TWI566128B - 虛擬觸控裝置 - Google Patents

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Description

虛擬觸控裝置
本發明主要為一種虛擬控制裝置,特別係為一種提供電子裝置作為輸入介面之虛擬控制裝置。
傳統電子裝置的輸入介面大多利用鍵盤按鍵、滑鼠、觸控式面板等實體裝置讓使用者進行操作,而隨著影像辨識技術的進步,部分電子裝置開始利用攝影鏡頭對使用者的手勢或動作進行辨識以進行對應的操作。然而影像辨識的運算量相當大,電子裝置經常會有反應操作不夠迅速的問題。
此外,目前手勢控制應用大多經由電子裝置上的攝影鏡頭來擷取影像,例如筆記型電腦的顯示螢幕上方。然而攝影鏡頭在一般使用角度下,偵測的影像範圍相當受限,難以判斷使用者在靠近電子裝置的手勢操作。
根據本發明一實施例所述之虛擬控制裝置,適用於一電子裝置,包括:一第一取像鏡頭;一第二取像鏡頭;一第一感光元件,設置於上述第一取像鏡頭之一鏡頭焦距後,並透過上述第一取像鏡頭擷取一第一影像;一第二感光元件,設置於上述第二取像鏡頭之上述鏡頭焦距後,並透過上述第二取像鏡頭擷取一第二影像;以及一處理單元,根據 上述第一影像以及上述第二影像判斷一物件位於一虛擬控制平面上之一物件座標,以及提供上述物件座標至上述電子裝置,其中,上述虛擬控制平面之延伸平面與上述第一取像鏡頭之鏡心以及上述第二取像鏡頭之鏡心相交,上述處理單元根據上述物件投影於上述第一感光元件之一第一投影位置以及上述物件投影於上述第二感光元件之一第二投影位置決定上述物件座標。
100‧‧‧虛擬控制裝置
102a、102b‧‧‧取像鏡頭
104a、104b‧‧‧感光元件
106‧‧‧處理單元
200‧‧‧電子裝置
Aa‧‧‧區塊
Ca、Cb‧‧‧鏡心
dX1、dX2‧‧‧距離
dL‧‧‧鏡頭間隔距離
dS‧‧‧投影間隔距離
df‧‧‧鏡頭焦距
do‧‧‧物件距離
ia、ib‧‧‧影像
O‧‧‧物件
O’、O’’‧‧‧物件投影
V‧‧‧虛擬控制平面
V’‧‧‧虛擬控制平面投影
X、Y‧‧‧座標軸
由閱讀以下詳細說明及配合所附圖式之舉例,可更完整地了解本發明所揭露,如下:第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之虛擬控制裝置。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例之感光元件藉由取像鏡頭接收影像之示意圖。
第3圖係顯示根據本發明之一實施例之感光元件藉由取像鏡頭接收影像之俯視圖。
第4圖係顯示根據本發明第1圖所示之虛擬控制裝置之方法實施例之操作流程圖。
以下敘述顯示許多藉本發明完成之實施例。其敘述用以說明本發明之基本概念並不帶有限定之含意。本發明之範圍在後附之申請專利範圍中有最佳的界定。
第1圖係顯示根據本發明一實施例所述之虛擬控制裝置。虛擬控制裝置100可作為輸入介面用於電子裝置200,例如電腦、筆記型電腦、或是平板電腦等,舉例來說, 當電子裝置200為筆記型電腦時,虛擬控制裝置100可用來偵測使用者手指在虛擬控制平面V的位置,並將取得的位置傳送至電子裝置200,以虛擬控制平面V來取代觸控板作為控制滑鼠游標的操控介面。虛擬控制裝置100包括取像鏡頭102a、取像鏡頭102b、感光元件104a、感光元件104b以及處理單元106。
取像鏡頭102a設置於感光元件104a前方,感光元件104a則透過取像鏡頭102a接收影像ia,並傳送影像ia至處理單元106,相同地,取像鏡頭102b設置於感光元件104b前方,感光元件104b則透過取像鏡頭102b接收影像ib,並傳送影像ib至處理單元106。處理單元106則根據影像ia以及影像ib判斷使用者在虛擬控制平面V上所選取的位置並將所選許的位置座標傳送至電子裝置200,以下藉由第2圖以及第3圖來進一步說明。
第2圖係顯示根據本發明之一實施例之感光元件藉由取像鏡頭接收影像之示意圖,而第3圖係顯示根據本發明之一實施例之感光元件藉由取像鏡頭接收影像之俯視圖。如第2圖所示,虛擬控制平面V之延伸平面與取像鏡頭102a之鏡心Ca(取像鏡頭102a之光圈中心)相交,因此虛擬控制平面V經過取像鏡頭102a在感光元件104a上的投影V’為一直線。相同地,物件O(例如,使用者的手指或是觸控筆)與虛擬控制平面V相交的部分之投影亦在投影V’中,因此處理單元106可根據感光元件104a所擷取的影像ia上的投影V’判斷物件O投影在感光元件104a上的位置。舉例來說, 處理單元106可藉由比對預先儲存的物件O投影影像與影像ia上的投影V’來判斷物件O投影在感光元件104a上的位置,當預先儲存的物件O投影影像與影像ia上的投影V’的一區段相符合,則表示物件O投影在該區段的位置上。需注意到,若取像鏡頭102a由多個鏡片組合而成,則虛擬控制平面V之延伸平面與該多個鏡片所形成之等效鏡心相交。
在一些實施例中,為了更準確判斷物件O投影在感光元件104a上的位置,處理單元106可根據感光元件104a所擷取的影像ia上的區塊Aa判斷物件O投影在感光元件104a上的位置。舉例來說,處理單元106可藉由比對預先儲存的物件O投影影像與影像ia上的區塊Aa來判斷物件O的投影O’在感光元件104a上的位置。另一方面,虛擬控制平面V之延伸平面與取像鏡頭102b之鏡心Cb(取像鏡頭102b之光圈中心)相交,因此取像鏡頭102b以及感光元件104b亦同於上述方法取得物件O投影在感光元件104b上的位置,在此不多加贅述。可以了解到,由於藉由此方式處理單元106可僅僅比對區塊Aa上的影像與物件O投影影像來判定物件投影O’的位置,因此更減少了處理單元106影像運算量。需注意到,若取像鏡頭102b由多個鏡片組合而成,則虛擬控制平面V之延伸平面與該多個鏡片所形成之等效鏡心相交。
接著藉由第3圖來說明本發明。如第3圖所示,取像鏡頭102a與取像鏡頭102b設置於同一平面上,取像鏡頭102a的鏡心Ca與取像鏡頭102b的鏡心Cb距離一鏡頭間隔距離dL。另一方面,感光元件104a設置於取像鏡頭102a後一鏡 頭焦距df,感光元件104b設置於取像鏡頭102b後一鏡頭焦距df,且感光元件104a與感光元件104b設置於同一平面上。
在第2圖的實施例中,處理單元106可取得物件O投影在感光元件104a上的位置,以及物件O投影在感光元件104b上的位置。因此,處理單元106可藉由物件O投影在感光元件104a上的位置以及感光元件104b上的位置來判斷投影間隔距離dS。舉例來說,處理單元106可預先儲存感光元件104a與感光元件104b的相對位置資訊(例如,間隔距離值),當處理單元106取得物件O投影在感光元件104a上的位置以及感光元件104b上的位置時,則可相應的計算出投影間隔距離dS
接著,為了取得物件O在虛擬控制平面V的位置,處理單元106預先儲存鏡頭間隔距離dL以及鏡頭焦距df的值,當處理單元106計算出投影間隔距離dS後,則可根據物件距離dO:鏡頭間隔距離dL=(物件距離dO+鏡頭焦距df):投影間隔距離dS的比例關係取得dO=df.dL/(dL-dS)的關係式,進一步的計算出物件O的深度值,即為物件O與取像鏡頭102a以及102b所在之平面的物件距離dO
當處理單元106計算出物件距離dO後,接著根據物件距離dO來計算物件O於虛擬控制平面V上的Y軸座標,並將物件O之Y軸座標傳送至電子裝置200。應了解到,在實施例中所取得的Y軸座標可為一相對座標值,熟知此技術者可根據本發明所揭露之實施方式,選定虛擬控制平面V上一點作為原點,再藉由計算物件O與選定的原點在Y軸方向 的距離來決定物件O於虛擬控制平面V上的Y軸座標。
在一些實施例中,處理單元106可預先儲存取像鏡頭102a之鏡心Ca於感光元件104a的投影位置,因此處理單元106可進一步判斷取像鏡頭102a之鏡心Ca於感光元件104a的投影與物件投影O’的距離dX1。當處理單元106計算出物件距離dO以及距離dX1後,則可根據距離dX1:鏡頭焦距df=距離dX2:物件距離dO的比例關係取得dX2=dO.dX1/df的關係式,進一步的計算出物件O於感光元件104a以及104b所在平面之投影與鏡心Ca於感光元件104a之投影之距離dX2,即虛擬控制平面V上的X軸座標。應了解到,在實施例中所取得的X軸座標亦可為一相對座標值,熟知此技術者可根據本發明所揭露之實施方式,選定虛擬控制平面V上一點作為原點,再藉由計算物件O與選定的原點在X軸方向的距離來決定物件O於虛擬控制平面V上的X軸座標。
第4圖係顯示根據本發明第1圖所示之虛擬控制裝置之方法實施例之操作流程圖。在步驟S402中,感光元件104a透過取像鏡頭102a接收影像ia,而感光元件104b透過取像鏡頭102b接收影像ib。接著在步驟S404中,感光元件104a以及感光元件104b分別將影像ia以及影像ib傳送至處理單元106。
在步驟S406中,處理單元106藉由比對預先儲存的物件O投影影像與影像ia上的區塊Aa來判斷物件O的投影O’在感光元件104a上的位置,相同地藉由比對預先儲存的物件O投影影像與影像ib上的區塊來判斷物件O的投影 O’’在感光元件104b上的位置。
接著於步驟S408中,處理單元106根據投影O’在感光元件104a上的位置與投影O’’感光元件104b上的位置計算投影間隔距離dS。接著於步驟S410,處理單元106根據投影間隔距離dS、鏡頭間隔距離dL以及鏡頭焦距df計算物件O的物件距離dO,並計算物件距離dO與預設原點的距離差取得Y軸座標值。
接著於步驟S412,處理單元106根據距離dX1、鏡頭焦距df以及物件距離dO計算物件O於感光元件104a以及104b所在平面之投影與鏡心Ca於感光元件104a之投影之距離dX2,並計算距離dX2與預設原點的距離差取得X軸座標值。最後,於步驟S414,處理單元106提供物件O的X軸座標值以及Y軸座標值至電子裝置200,電子裝置200則根據所取得的座標位置進行對應的操作。
在另一些實施例中,在進行步驟S408之前,處理單元106可藉由比對影像ia上的物件O的投影O’與投影V’來判斷物件O是否在虛擬控制平面V進行控制操作。當投影O’與投影V’在影像ia中交疊,即表示物件O在虛擬控制平面V進行控制操作,則接著再繼續步驟S408以進一步計算座標值。另一方面,當投影O’與投影V’在影像ia中沒有交疊,即表示物件O並未在虛擬控制平面V進行控制操作,則不需再進一步計算座標值。
根據上述說明可了解到,由於本發明之虛擬控制平面V設置為其延伸平面通過取像鏡頭102a以及取像鏡頭 102b的鏡心,因此處理單元106可僅僅針對感光元件所擷取的影像中虛擬控制平面V的投影附近的影像區塊來進行運算判斷物件O的位置,進而降低運算量。另外,由於虛擬控制平面V的投影V’在影像ia中為一直線,因此本發明可藉由判斷投影O’與投影V’在影像ia中是否交疊來判斷物件O是否在虛擬控制平面V進行控制操作,進而可簡單地判斷使用者(物件O)是否於虛擬控制平面V所進行的點擊或是選取等操作。再者,亦可了解到空間中通過取像鏡頭102a以及取像鏡頭102b的鏡心的任意平面接可作為虛擬控制平面V以進行操作,處理單元106根據使用者所選定的虛擬控制平面V的位置來調整其影像計算的區塊。舉例來說,當電子裝置200為一筆記型電腦時,取像鏡頭102a、感光元件104a以及取像鏡頭102b、感光元件104b可設置在筆記型電腦的螢幕下方,藉以取得顯示螢幕前方以及鍵盤上方的影像,因此虛擬控制平面V的位置可根據使用者的需求設置於顯示螢幕前方或是鍵盤上方。
在本發明一些實施例中,虛擬控制裝置可包括二個以上之取像鏡頭以及感光元件,而處理單元則根據各個感光元件所取得的影像來計算更精確的物件座標。在本發明另一些實施例中,取像鏡頭以及感光元件可由紅外線感測裝置或是其他影像擷取裝置來完成。
本發明雖已敘述較佳之實施例如上,但應了解上述所揭露並非用以限制本發明實施例。相反地,其涵蓋多種變化以及相似的配置(熟知此技術者可明顯得知)。此外,應根 據後附之申請專利範圍作最廣義的解讀以包含所有上述的變化以及相似的配置。
100‧‧‧虛擬控制裝置
102a、102b‧‧‧取像鏡頭
104a、104b‧‧‧感光元件
106‧‧‧處理單元
200‧‧‧電子裝置
ia、ib‧‧‧影像
V‧‧‧虛擬控制平面

Claims (9)

  1. 一種虛擬控制裝置,適用於一電子裝置,包括:一第一取像鏡頭;一第二取像鏡頭;一第一感光元件,設置於上述第一取像鏡頭之一鏡頭焦距後,並透過上述第一取像鏡頭擷取一第一影像;一第二感光元件,設置於上述第二取像鏡頭之上述鏡頭焦距後,並透過上述第二取像鏡頭擷取一第二影像;以及一處理單元,根據上述第一影像以及上述第二影像判斷一物件位於一虛擬控制平面上之一物件座標,以及提供上述物件座標至上述電子裝置,其中,上述虛擬控制平面之延伸平面與上述第一取像鏡頭之鏡心以及上述第二取像鏡頭之鏡心相交,上述處理單元根據上述物件投影於上述第一感光元件之一第一投影位置以及上述物件投影於上述第二感光元件之一第二投影位置決定上述物件座標,其中上述處理單元更取得上述第一投影位置與上述第二投影位置相距之一投影間隔距離,以及根據上述投影間隔距離計算上述物件座標。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之虛擬控制裝置,其中,上述第一取像鏡頭之鏡心與上述第二取像鏡頭之鏡心相距離一鏡頭間隔距離,且上述第一取像鏡頭與上述第二取像鏡頭設置於一鏡頭平面上,以及上述處理單元根據上述鏡頭間隔距離、上述投影間隔距離以及上述鏡頭焦距取得一物件距離,其中上述物件距離為上述物件與上述鏡頭平面之間的間隔距離。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之虛擬控制裝置,其中,上述物件距離為上述鏡頭焦距與上述鏡頭間隔距離之積除以上述投影間隔距離與上述鏡頭間隔距離之差。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之虛擬控制裝置,其中上述物件座標包括一第一軸座標以及一第二軸座標,以及上述處理單元根據上述物件距離以及一選定原點與上述鏡頭平面之間隔距離決定上述物件座標的上述第一軸座標。
  5. 一種虛擬控制裝置,適用於一電子裝置,包括:一第一取像鏡頭;一第二取像鏡頭;一第一感光元件,設置於上述第一取像鏡頭之一鏡頭焦距後,並透過上述第一取像鏡頭擷取一第一影像;一第二感光元件,設置於上述第二取像鏡頭之上述鏡頭焦距後,並透過上述第二取像鏡頭擷取一第二影像;以及一處理單元,根據上述第一影像以及上述第二影像判斷一物件位於一虛擬控制平面上之一物件座標,以及提供上述物件座標至上述電子裝置,其中,上述虛擬控制平面之延伸平面與上述第一取像鏡頭之鏡心以及上述第二取像鏡頭之鏡心相交,上述處理單元根據上述物件投影於上述第一感光元件之一第一投影位置以及上述物件投影於上述第二感光元件之一第二投影位置決定上述物件座標,其中上述處理單元更取得上述第一投影位置與上述第一取像鏡頭之鏡心於上述第一感光元件的投影之一鏡心投影間隔距離,以及根據上述鏡心投影間隔距離計算上述物件座標。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之虛擬控制裝置,其中上述處理單元更取得上述第一投影位置與上述第二投影位置相距之一投影間隔距離;其中,上述第一取像鏡頭之鏡心與上述第二取像鏡頭之鏡心相距離一鏡頭間隔距離,且上述第一取像鏡頭與上述第二取像鏡頭設置於一鏡頭平面上;以及上述處理單元根據上述鏡頭間隔距離、上述投影間隔距離以及上述鏡頭焦距取得上述物件與上述鏡頭平面之一物件距離。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之虛擬控制裝置,其中,上述處理單元根據上述鏡心投影間隔距離、上述物件距離以及上述鏡頭焦距取得一物件橫向距離,其中上述物件橫向距離為上述第一取像鏡頭之鏡心於上述第一感光元件的投影與上述物件於上述第一感光元件的投影之間的間隔距離。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之虛擬控制裝置,其中,上述物件座標包括一第一軸座標以及一第二軸座標,以及上述處理單元根據上述物件橫向距離以及一原點橫向距離決定上述物件座標的上述第二軸座標,其中,上述原點橫向距離為上述第一取像鏡頭之鏡心於上述第一感光元件的投影與一選定原點於上述第一感光元件所在之平面上的投影之間的間隔距離。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之虛擬控制裝置,其中,上述物件橫向距離為上述物件距離與上述鏡心投影間隔距離之積除以上述鏡頭焦距。
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