TWI503517B - 遙控裝置 - Google Patents

Description

遙控裝置

本發明係關於一種人機介面裝置，特別是關於一種光學物件辨識系統。

習知顯示系統中，僅能利用一遙控器單向地控制一顯示裝置之輸出參數，例如音量、亮度或頻道等，並不具有互動的功能。利用一影像感測器擷取光發射器影像，並根據光發射器影像的位置變化來相對控制一顯示裝置上一游標的方式，提供了更多元的操控介面，也較容易進行多媒體系統的整合。

例如美國專利公開第2006/0284841號，標題為”使用光發射器信號實現指向使用者介面之裝置、方法及媒體(Apparatus,method,and medium for implementing pointing user interface using signals of light emitters)”中即揭示一種利用一遙控器控制一顯示裝置的方式；其中，不同的光發射器的發光頻率被設計為不同，該遙控器透過辨識不同的發光頻率來分辨不同的光發射器。換句話說，習知技術中不同的光發射器只有被控制為具有不同的發光頻率時，該遙控器才能夠據以分辨出不同的光發射器。

有鑑於此，本發明另提出一種光學物件辨識系統之遙控裝置，其可辨識具有相同發光模式之複數光學物件。

本發明之一目的在提供一種光學物件辨識系統之遙控裝置，其中至少兩個光學物件係以一相位差產生相同的發光模式。

本發明提供一種遙控裝置，包含一影像感測器及一處理單元。該影像感測器以一取樣週期連續擷取影像圖框。該處理單元用以接收該影像感測器輸出之該等影像圖框，並辨識該等影像圖框中複數光學物件影像之一相同發光模式以及不同的光學物件影像之該相同發光模式間之一 相位差，藉以辨識不同的該等光學物件影像。

一實施例中，該發光模式為以一操作頻率連續點亮一連續點亮次數後熄滅至少一次；其中，該相位差等於該操作頻率之一倒數(reciprocal)。

一實施例中，該等光學物件影像以一操作頻率連續點亮之一連續點亮次數大於等於該等光學物件影像之一個數，只要該等光學物件影像於一預設期間內同時點亮至少一次即可。

一實施例中，不同的兩個光學物件影像之發光模式間之相位差可設計為相同或不相同。

本發明之遙控裝置中，該處理單元根據該等光學物件影像同時點亮後或同時點亮前之一熄滅順序來辨識不同的光學物件影像。藉此，即使所有光學物件影像均以相同的發光模式操作，仍能夠區別不同的光學物件影像。

1‧‧‧遙控裝置

11‧‧‧影像感測器

12‧‧‧處理單元

20‧‧‧光源控制單元

21~23‧‧‧光學物件

24‧‧‧第一延遲單元

25‧‧‧第二延遲單元

3‧‧‧影像顯示裝置

4‧‧‧獨立裝置

FOV‧‧‧影像感測器之視野

S、S₁ 、S₂ ‧‧‧致能信號

I_F ‧‧‧影像圖框

T_S ‧‧‧取樣週期

ΔΦ‧‧‧相位差

第1圖顯示本發明實施例之光學物件辨識系統之示意圖。

第2A圖顯示本發明實施例之光學物件辨識系統中，複數光學物件設置於一影像顯示裝置之示意圖。

第2B圖顯示本發明實施例之光學物件辨識系統中，複數光學物件設置於一獨立裝置之示意圖。

第3A~3F圖顯示本發明實施例之光學物件辨識系統之運作示意圖。

第4圖顯示本發明實施例之光學物件辨識系統之另一運作示意圖。

第5圖顯示本發明實施例之光學物件辨識系統之另一運作示意圖。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯， 下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。於本發明之說明中，相同的構件係以相同的符號表示，於此合先敘明。

請參照第1、2A及2B圖所示，其顯示本發明實施例之光學 物件辨識系統之示意圖。光學物件辨識系統包含一遙控裝置1及至少兩個光學物件(例如此處顯示為三個光學物件21~23)。該遙控裝置1例如可為一光學導航裝置、一光學指向裝置、一光學手勢辨識裝置或其他可根據所擷取影像圖框操控一影像顯示裝置者，例如操控游標、圖示選取或畫面捲動等。該等光學物件21~23例如可為發光二極體或雷射二極體，例如發出紅光、紅外光或其他不可見光，並設置於一影像顯示裝置上或附近；換句話說，該等光學物件21~23可結合於一影像顯示裝置3上(如第2A圖所示)或另行設置於附近的一獨立裝置4上(如第2B圖所示)，且該獨立裝置4係電性或無線地連接該影像顯示裝置3。可以了解的是，該等光學物件之數目並不限於3個，一般例如可為2到4個，但並不以此為限，端看計算位移及座標時所使用的演算法而定。

該等光學物件21~23以相同的一發光模式同時操作，且該 等光學物件21~23之該發光模式彼此相差一相位差(容詳述於後)。

該遙控裝置1包含一影像感測器11及一處理單元12，其中 該影像感測器11具有一視野FOV(field of view)。可以了解的是，該視野FOV之形狀及尺寸係根據該影像感測器11的型式所決定，並不限於第1圖所繪示者。

該影像感測器11例如可為一CCD影像感測器、一CMOS 影像感測器或其他用以感測光能量之感測器，其以一取樣週期擷取影像圖框I_F 並輸出至該處理單元12。

該處理單元12例如可為一數位處理器(DSP)，用以處理該影 像感測器11所輸出的影像圖框I_F ，例如根據該影像圖框I_F 中該等光學物件21~23之發光模式之相位差辨識不同的光學物件21~23。當各別的光學物件21~23辨識出後，該處理單元12則可根據連續影像圖框I_F 中該等光學物件21~23之位置變化(例如位移或旋轉等)來相對控制該影像顯示裝置3執行畫 面更新或特定應用軟體。

以下說明該等光學物件(仍以三個為例)21~23之發光模式。 本發明中每一光學物件均以相同的發光模式操作；一種實施例中，該發光模式為以一操作頻率連續點亮一連續點亮次數後熄滅至少一次。

例如參照第3A~3F圖所示，其顯示本發明實施例之光學物 件辨識系統之運作示意圖；其中，符號”O”表示光學物件點亮而符號”X”表示光學物件熄滅。影像感測器11以一取樣週期T_S 擷取影像圖框；其中，該取樣週期T_S 的倒數即為取樣頻率，例如該影像感測器11於時間t₁ ~t₁₅ 時分別擷取一影像圖框。

第3A圖中，一第一光學物件21、一第二光學物件22及一 第三光學物件23均以一操作頻率(例如此處該操作頻率相同於影像感測器11之取樣頻率)連續點亮3次後熄滅1次；亦即該發光模式為O O O X。 本實施例中，該等光學物件21~23之發光模式彼此相差一相位差，例如該第二光學物件22之發光模式延遲該第一光學物件21之發光模式一個相位差，該第三光學物件23之發光模式延遲該第二光學物件22之發光模式一個相位差；此處，所述相位差等於該操作頻率之一倒數，例如當該等光學物件21~23之操作頻率等於該影像感測器11之取樣頻率時，該相位差即等於該取樣週期T_S 。該處理單元12根據該等光學物件21~23同時點亮後或同時點亮前(例如時間t₃ 、t₇ 、t₁₁ )之一熄滅順序辨識不同的光學物件，例如此處同時點亮後的時間t₄ 、t₈ 、t₁₂ 時該第一光學物件21熄滅，時間t₅ 、t₉ 、t₁₃ 時該第二光學物件22熄滅，時間t₆ 、t₁₀ 、t₁₄ 時該第三光學物件23熄滅；同時點亮前的時間t₂ 、t₆ 、t₁₀ 時該第三光學物件23熄滅，時間t₁ 、t₅ 、t₉ 時該第二光學物件22熄滅，時間t₄ 、t₈ 時該第一光學物件21熄滅。因此，該處理單元12則可根據該等光學物件21~23之熄滅順序分別辨識出不同的光學物件。

第3B圖中，該第一光學物件21、第二光學物件22及第三 光學物件23均以一操作頻率連續點亮3次後熄滅2次；亦即該發光模式為O O O X X。該處理單元12根據該等光學物件21~23同時點亮後或同時點亮前(例如時間t₃ 、t₈ 、t₁₃ )之一熄滅順序辨識不同的光學物件，例如此處同時點亮後的時間t₄ 、t₉ 、t₁₄ 時該第一光學物件21熄滅，時間t₅ 、t₁₀ 、t₁₅ 時該第二光學物件22熄滅，時間t₆ 、t₁₁ 時該第三光學物件23熄滅；同時點亮前的時 間t₂ 、t₇ 、t₁₂ 時該第三光學物件23熄滅，時間t₁ 、t₆ 、t₁₁ 時該第二光學物件22熄滅，時間t₅ 、t₁₀ 時該第一光學物件21熄滅。因此，該處理單元12則可根據該等光學物件21~23之熄滅順序分別辨識出不同的光學物件。

第3C圖中，該第一光學物件21、第二光學物件22及第三 光學物件23均以一操作頻率連續點亮4次後熄滅1次；亦即該發光模式為O O O O X。該處理單元12根據該等光學物件21~23同時點亮(例如時間t₄ 、t₉ 、t₁₄ )後或同時點亮(例如時間t₃ 、t₈ 、t₁₃ )前之一熄滅順序辨識不同的光學物件，例如此處同時點亮後的時間t₅ 、t₁₀ 、t₁₅ 時該第一光學物件21熄滅，時間t₆ 、t₁₁ 時該第二光學物件22熄滅，時間t₇ 、t₁₂ 時該第三光學物件23熄滅；同時點亮前的時間t₂ 、t₇ 、t₁₂ 時該第三光學物件23熄滅，時間t₁ 、t₆ 、t₁₁ 時該第二光學物件22熄滅，時間t₅ 、t₁₀ 時該第一光學物件21熄滅。因此，該處理單元12則可根據該等光學物件21~23之熄滅順序分別辨識出不同的光學物件。

第3D圖中，該第一光學物件21、第二光學物件22及第三 光學物件23均以一操作頻率連續點亮4次後熄滅2次；亦即該發光模式為O O O O X X。該處理單元12根據該等光學物件21~23同時點亮(例如時間t₄ 、t₁₀ )後或同時點亮(例如時間t₃ 、t₉ 、t₁₅ )前之一熄滅順序辨識不同的光學物件，例如此處同時點亮後的時間t₅ 、t₁₁ 時該第一光學物件21熄滅，時間t₆ 、t₁₂ 時該第二光學物件22熄滅，時間t₇ 、t₁₃ 時該第三光學物件23熄滅；同時點亮前的時間t₂ 、t₈ 、t₁₄ 時該第三光學物件23熄滅，時間t₁ 、t₇ 、t₁₃ 時該第二光學物件22熄滅，時間t₆ 、t₁₂ 時該第一光學物件21熄滅。因此，該處理單元12則可根據該等光學物件21~23之熄滅順序分別辨識出不同的光學物件。

第3E圖為第3C圖之一替代實施例；亦即該發光模式同樣 為O O O O X。本實施例中，該第一光學物件21及該第二光學物件22相差一第一相位差(例如此時為一個取樣週期T_S )，該第二光學物件22及該第三光學物件23相差一第二相位差(例如此時為兩個取樣週期T_S )，其中該第一相位差不同於該第二相位差。該處理單元12同樣可根據該等光學物件21~23同時點亮後或同時點亮前(例如時間t₄ 、t₉ 、t₁₄ )之一熄滅順序辨識不同的光學物件。本實施例中，該處理單元12當辨識到一次該等光學物件21~23 同時點亮後(例如時間t₄ 、t₉ 、t₁₄ )，若尚未依序分辨出所有光學物件21~23，當再次辨識到該等光學物件21~23同時點亮(例如時間t₇ 、t₁₂ )時，可選擇將其忽略；其中，所述忽略係指不根據該次同時點亮作為光學物件辨識的起始點。當然，本發明可被設計成當不同的兩光學物件間之相位差不同時，所有光學物件依序熄滅的期間不會偵測到該等光學物件同時點亮，亦即不會出現時間t₇ 及t₁₂ 的情形；例如當該等光學物件連續點亮之一次數大於該等光學物件之一個數時，可透過增加該等光學物件之熄滅次數以消除上述時間t₇ 及t₁₂ 的情形，例如第3F圖所示。

第3F圖為第3D圖之一替代實施例；亦即該發光模式同樣 為O O O O X X。本實施例中，該第一光學物件21及該第二光學物件22相差一第一相位差(例如此時為一個取樣週期T_S )，該第二光學物件22及該第三光學物件23相差一第二相位差(例如此時為兩個取樣週期T_S )，其中該第一相位差不同於該第二相位差。該處理單元12同樣可根據該等光學物件21~23同時點亮後或同時點亮前(例如時間t₄ 、t₁₀ )之一熄滅順序辨識不同的光學物件。

必須說明的是，該等光學物件之一連續點亮次數及一熄滅 次數並不限於第3A~3F圖所示，該連續點亮次數只要是大於等於該等光學物件之一個數即可。換句話說，當該連續點亮次數大於等於該等光學物件之個數，該等光學物件於一預設期間內可同時點亮至少一次。此外，不同的兩個光學物件間之相位差可根據不同應用而設計為彼此不同，只要該處理單元12中預先設定相對應的辨識機制即可。

此外，該發光模式並不限定為第3A至3F圖所示，由於處 理單元12必需根據該等光學物件同時點亮後或同時點亮前之一熄滅順序辨識不同的光學物件，只要能使該等光學物件於一預設時間內同時點亮至少一次即可。因此，該處理單元12可根據包含至少一光學物件影像之一預設數目影像圖框I_F 中該發光模式之相位差辨識不同的光學物件，且該預設數目例如至少為非相鄰的兩次該等光學物件同時點亮間之一操作次數加1，例如第3A圖中該預設數目為3+1；第3B圖中該預設數目為4+1；第3C圖中該預設數目為3+1；第3D圖中該預設數目為4+1；第3F圖中該預設數目為5+1。該預設數目可根據實際使用的發光模式決定，例如第3E圖中，因包 含有被忽略的同時點亮的情形，該預設數目則調整為至少為非相鄰的兩次不被忽略的該等光學物件同時點亮間之一操作次數加1。必須說明的是，此處該操作次數並不一定等於該影像感測器11之取樣次數，因為該影像感測器11之取樣頻率可大於或等於該等光學物件之一操作頻率。當該影像感測器11之取樣頻率大於(例如成整倍數)該操作頻率時，並不是每張影像圖框中均包含有光學物件影像，光學物件影像則會規律的在影像圖框中出現。

請參照第4及5圖所示，其顯示本發明實施例之光學物件 辨識系統之另一運作示意圖；其中，該等光學物件21~23分別收到一致能信號後開始以相同的一發光模式操作。

第4圖中，本發明之光學物件辨識系統包含一光源控制單 元20用以控制該第一光學物件21、該第二光學物件22及該第三光學物件23；其中，該等光學物件係彼此串接。例如，該光源控制單元20發出一第一致能信號S₁ 用以致能串接的該等光學物件21~23之第一個光學物件，例如光學物件21。

第一個該光學物件21接收該第一致能信號S₁ 後以一發光模 式(例如以一操作頻率連續點亮3次後熄滅1次，即O O O X)操作並發出一第二致能信號S₂ ；第二個以後的該等光學物件(例如第二光學物件22及第三光學物件23)接收該第二致能信號S₂ 後以該發光模式操作，第二個以後且非最後一個該等光學物件(例如第二光學物件22)另發出該第二致能信號S₂ 至下一個該光學物件(例如第三光學物件23)，其中每一個該光學物件之發光模式延遲前一個該光學物件之發光模式一個相位差，例如該第二光學物件22之發光模式延遲該第一光學物件21之發光模式一個相位差ΔΦ；該第三光學物件23之發光模式延遲該第二光學物件22之發光模式一個相位差ΔΦ；其中，該相位差ΔΦ等於該操作頻率之一倒數。

一種實施例中，本發明之光學物件辨識系統可另包含一第 一延遲單元24及一第二延遲單元25，以使該第二光學物件22接收到該第二致能信號S₂ 的時間較該第一光學物件21接收到該第一致能信號S₁ 的時間延遲一個相位差ΔΦ；並使該第三光學物件23接收到該第二致能信號S₂ 的時間較該第二光學物件22接收到該第二致能信號S₂ 的時間延遲一個相位差ΔΦ。此外，該第一延遲單元24可包含於該第二光學物件22中，使該 第二光學物件22接收到該第二致能信號S₂ 後延遲該第一光學物件21一個相位差ΔΦ以該發光模式操作；該第二延遲單元25可包含於該第三光學物件23中，使該第三光學物件23接收到該第二致能信號S₂ 後延遲該第二光學物件22一個相位差ΔΦ以該發光模式操作。此外，該第一延遲單元24可包含於該第一光學物件21中，以延遲一個相位差ΔΦ發出該第二致能信號S₂ ；該第二延遲單元25可包含於該第二光學物件22中，以延遲一個相位差ΔΦ發出該第二致能信號S₂ 。其他實施例中，該第一延遲單元24及該第二延遲單元25可延遲不同的相位差。

該影像感測器11以一取樣週期T_S 擷取影像圖框I_F ；該處理單元12根據該影像圖框I_F 中該發光模式之該相位差辨識不同的光學物件。如前所述，如果該等光學物件21~23之操作頻率等於該影像感測器11之取樣頻率，該操作頻率之倒數則等於該取樣週期T_S 。但是由於該操作頻率並不一定等於該影像感測器11之取樣頻率，故該操作頻率之倒數不一定等於該取樣週期T_S 。

第5圖中，本發明之光學物件辨識系統包含一光源控制單元20用以控制該第一光學物件21、該第二光學物件22及該第三光學物件23；其中，該等光學物件例如彼此並聯。例如，該光源控制單元20發出一致能信號S用以致能該等光學物件21~23。

該等光學物件21~23接收該致能信號S後以相同的一發光模式(例如以一操作頻率連續點亮3次後熄滅1次，即O O O X)同時操作，且該等光學物件21~23之發光模式彼此相差一相位差，例如該第二光學物件22之發光模式延遲該第一光學物件21之發光模式一個相位差ΔΦ；該第三光學物件23之發光模式延遲該第二光學物件22之發光模式一個相位差ΔΦ；其中，該相位差ΔΦ等於該操作頻率之一倒數。

一種實施例中，本發明之光學物件辨識系統可另包含一第一延遲單元24及一第二延遲單元25，以使該第二光學物件22接收到該致能信號S的時間較該第一光學物件21接收到該致能信號S的時間延遲一個相位差ΔΦ；並使該第三光學物件23接收到該致能信號S的時間較該第二光學物件22接收到該致能信號S的時間延遲一個相位差ΔΦ。此外，該第一延遲單元24可包含於該第二光學物件22中，使該第二光學物件22接收 到該致能信號S後延遲該第一光學物件21一個相位差ΔΦ以該發光模式操作；該第二延遲單元25可包含於該第三光學物件23中，使該第三光學物件23接收到該致能信號S後延遲該第二光學物件22一個相位差ΔΦ以該發光模式操作。此外，該第一延遲單元24及該第二延遲單元25可包含於該光源控制單元20中，使該光源控制單元20發出該致能信號S至該第二光學物件22較發出該致能信號S至該第一光學物件21延遲一個相位差ΔΦ；使該光源控制單元20發出該致能信號S至該第三光學物件23較發出該致能信號S至該第二光學物件22延遲一個相位差ΔΦ。其他實施例中，該第一延遲單元24及該第二延遲單元25可延遲不同的相位差。

該影像感測器11以一取樣週期T_S 擷取影像圖框I_F ；該處理單元12根據該影像圖框I_F 中該發光模式之該相位差辨識不同的光學物件。如前所述，如果該等光學物件21~23之操作頻率等於該影像感測器11之取樣頻率，該操作頻率之倒數則等於該取樣週期T_S 。但是該操作頻率可不等於該影像感測器11之取樣頻率。

可以了解的是，雖然透過本發明的辨識方法已能夠辨識不同的光學物件，然而該等光學物件的外型並不限定為相同。

綜上所述，習知光發射器的辨識方法中，不同的光發射器只有被控制為具有不同的發光頻率，遙控器才能夠據以分辨不同的光發射器。本發明另提出一種光學物件辨識系統(第1圖)，其可辨識具有相同發光模式且同時操作的至少兩個光學物件，藉以簡化該等光學物件的控制機制。

雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明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，當可作各種之更動與修改。因此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。

1‧‧‧遙控裝置

11‧‧‧影像感測器

12‧‧‧處理單元

21~23‧‧‧光學物件

FOV‧‧‧影像感測器之視野

I_F ‧‧‧影像圖框

Claims (10)

1. 一種遙控裝置，用以辨識複數光學物件，該遙控裝置包含：一影像感測器，以一取樣週期連續接收該等光學物件所發出的光以擷取包含該等光學物件之光學物件影像之複數影像圖框；以及一處理單元，用以接收該影像感測器輸出之該等影像圖框，並辨識該等影像圖框中該等光學物件影像之一相同發光模式以及不同的光學物件影像之該相同發光模式間之一相位差，藉以辨識不同的該等光學物件影像。
2. 依申請專利範圍第1項之遙控裝置，其中該相同發光模式為以一操作頻率連續出現一連續點亮次數後熄滅至少一次。
3. 依申請專利範圍第2項之遙控裝置，其中該相位差等於該操作頻率之一倒數。
4. 依申請專利範圍第2項之遙控裝置，其中該連續點亮次數大於等於該等光學物件影像之一個數。
5. 依申請專利範圍第2項之遙控裝置，其中該處理單元根據該等光學物件影像同時出現後或同時出現前之一熄滅順序辨識不同的該等光學物件影像。
6. 依申請專利範圍第1項之遙控裝置，其中該等光學物件影像於一預設期間內同時出現至少一次。
7. 依申請專利範圍第1項之遙控裝置，其中該處理單元根據一預設數目影像圖框中該相同發光模式間之該相位差 辨識不同的該等光學物件影像，該預設數目至少為非相鄰的兩次該等光學物件影像同時出現間之一操作次數加1。
8. 依申請專利範圍第1項之遙控裝置，其中不同的兩光學物件影像之該相同發光模式之該相位差彼此不同。
9. 依申請專利範圍第1項之遙控裝置，其中該處理單元另用以計算辨識出的該等光學物件影像之位置變化。
10. 依申請專利範圍第1至9項其中一項之遙控裝置，其中該遙控裝置為一光學導航裝置、一光學指向裝置或一光學手勢辨識裝置。