意圖。

圖7繪示為本發明一實施例之游標控制系統的輸入控制示意圖。

圖8繪示為本發明另一實施例之游標控制系統的示意圖。

102．．．顯示器

104．．．手持式裝置

106．．．游標位置計算裝置

108．．．訊號發射模組

110．．．陀螺儀

112．．．影像擷取模組

112A、112B．．．影像擷取單元

114．．．訊號接收模組

116．．．處理單元

S1．．．無線訊號

Claims (10)

1. 一種游標控制系統，適於用以控制一顯示器上的一游標，該游標控制系統包括：一手持式裝置，包括：多個參考光源；一陀螺儀，感測該手持式裝置的轉動狀態，以獲得一軸向資訊；以及一訊號發射模組，耦接該陀螺儀，將該軸向資訊轉換為一無線訊號；以及一游標位置計算裝置，包括：一影像擷取模組，擷取該些參考光源之影像；一訊號接收模組，接收該無線訊號；以及一處理單元，耦接該影像擷取模組與該訊號接收模組，依據該些參考光源之影像及該無線訊號計算出一游標位置資訊，該顯示器根據該游標位置資訊顯示該游標。
2. 如申請專利範圍第1項所述之游標控制系統，其中當該游標位置資訊指示該游標位於該顯示器之顯示螢幕的範圍內時，該顯示器根據該游標位置資訊顯示該游標，當該游標位置資訊指示該游標位於該顯示器之顯示螢幕的範圍外時，該顯示器根據該游標位置資訊執行與其相對應的操作指令。
3. 如申請專利範圍第1項所述之游標控制系統，其中該陀螺儀為一可偵測俯仰角度(Pitch)之陀螺儀，偵測該手持式裝置與一垂直軸間的角度，以獲得該軸向資訊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之游標控制系統，其中該影像擷取模組包括：一第一影像擷取單元，擷取該些參考光源之影像；以及一第二影像擷取單元，擷取該些參考光源之影像，該第一影像擷取單元與該第二影像擷取單元間之相對位置關係為固定，該處理單元更依據該第一影像擷取單元與該第二影像擷取單元間之相對位置關係計算該游標位置資訊。
5. 如申請專利範圍第1項所述之游標控制系統，其中該些參考光源為紅外線光源，該無線訊號為藍牙訊號或射頻(radio frequency，RF)訊號。
6. 一種游標控制系統，適於用以控制一顯示器上的一游標，該游標控制系統包括：一手持式裝置，包括：一參考光源；至少一陀螺儀，感測該手持式裝置的轉動狀態，以獲得三個軸向資訊；以及一訊號發射模組，耦接該至少一陀螺儀，將該些軸向資訊轉換為一無線訊號；以及一游標位置計算裝置，包括：一影像擷取模組，擷取該參考光源之影像；一訊號接收模組，接收該無線訊號；以及一處理單元，耦接該影像擷取模組與該訊號接收模組，依據該參考光源之影像及該無線訊號計算出該手持式裝置的一游標位置資訊，該顯示器根據該游標位置資訊顯示該游標。
7. 如申請專利範圍第6項所述之游標控制系統，其中當該游標位置資訊指示該游標位於該顯示器之顯示螢幕的範圍內時，該顯示器根據該游標位置資訊顯示該游標，當該游標位置資訊指示該游標位於該顯示器之顯示螢幕的範圍外時，該顯示器根據該游標位置資訊執行與其相對應的操作指令。
8. 如申請專利範圍第6項所述之游標控制系統，其中該影像擷取模組包括：一第一影像擷取單元，擷取該參考光源之影像；以及一第二影像擷取單元，擷取該參考光源之影像，該第一影像擷取單元與該第二影像擷取單元間之相對位置關係為固定，該處理單元更依據該第一影像擷取單元與該第二影像擷取單元間之相對位置關係計算該游標位置資訊。
9. 如申請專利範圍第6項所述之游標控制系統，其中該參考光源為紅外線光源，該無線訊號為藍牙訊號或射頻訊號。
10. 如申請專利範圍第6項所述之游標控制系統，其中該手持式裝置包括：一姿態指示儀，偵測該手持式裝置之俯仰角度(pitch)與翻滾角度(roll)；以及一方向指示儀，偵測該手持式裝置之偏擺角度(yaw)。