TWI629617B - 投影幕雷射筆偵測定位系統與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種投影幕雷射筆偵測定位系統與方法，其主要係應用於具有主電腦、投影布幕與投影裝置的電腦投影系統當中，其中，本發明係透過連接於該主電腦之攝像裝置而將主電腦投影於投影布幕上之螢幕進行影像擷取，而當講者透過雷射筆進行簡報時，其電腦鼠標將隨著講者雷射筆所投射之光點位置而進行移動，如此，當進行電腦錄影時，講者使用雷射筆於簡報上的軌跡將同步地於電腦內部以鼠標移動之方式而被記錄下來，進而提升簡報錄影之臨場效果；除此之外，本發明並再透過安裝於主電腦之曝光度調整單元而根據投影布幕上之雷射光點亮度而調整所述攝像裝置之曝光度，進而使得所述攝像裝置之擷取影像中只出現雷射筆之強光光點，進而有效地避免本系統因投影內容所產生之光點位置誤判等狀況。

Description

投影幕雷射筆偵測定位系統與方法
本發明係關於簡報或教學投影之技術領域，尤指一種投影幕雷射筆偵測定位系統與方法。
在一般商業簡報或是課堂教學中，常常可以看到演講者操作電腦，再配合投影機將畫面顯示於一投影布幕上，來與大眾分享資訊，並且，在演講或是教學的過程中，講者通常會使用雷射筆以投影一光點於投影布幕上，以搭配其口說講解而使得聽眾得以更清楚地掌握其演講內容。
同時，隨著科技進步與網路學習之發達，上述簡報與授課過程通常會被錄製下來以用為視聽學習，傳統錄製簡報之方式主要係分為：外部錄影與電腦錄影等兩種形式，其中，外部錄影即透過一外部攝影機之架設而將整個簡報過程乃至於簡報環境進行錄製，然而，如此方式之下，其錄製內容係無法避免簡報過程中所出現的各種干擾：如鏡頭無法對焦、簡報影像過曝、聽眾雜音、環境回音或噪音等等狀況；進而導致簡報錄製內容往往顯得粗糙且簡報影像與講者聲音模糊等缺點。
另一方面，電腦錄影的方式主要係透過畫面錄影軟體而將簡報的切換過程錄下並同時記錄主講者麥克風的聲音，進而將上述兩個檔案進行合併以輸出成簡報錄影；如此方式，所產出之簡報錄影即同時具備有清晰的簡報畫面與講者聲音。
然而，當演講者透過雷射筆進行簡報講解時，上述電腦錄影方式並無法記錄到投影布幕上的雷射光點，如此，當觀看簡報錄影時則往往無法清楚地掌握講者所欲表達的重點內容。
經由上述，吾人可以得知該習用簡報錄影技術係仍具有缺點與不足；有鑑於此，本案之發明人係極力加以研究發明，終於研發完成本發明之一種投影幕雷射筆偵測定位系統與方法。
本發明之主要目的，係在於提供一種投影幕雷射筆偵測定位系統與方法，其主要係應用於具有主電腦、投影布幕與投影裝置的電腦投影系統當中，其中，本發明係透過連接於該主電腦之攝像裝置而將主電腦投影於投影布幕上之螢幕進行影像擷取，而當講者透過雷射筆進行簡報時，其電腦鼠標將隨著講者雷射筆所投射之光點位置而進行移動，如此，當進行電腦錄影時，講者使用雷射筆於簡報上的軌跡將同步地於電腦內部以鼠標移動之方式而被記錄下來，進而提升簡報錄影之臨場效果；除此之外，本發明並再透過安裝於主電腦之曝光度調整單元而根據投影布幕上之雷射光點亮度而調整所述攝像裝置之曝光度，進而使得所述攝像裝置之擷取影像中只出現雷射筆之強光光點，進而有效地避免本系統因投影內容所產生之光點位置誤判等狀況。
為了達成上述本發明之主要目的，本案之發明人係提供所述投影幕雷射筆偵測定位系統之一實施例，係包括： 一攝像裝置，係連接於該主電腦，其中，當該投影裝置將一主畫面影像投影於該投影布幕後，該攝影裝置即擷取該主畫面影像；以及 一影像偵測模組，係安裝於該主電腦並偵測是否有一雷射光點投射於該投影布幕上，其中，該影像偵測模組係可控制該主電腦之鼠標，並可調整該攝像裝置之曝光度，並且，該影像偵測模組係包括有： 一曝光度調整單元，係根據該雷射光點亮度而調整攝像裝置之曝光度，使得該投影裝置投射於投影布幕上之內容不會在攝像裝置中成像，而只有高亮度的雷射光點成像於攝像裝置中； 一光點偵測單元，係偵測該雷射光點於攝像裝置成像之座標； 一座標校正單元，係連接於光點偵測單元並將所偵測到的光點座標轉換為主電腦所顯示之一相對座標；及 一鼠標控制單元，係連接於座標校正單元並控制該主電腦之鼠標移動至該相對座標。
並且，為了達成上述本發明之主要目的，本案之發明人又提供所述投影幕雷射筆偵測定位方法之一實施例，係包括以下步驟： (1)一攝像裝置擷取投影於該投影布幕之一主畫面影像，其中，該攝像裝置 係連接於該主電腦； (2)安裝於該主電腦之一影像偵測模組判斷該主畫面影像中是否具有一雷射光點，若是，則執行步驟(3)，若否，則步驟結束； (3)該影像偵測模組之一曝光度調整單元係根據該雷射光點亮度而調整攝像裝置之曝光度，使得該投影裝置投射於投影布幕上之內容不會在攝像裝置中成像，而只有高亮度的雷射光點成像於攝像裝置中； (4)該影像偵測模組之一光點偵測單元係偵測該雷射光點於攝像裝置成像之座標； (5)該影像偵測模組之一座標校正單元將所偵測到的光點座標轉換為主電腦所顯示之一相對座標；以及 (6)該影像偵測模組之一鼠標控制單元控制該主電腦之鼠標移動至該相對座標。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種投影幕雷射筆偵測定位系統與方法，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。
請參閱圖1、圖2、圖3以及圖4，係分別為本發明之一種投影幕雷射筆偵測定位系統的結構示意圖、方塊圖、本發明之攝像裝置設置位置示意圖以及攝像裝置擷取影像示意圖。如圖1、圖2、圖3以及圖4所示，本發明實施例之一種投影幕雷射筆偵測定位系統主要係應用於具有一主電腦C、一投影布幕N與一投影裝置P的一電腦投影系統，其中，該主電腦C係透過該投影裝置P而將其顯示畫面投影於該投影布幕N上。
於本發明技術中，該投影幕雷射筆偵測定位系統係包括有一攝像裝置S與一影像偵測模組X，其中，該攝像裝置S係連接於該主電腦C，並且，當該投影裝置P將一主畫面影像投影於該投影布幕N後，該攝影裝置S即擷取該主畫面之影像。
另一方面，該影像偵測模組X則安裝於該主電腦C並偵測是否有一雷射光點L投射於該投影布幕N上，並且，該影像偵測模組X係可控制該主電腦C之鼠標M，並可調整該攝像裝置S之曝光度，其中，本發明之影像偵測模組X係包括有：一曝光度調整單元X1、一光點偵測單元X2、一座標校正單元X3以及一鼠標控制單元X4。
承上述，該曝光度調整單元X1係根據該雷射光點L亮度而調整攝像裝置S之曝光度，使得該投影裝置P投射於投影布幕N上之內容不會在攝像裝置S中成像，而只有高亮度的雷射光點L成像於攝像裝置S中。
並且，該光點偵測單元X2係偵測該雷射光點L於攝像裝置S成像之座標，而該座標校正單元X3係連接於光點偵測單元X2並將所偵測到的光點座標轉換為主電腦C所顯示之一相對座標；此外，該鼠標控制單元X4係連接於座標校正單元X3並控制該主電腦C之鼠標M移動至該相對座標。
藉由上述對於本發明之系統的特別設計，當講者透過雷射筆A進行簡報時，其主電腦C之鼠標M將隨著講者雷射筆A所投射之雷射光點L位置而進行移動；如此，當進行電腦錄影時，講者使用雷射筆於簡報上的軌跡將同步地於電腦內部以鼠標移動之方式而被記錄下來，進而提升簡報錄影之臨場效果。
於發明之系統的實施例當中，該攝像裝置S係為一CMOS攝影機或一CCD攝影機，且該曝光度調整單元X1係透過調整該攝像裝置S之光圈大小或透過調整該攝像裝置S之曝光值(EV)方式而調整攝像裝置S之曝光度。
進一步地，如圖3與圖4所示，於本實施例當中，該攝像裝置S之設置位置係垂直低於該投影布幕N中心點之正前方，且該攝像裝置S所擷取之投影布幕N畫面為一倒梯形畫面。其中，該座標校正單元X3係將該攝像裝置S所擷取之倒梯形畫面校正為與主電腦C畫面像素相同大小之平行四邊形，且該座標校正單元X3係透過一旋轉矩陣及一縮放矩陣來進行座標校正處理，進而將光點座標轉換為主電腦C所顯示之一相對座標。其中，所述旋轉矩陣由下列式(1)所表示： ………….(1)
於式(1)中，該倒梯形畫面四個頂點的座標分別為(x0 ,y0 )、(x1 ,y1 )、(x2 ,y2 )、及(x3 ,y3 )；並且，變數u及變數v分別係該倒梯形畫面影像經由旋轉矩陣轉換後任一點於X軸及Y軸的座標，而q係為一常數。另一方面，旋轉矩陣內的變數之描述係整理於下表(1)之中。 表(1) <TABLE border="1" borderColor="#000000" width="85%"><TBODY><tr><td> 變數 </td><td> 描述 </td></tr><tr><td> a </td><td> a=x1-x0+gx1 </td></tr><tr><td> b </td><td> a=x3-x0+hx3 </td></tr><tr><td> c </td><td> c=x0 </td></tr><tr><td> d </td><td> d=y1-t0+gy1 </td></tr><tr><td> e </td><td> e=y3-y0+hy3 </td></tr><tr><td> f </td><td> f=x0 </td></tr><tr><td> g </td><td> g=<img wi="72" he="66" file="02_image003.jpg" img-format="jpg"></img> </td></tr><tr><td> h </td><td> h=<img wi="73" he="66" file="02_image005.jpg" img-format="jpg"></img> </td></tr><tr><td> Δx1 </td><td> Δx1=x1-x2 </td></tr><tr><td> Δx2 </td><td> Δx2=x3-x2 </td></tr><tr><td> Δy1 </td><td> Δy1=y1-y2 </td></tr><tr><td> Δy2 </td><td> Δy2=y3-y2 </td></tr><tr><td> Σx </td><td> Σx=x0-x1+x2-x3 </td></tr><tr><td> Σy </td><td> Σy=y0-y1+y2-y3 </td></tr></TBODY></TABLE>
該縮放矩陣則由下式(2)所表示。並且，該式(2)中，變數X及變數Y分別係該倒梯形畫面影像經由縮放矩陣轉換後任一點於X軸座標及Y軸的座標，P及Q則分別係轉換後解析度之長與寬，而W係一常數。 ………….(2)
經由上述，本發明之一種投影幕雷射筆偵測定位系統係已清楚且完整地說明，接著將繼續藉由圖式說明本發明所提出之一種投影幕雷射筆偵測定位方法。請繼續參閱圖1、圖2、圖3以及圖4，並請同時參閱圖5，係本發明之一種投影幕雷射筆偵測定位方法流程圖。本發明之投影幕雷射筆偵測定位方法係包括有下列主要步驟： 步驟(S01)：攝像裝置S擷取投影於該投影布幕N之該主畫面影像以及該雷射筆A投射於該投影布幕N之上的該雷射光點L； 步驟(S02)：判斷是否需要調整該調整攝像裝置S之曝光度，若是，則執行步驟(3)，若否，則執行步驟(4)； 步驟(S03)：影像偵測模組X根據該雷射光點L亮度而調整該攝像裝置S之曝光度，使得投影裝置P投射於該投影布幕N上之內容不會在該攝像裝置S中成像；以及 步驟(S04)：影像偵測模組X根據雷射光點L於攝像裝置S成像之光點座標，控制該主電腦C之鼠標M移動至相對座標。
其中，於上述步驟(S02)當中，系統係根據攝像裝置S之影像擷取內容是否只有高亮度的雷射光點L，而無明顯之投影裝置P投射內容，或者，根據擷取影像中，雷射光點L與投影裝置P投射內容之亮度差異，而判定是否需要調整該攝像裝置S之曝光度，其中，系統係透過將該攝像裝置S之曝光度調至最低的方式，而使得光源強度較低的投影內容不易成像於系統當中，唯光強度較高之雷射光點可以清楚地成像，進而提升光點偵測之準確性。
此外，於本實施例當中，該步驟(04)係包括有下列細部步驟： 步驟(S041)：影像偵測模組X之光點偵測單元X2係偵測該雷射光點L於攝像裝置S成像之光點座標； 步驟(S042)：影像偵測模組X之座標校正單元X3將所偵測到的光點座標轉換為主電腦C所顯示之相對座標；以及 步驟(S043)：影像偵測模組X之鼠標控制單元X4控制該主電腦C之鼠標M移動至該相對座標。
如此，上述係已清楚且完整得說明本發明之一種抗體投影幕雷射筆偵測定位系統與方法的原理與技術特徵，進一步地，發明人係透過下述之實驗方式而檢測並比較本發明系統之雷射光點偵測功能與習用之內建陀螺儀之雷射簡報器之具體差異。
其中，如圖6a之數據表所示，為了進行上述差異實驗，本案發明人係將本案之雷射光點與電腦鼠標之初始位置設為相同，並以雷射光點為依據而從螢幕一端移動到螢幕中央之位置，而分別量測經本系統偵測並移動電腦鼠標後的位置，以及內建陀螺儀之雷射簡報器移動電腦鼠標後的位置，進而分別比較其鼠標位置與雷射光點實際位置之差異像素。
承上述，由圖6a吾人可以清楚辨別，本系統所產生之光點與鼠標之像素差異係遠小於傳統內建陀螺儀之雷射簡報器所產生之差異，進而得以說明本系統於鼠標跟隨光點功能上之優勢。
此外，如圖6b之數據表所示，本案發明人更測試本案曝光調整功能之實際效果，其中，由於雷射光點因其光強度較高之緣故，而往往導致其於攝影鏡頭上過曝並成像為白色之光點，如此，當白色內容投影於投影布幕時，則往往導致定位功能之誤判；因而，發明人透過純白之背景而進行實驗。
如同圖6b所示，當背景皆為純白內容時，透過系統之主動曝光度調整，將比未進行曝光度調整之設備而增加百分之八十之雷射光點偵測成功率，進而有效降低上述系統誤判之情形發生。
如此，經由上述，吾人可以得知本發明係具有下列優點：
(1)藉由本發明之設計，當講者透過雷射筆進行簡報時，其電腦鼠標將隨著講者雷射筆所投射之光點位置而進行移動，如此，當進行電腦錄影時，講者使用雷射筆於簡報上的軌跡將同步地於電腦內部以鼠標移動之方式而被記錄下來，進而提升簡報錄影之臨場效果。
(2)藉由攝像裝置曝光度之調整，將使得系統可以更精確地找到雷射光點之位置，其中，由於雷射光點屬於高強度光，因而於一般鏡頭影像中係往往呈現過曝之白色光點，然而，當投影內容本身也具有白色背景或白色物件時，則往往導致系統之誤判，因而，藉由本系統之曝光度調整進而使得投影內容不會在攝像裝置中成像，將可有效地避免投影內容與光點位置之誤判。
(3)此外，藉由本發明之設計，系統係可使用一般之網路攝影機或甚至一般筆記型電腦之攝像鏡頭等攝像裝置即可實現本發明之雷射筆偵測定位功能。
必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
＜本發明＞
P‧‧‧投影裝置
C‧‧‧主電腦
S‧‧‧攝像裝置
A‧‧‧雷射筆
L‧‧‧雷射光點
M‧‧‧鼠標
N‧‧‧投影布幕
X‧‧‧影像偵測模組
X1‧‧‧曝光度調整單元
X2‧‧‧光點偵測單元
X3‧‧‧座標校正單元
X4‧‧‧鼠標控制單元
S01~S04‧‧‧步驟
圖1係顯示本發明之一種投影幕雷射筆偵測定位系統的結構示意圖； 圖2係顯示投影幕雷射筆偵測定位系統的結構方塊圖； 圖3係顯示本發明之攝像裝置設置位置示意圖； 圖4係顯示攝像裝置擷取影像示意圖； 圖5係顯示本發明之一種投影幕雷射筆偵測定位方法流程圖；以及 圖6a至圖6b顯示本發明與習用技術之測試對照數據表。

Claims (8)

  1. 一種投影幕雷射筆偵測定位系統，係應用於具有至少一主電腦、一投影布幕、一雷射筆與一投影裝置的一電腦投影系統；其中，該投影幕雷射筆偵測定位系統係包括：一攝像裝置，係連接於該主電腦，用以擷取該投影裝置投影於該投影布幕之上的一主畫面影像；以及一影像偵測模組，係安裝於該主電腦，用以偵測該雷射筆投射於該投影布幕之上的一雷射光點，且該影像偵測模組係至少包括有一曝光度調整單元；其中，該曝光度調整單元用以根據該雷射光點亮度而調整攝像裝置之曝光度，使得該投影裝置投射於投影布幕上之內容不會在攝像裝置中成像，而只有高亮度的雷射光點成像於攝像裝置中，使得該影像偵測模組可以準確地偵測該雷射光點於該攝像裝置成像之一相對座標，進以控制該主電腦之鼠標移動至該相對座標；其中，該曝光度調整單元係透過調整該攝像裝置之光圈大小或該攝像裝置之曝光值之方式而調整攝像裝置之曝光度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之投影幕雷射筆偵測定位系統，其中，該影像偵測模組更包括有：一光點偵測單元，係偵測該雷射光點於攝像裝置成像之光點座標；一座標校正單元，係連接於該光點偵測單元並將所偵測到的光點座標轉換為主電腦所顯示畫面之一相對座標；以及 一鼠標控制單元，係連接於該座標校正單元並控制該主電腦之鼠標移動至該相對座標。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之投影幕雷射筆偵測定位系統，其中，該攝像裝置係為一CMOS攝影機或一CCD攝影機。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之投影幕雷射筆偵測定位系統，其中，該攝像裝置之設置位置係垂直低於該投影布幕中心點之正前方。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之投影幕雷射筆偵測定位系統，其中，該攝像裝置所擷取之投影布幕畫面為一倒梯形畫面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之投影幕雷射筆偵測定位系統，其中，該座標校正單元係將該攝像裝置所擷取之倒梯形畫面校正為與主電腦畫面像素相同大小之平行四邊形，並且，該座標校正單元係透過一旋轉矩陣及一縮放矩陣來進行座標校正處理，進而將光點座標轉換為主電腦所顯示之一相對座標。
  7. 一種投影幕雷射筆偵測定位方法，係包括如申請專利範圍第1項至第6項任一項所述之投影幕雷射筆偵測定位系統；其中，該投影幕雷射筆偵測定位方法係包括有下列步驟：(1)該攝像裝置擷取投影於該投影布幕之該主畫面影像以及該雷射筆投射於該投影布幕之上的該雷射光點； (2)判斷是否需要調整該調整攝像裝置之曝光度，若是，則執行步驟(3)，若否，則執行步驟(4)；(3)該影像偵測模組根據該雷射光點亮度而調整該攝像裝置之曝光度，進而將該攝像裝置之曝光度調至最低，使得該投影裝置投射於該投影布幕上之內容不會在該攝像裝置中成像；以及(4)該影像偵測模組根據該雷射光點於該攝像裝置成像之光點座標，控制該主電腦之鼠標移動至該相對座標。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之投影幕雷射筆偵測定位方法，其中，該步驟(4)係包括有下列細部步驟：(41)該影像偵測模組之光點偵測單元係偵測該雷射光點於攝像裝置成像之光點座標；(42)該影像偵測模組之座標校正單元將所偵測到的光點座標轉換為主電腦所顯示之相對座標；以及(43)該影像偵測模組之鼠標控制單元控制該主電腦之鼠標移動至該相對座標。
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