TWI410834B - 利用暫存影像的基於影像之座標輸入裝置及方法 - Google Patents

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Description

利用暫存影像的基於影像之座標輸入裝置及方法
本發明係關於一種基於影像之座標輸入裝置及方法(image-based coordinate input apparatus and method)，並且特別地，本發明是關於一種利用暫存的影像並基於影像之座標輸入裝置及方法。
由於觸控式螢幕(touch screen)能讓操作者直覺地透過接觸方式進行相對顯示器之座標輸入的優點，觸控式螢幕已成為現今顯示器常見配置的輸入裝置。觸控式螢幕已廣泛地應用於各類具有顯示器之電子產品中，例如，監視器、筆記型電腦、平板電腦、自動櫃員機、銷售點終端機、遊客導覽系統、工業控制系統，等。
除了傳統電阻式、電容式等操作者必須接觸的觸控螢幕外，利用影像擷取元件(image capturing device)讓操作者無需真正接觸到顯示器的座標輸入方式也已被採用。利用影像擷取元件之基於影像的座標輸入方法之相關先前技術請見美國專利公告號第4,507,557號專利，在此不多做贅述。
隨著藉由觸控螢幕執行多點輸入的趨勢，基於影像之座標輸入方法也有能執行多點輸入的發展，相關先前技術請見美國專利公告號第7,411,575號專利。然而，基於影像之座標輸入方法若要即時判斷多點輸入的座標必須有充足的運算資源。
此外，基於影像之座標輸入方法極有可能在一偵測時間間隔內，因多點輸入的座標相當接近，而無法即時判斷、區分這些點的座標位置。
因此，本發明之一範疇旨在提供一種基於影像之座標輸入裝置及方法。並且特別地，根據本發明之基於影像之座標輸入裝置及方法係利用暫存的影像來判斷多點輸入之座標位置。藉此，在充足的運算資源或無法即時判斷、區分多點輸入之座標位置等情況下，根據本發明之基於影像之座標輸入裝置及方法仍能回溯暫存的影像，進而判斷多點輸入的座標位置。
根據本發明之一較佳具體實施例之基於影像的座標輸入裝置，其用以偵測在偵測時間間隔(detecting interval)內N個物件(object)在座標輸入區域(coordinate input region)上之位置，其中N等於1或2。根據本發明之基於影像的座標輸入裝置包含第一影像擷取元件、第二影像擷取元件、暫存器(buffer)以及處理單元(processing unit)。第一影像擷取元件係安置在座標輸入區域的周圍之第一位置，並且用以自偵測時間間隔之啟始時間點起擷取關於N個物件以及座標輸入區域的周圍之背景之連續的第一影像。第二影像擷取元件係安置在座標輸入區域的周圍之第二位置，並且用以自偵測時間間隔之啟始時間點起擷取關於N個物件以及座標輸入區域的周圍之背景之連續的第二影像。暫存器係分別電連接至第一影像擷取元件以及第二影像擷取元件。暫存器用以暫存該等連續的第一影像以及該等連續二影像。處理單元係電連接至暫存器。處理單元用以取得該等連續的第一影像以及該等連續的第二影像。處理單元並且根據該等第一影像及/或該等第二影像判斷一變異(variation)。處理單元並且根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算N個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域上之位置。
根據本發明之一較佳具體實施例之基於影像的座標輸入方法，其用以偵測在偵測時間間隔N個物件在座標輸入區域上之位置，其中N等於1或2。根據本發明之基於影像的座標輸入方法首先係於第一視野處，自偵測時間間隔之啟始時間點起擷取關於N個物件以及座標輸入區域的周圍之背景之連續的第一影像。接著，根據本發明之基於影像的座標輸入方法係於不同於第一視野之第二視野處，自偵測時間間隔之啟始時間點起擷取關於N個物件以及座標輸入區域的周圍之背景之連續的第二影像。接著，根據本發明之基於影像的座標輸入方法係暫存該等連續的第一影像以及該等連續二影像。接著，根據本發明之基於影像的座標輸入方法係根據該等暫存的第一影像及/或該等暫存的第二影像，判斷一變異。最後，根據本發明之基於影像的座標輸入方法係根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算N個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域上之位置。
於一具體實施例中，該變異指示N個物件在該等第一影像或該等第二影像上之投影隨著時間擴張。在此情況下，根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像，兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域上之位置被判斷、計算而得。
於一具體實施例中，該變異指示N個物件在該等第一影像或該等第二影像上之投影從一個暗塊變成兩個暗塊。在此情況下，根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像，兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域上之位置被判斷、計算而得。
於一具體實施例中，該等第一影像以及該等第二影像即提供兩組候選位置供計算。該變異指示兩組候選位置中一組候選位置中之一個位置大體上隨著時間靜止。在此情況下，根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像，具有靜止位置之該組候選位置被判斷、計算為兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域上之位置。
於一具體實施例中，該等第一影像以及該等第二影像即提供兩組候選位置供計算。該變異指示兩組候選位置中一組候選位置中之相關的幾何參數大體上隨著時間不變。在此情況下，根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像，具有不變的幾何參數之該組候選位置被判斷、計算為兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域上之位置。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
本發明係提供一種基於影像之座標輸入裝置及方法。並且特別地，根據本發明之基於影像之座標輸入裝置及方法係利用暫存的影像來判斷多點輸入之座標位置。藉此，在沒有充足的運算資源或無法即時判斷、區分多點輸入之座標位置等情況下，根據本發明之基於影像之座標輸入裝置及方法仍能回溯暫存的影像，進而判斷多點輸入的座標位置。以下藉由對判斷、區分兩點輸入之較佳具體實施例的詳細說明，藉以充分解說關於本發明之多點輸入的特徵、精神、優點以及實施上的可行性。
請參閱圖一，圖一係根據本發明之一較佳具體實施例之基於影像的座標輸入裝置1之架構示意圖。根據本發明之基於影像的座標輸入裝置1用以偵測在偵測時間間隔內N個物件(例如，手指、指示筆，等)在座標輸入區域10上之位置(P1、P2)，其中N等於1或2。
如圖一所示，根據本發明之基於影像的座標輸入裝置1包含第一影像擷取元件12、第二影像擷取元件14、暫存器16以及處理單元18。
同樣示於圖一，根據本發明之基於影像的座標輸入裝置1並且包含隆起並且環繞座標輸入區域10之邊框11。第一影像擷取元件12係安置在座標輸入區域10的周圍102之第一位置，如圖一所示邊框11之左上角隅處。第二影像擷取元件14係安置在座標輸入區域10的周圍102之第二位置，如圖一所示邊框11之右上角隅處。如同傳統的基於影像之座標輸入裝置一般，根據本發明之基於影像的座標輸入裝置1並且包含分別裝設在左上角隅及右上角隅之點光源(未繪示於圖一中)。於此架構中，根據本發明之基於影像的座標輸入裝置1並且包含裝設在邊框11三個內緣的回復反射元件(rectro-reflective device)13，用以回復反射安置在左上角隅處點光源發射的光線至第一影像擷取元件12以及回復反射安置在右上角隅處點光源發射的光線至第二影像擷取元件14，進而讓第一影像擷取元件12與第二影像擷取元件14能擷取關於座標輸入區域10的周圍102之背景的影像以及物件在影像上的投影。此外，關於基於影像之座標輸入裝置的先前技術，已有多種不同光源型態、反射元件與導光元件的設計方案被提出。例如，在座標輸入區域的周圍之三個內緣安置線光源以取代點光源而無需回復反射元件的設計。需強調的是，根據本發明之基於影像的座標輸入裝置及方法皆可以實施於採用上述各種光源、反射元件與導光元件設計之基於影像的座標輸入裝置。
特別地，第一影像擷取元件12用以自偵測時間間隔之啟始時間點起擷取關於N個物件以及座標輸入區域10的周圍102之背景之連續的第一影像。同樣地，第二影像擷取元件14用以自偵測時間間隔之啟始時間點起擷取關於N個物件以及座標輸入區域10的周圍102之背景之連續的第二影像。
暫存器16係分別電連接至第一影像擷取元件12以及第二影像擷取元件14。暫存器16用以暫存該等連續的第一影像以及該等連續二影像。
處理單元18係電連接至暫存器16。處理單元18用以取得該等連續的第一影像以及該等連續的第二影像。處理單元18並且根據該等第一影像及/或該等第二影像判斷一變異。處理單元18並且根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算N個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域10上之位置。
針對N個物件為兩個物件並依序落在座標輸入區域10上且兩個物件的位置相當接近的情況，於一具體實施例中，該變異指示N個物件在該等第一影像或該等第二影像上之投影隨著時間擴張。例如，如圖二所示，T0時間點成像影像(第一影像或第二影像)上的投影之寬度為Δx 1 ，T1時間點同樣成像影像上的投影位置未移動且其之寬度為Δx 2 ，處理單元18將判斷出成像影像之投影隨著時間擴張。在此情況下，根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像，兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域10上之位置被判斷、計算而得。在此強調，上述藉由投影隨著時間擴張對兩點輸入的判斷也適用於對兩點以上的輸入。
針對N個物件為兩個物件並同時或依序落在座標輸入區域10上且兩個物件的位置相當接近的情況，於一具體實施例中，該變異指示N個物件在該等第一影像或該等第二影像上之投影從一個暗塊變成兩個暗塊。例如，如圖三所示T0時間點成像影像(第一影像或第二影像)上的投影為一個暗塊，T1時間點同樣成像影像上的投影則變成兩個暗塊。在此情況下，根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像，兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域10上之位置被判斷、計算而得。在此強調，上述藉由投影之暗塊數目的變化對兩點輸入的判斷也適用於對兩點以上的輸入。
針對N個物件為且運算資源不足以即時判斷、區分落在座標輸入區域10上之兩個物件之位置的情況，於一具體實施例中，該等第一影像以及該等第二影像即提供兩組候選位置供計算。該變異指示兩組候選位置中一組候選位置中之一個位置大體上隨著時間靜止。例如，如圖四所示在T0時間點有兩組候選位置(M1T0 ,M2T0 )以及(M3T0 ,M4T0 )，在T1時間點，同樣有兩組候選位置(M1T1 ,M2T1 )以及(M3T1 ,M4T1 )。特別地，M1T0 與M1T1 座標相同。藉由回溯該等第一影像以及該等第二影像，處理單元18將判斷出位置M1隨著時間靜止。在此情況下，根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像，具有靜止位置之該組候選位置被判斷、計算為兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域10上之位置，例如圖四中(M1T0 ,M2T0 )。在此強調，上述藉由候選位置中之一個位置大體上隨著時間靜止對兩點輸入的判斷也適用於對兩點以上的輸入。
針對運算資源不足以即時判斷、區分落在座標輸入區域10上之兩個物件之位置的情況，於一具體實施例中所示，該等第一影像以及該等第二影像即提供兩組候選位置供計算。該變異指示兩組候選位置中一組候選位置中之相關的幾何參數大體上隨著時間不變。例如，如圖五所示在T0時間點有兩組候選位置(M1T0 ,M2T0 )以及(M3T0 ,M4T0 )，在T1時間點，同樣有兩組候選位置(M1T1 ,M2T1 )以及(M3T1 ,M4T1 )。M1T0 與M2T0 之間形成之向量V1，M3T0 與M4T0 之間形成之向量V2，M1T1 與M2T1 之間形成之向量V1’，M3T1 與M4T1 之間形成之向量V2’。特別地，V1與V1’之間的相異甚小，V2與V2’之間則有明顯的差異。在此情況下，根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像，具有不變的幾何參數之該組候選位置被判斷、計算為兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域10上之位置，例如圖五中(M1T0 ,M2T0 )。在此強調，上述藉由候選位置中之一組候選位置中之一相關的幾何參數大體上隨著時間不變對兩點輸入的判斷也適用於對兩點以上的輸入。於實際應用中，一組候選位置中被應用來判斷之相關幾何參數，除了一組候選位置之間之向量外，也可採用一組候選位置之間的距離等幾何參數。
請參閱圖六，圖六係繪示根據本發明之一較佳具體實施例之基於影像的座標輸入方法2之流程圖。根據本發明之基於影像的座標輸入方法2用以偵測在偵測時間間隔N個物件在座標輸入區域上之位置，其中N等於1或2。
如圖六所示，根據本發明之基於影像的座標輸入方法2首先係同時執行步驟S20及步驟S22。於步驟S20中，於第一視野處，關於N個物件以及座標輸入區域的周圍之背景之連續的第一影像係自偵測時間間隔之啟始時間點起擷取。於步驟S22中，於不同於第一視野之第二視野處，關於N個物件以及座標輸入區域的周圍之背景之連續的第二影像係自偵測時間間隔之啟始時間點起擷取。
接著，根據本發明之基於影像的座標輸入方法2係執行步驟S24，暫存該等連續的第一影像以及該等連續二影像。
接著，根據本發明之基於影像的座標輸入方法2係執行步驟S26，根據該等暫存的第一影像及/或該等暫存的第二影像，判斷一變異。
最後，根據本發明之基於影像的座標輸入方法2係執行步驟S28，根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算N個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域上之位置。
於一具體實施例中，於步驟S26判斷之該變異指示N個物件在該等第一影像或該等第二影像上之投影隨著時間擴張。並且，於步驟S28兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域上之位置係根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算而得。在此強調，上述藉由投影隨著時間擴張對兩點輸入的判斷也適用於對兩點以上的輸入。
於一具體實施例中，於步驟S26判斷之該變異指示N個物件在該等第一影像或該等第二影像上之投影從一個暗塊變成兩個暗塊。並且，於步驟S28兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域上之位置係根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算而得。在此強調，上述藉由投影之暗塊數目的變化對兩點輸入的判斷也適用於對兩點以上的輸入。
於一具體實施例中，該等第一影像以及該等第二影像提供兩組候選位置供計算、判斷。於步驟S26判斷之該變異指示兩組候選位置中一組候選位置中之一個位置大體上隨著時間靜止。並且，於步驟S28具有靜止位置之該組候選位置係根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算為兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域上之位置。在此強調，上述藉由候選位置中之一個位置大體上隨著時間靜止對兩點輸入的判斷也適用於對兩點以上的輸入。
於一具體實施例中，該等第一影像以及該等第二影像提供兩組候選位置供計算、判斷。於步驟S26判斷之該變異指示兩組候選位置中一組候選位置中之相關的幾何參數大體上隨著時間不變。並且，於步驟S28具有不變的幾何參數之該組候選位置係根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算為兩個物件在偵測時間間隔內在座標輸入區域上之位置。在此強調，上述藉由候選位置中之一組候選位置中之一相關的幾何參數大體上隨著時間不變對兩點輸入的判斷也適用於對兩點以上的輸入。於實際應用中，一組候選位置中被應用來判斷之相關幾何參數可以是一組候選位置之間的向量、距離等幾何參數。
綜上所述，根據本發明之基於影像之座標輸入裝置及方法可以在沒有充足的運算資源或無法即時判斷、區分多點輸入之座標位置等情況下，利用回溯暫存的影像，進而判斷多點輸入的座標位置。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。因此，本發明所申請之專利範圍的範疇應該根據上述的說明作最寬廣的解釋，以致使其涵蓋所有可能的改變以及具相等性的安排。
1．．．基於影像的座標輸入裝置
10．．．標輸入區域
102．．．座標輸入區域的周圍
11．．．邊框
12．．．第一影像擷取元件
13．．．回復反射元件
14．．．第二影像擷取元件
16．．．暫存器
18．．．處理單元
P1、P2．．．位置
2．．．座標輸入方法
S20~S28．．．流程步驟
圖一係根據本發明之一較佳具體實施例之基於影像的座標輸入裝置之架構示意圖。
圖二係示意地繪示T0及T1兩時間點所擷取的影像案例，並且於此案例中，影像上之投影隨著時間擴張。
圖三係示意地繪示T0及T1兩時間點所擷取的影像案例，並且於此案例中，隨著時間影像上之投影從一個暗塊變成兩個暗塊。
圖四係示意地標示T0及T1兩時間點座標輸入區域上之候選位置，並且於此案例中，位置M1大體上隨著時間靜止。
圖五係示意地標示T0及T1兩時間點座標輸入區域上之候選位置，並且於此案例中，位置M1與位置M2之間形成的向量大體上隨著時間不變。
圖六係根據本發明之一較佳具體實施例之基於影像的座標輸入方法之流程圖。
1．．．基於影像的座標輸入裝置
10．．．標輸入區域
102．．．座標輸入區域的周圍
11．．．邊框
12．．．第一影像擷取元件
13．．．回復反射元件
14．．．第二影像擷取元件
16．．．暫存器
18．．．處理單元
P1、P2．．．位置

Claims (12)

  1. 一種基於影像之座標輸入裝置，該基於影像之座標輸入裝置用以偵測在一偵測時間間隔內N個物件在一座標輸入區域上之位置，N等於1或2，該基於影像之座標輸入裝置包含：一第一影像擷取元件，該第一影像擷取元件係安置在該座標輸入區域的周圍之一第一位置，該第一影像擷取元件用以自該偵測時間間隔之啟始時間點起擷取關於該N個物件及該座標輸入區域的周圍之一背景之連續的第一影像；一第二影像擷取元件，該第二影像擷取元件係安置在該座標輸入區域的周圍之一第二位置，該第二影像擷取元件用以自該偵測時間間隔之啟始時間點起擷取關於該N個物件及該座標輸入區域的周圍之該背景之連續的第二影像；一暫存器，該暫存器係分別電連接至該第一影像擷取元件以及該第二影像擷取元件，該暫存器用以暫存該等連續的第一影像以及該等連續的第二影像；以及一處理單元，該處理單元係電連接至該暫存器，該處理單元用以取得該等連續的第一影像以及該等連續的第二影像，該處理單元並且根據該等第一影像及/或該等第二影像判斷一變異，該處理單元並且根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算該N個物件在該偵測時間間隔內在該座標輸入區域上之位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基於影像之座標輸入裝置，其中該變異指示該N個物件在該等第一影像或該等第二影像上之投影隨著時間擴張，並且該處理單元根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算該兩個物件在該偵測時間間隔內在該座標輸入區域上之位置。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之基於影像之座標輸入裝置，其中該變異指示該N個物件在該等第一影像或該等第二影像上之投影從一個暗塊變成兩個暗塊，並且該處理單元根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算該兩個物件在該偵測時間間隔內在該座標輸入區域上之位置。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之基於影像之座標輸入裝置，其中該等第一影像以及該等第二影像提供兩組候選位置供該處理單元之計算，該變異指示該兩組候選位置中一組候選位置中之一個位置大體上隨著時間靜止，並且該處理單元根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算具有該靜止位置之該組候選位置為該兩個物件在該偵測時間間隔內在該座標輸入區域上之位置。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之基於影像之座標輸入裝置，其中該等第一影像以及該等第二影像提供兩組候選位置供該處理單元之計算，該變異指示該兩組候選位置中一組候選位置中之一相關的幾何參數大體上隨著時間不變，並且該處理單元根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算具有該不變的幾何參數之該組候選位置為該兩個物件在該偵測時間間隔內在該座標輸入區域上之位置。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之基於影像之座標輸入裝置，其中該組候選位置之相關的幾何參數係該組候選位置之間之一向量或一距離。
  7. 一種基於影像之座標輸入方法，該基於影像之座標輸入裝置用以偵測在一偵測時間間隔N個物件在一座標輸入區域上之位置，N等於1或2，該基於影像之座標輸入裝置包含：(a)於一第一視野處，自該偵測時間間隔之啟始時間點起擷取關於該N個物件及該座標輸入區域的周圍之一背景之連續的第一影像；(b)於不同於該第一視野之一第二視野處，自該偵測時間間隔之啟始時間點起擷取關於該N個物件及該座標輸入區域的周圍之該背景之連續的第二影像；(c)暫存該等連續的第一影像以及該等連續二影像；(d)根據該等暫存的第一影像及/或該等暫存的第二影像，判斷一變異；以及(e)根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算該N個物件在該偵測時間間隔內在該座標輸入區域上之位置。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之基於影像之座標輸入方法，其中於步驟(d)判斷之該變異指示該N個物件在該等第一影像或該等第二影像上之投影隨著時間擴張，並且於步驟(e)該兩個物件在該偵測時間間隔內在該座標輸入區域上之位置係根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算而得。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之基於影像之座標輸入方法，其中於步驟(d)判斷之該變異指示該N個物件在該等第一影像或該等第二影像上之投影從一個暗塊變成兩個暗塊，並且於步驟(e)該兩個物件在該偵測時間間隔內在該座標輸入區域上之位置係根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算而得。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之基於影像之座標輸入方法，其中該等第一影像以及該等第二影像提供兩組候選位置供計算、判斷，於步驟(d)判斷之該變異指示該兩組候選位置中一組候選位置中之一個位置大體上隨著時間靜止，並且於步驟(e)具有該靜止位置之該組候選位置係根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算為該兩個物件在該偵測時間間隔內在該座標輸入區域上之位置。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之基於影像之座標輸入方法，其中該等第一影像以及該等第二影像提供兩組候選位置供計算、判斷，於步驟(d)判斷之該變異指示該兩組候選位置中一組候選位置中之一相關的幾何參數大體上隨著時間不變，並且於步驟(e)具有該不變的幾何參數之該組候選位置係根據該變異、該等第一影像以及該等第二影像計算為該兩個物件在該偵測時間間隔內在該座標輸入區域上之位置。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之基於影像之座標輸入方法，其中該組候選位置之相關的幾何參數係該組候選位置之間之一向量或一距離。
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