專利名稱：為獲得智能屏幕能力以及其它方面的增強(qiáng)在投影儀平臺(tái)中ccd相機(jī)的使用的制作方法
為獲fft會(huì)辦幕能力以及其它方面的增強(qiáng)在,儀平臺(tái)中CCD相機(jī)的1M 5技術(shù)領(lǐng)域0001所公開的實(shí)施方式涉及光學(xué)投影裝置，且更具體地涉及將圖像傳感器連同輸入裝置一起與光學(xué)投影裝置相結(jié)合，以獲得智能屏幕能力 和其它方面的增強(qiáng)。10背景技術(shù)0002在市場(chǎng)中和進(jìn)行買賣時(shí)，光學(xué)投影裝置比如商用投影儀被用于 給客戶和消費(fèi)者作展示。如果客戶或者消費(fèi)者本身不在現(xiàn)場(chǎng)而不能夠看 至'J，則展示或演示可以被記錄用于將來的重放，但是這種展示的記錄需 要另外的記錄設(shè)備。此外，展示者可能需要進(jìn)一步解釋他或她的展示， 15這經(jīng)常是通過將演示內(nèi)容記述在白板或黑板上進(jìn)行的。發(fā)明內(nèi)容0003
一種圖像捕獲裝置，比如電荷耦合器件(CCD)相機(jī)或者互補(bǔ) 金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器，可以集成或整合到正投影裝置 20或背投影裝置中，比如商務(wù)投影儀或者高清晰度電視(HDTV)。在一個(gè) 實(shí)施方式中，輸入裝置比如激光指示器可以與所整合的裝置一起使用， 以使能和利于交互式展示。激光指示器可以被脈動(dòng)調(diào)制(pulsed)以改進(jìn) 對(duì)投影的圖像上激光斑的識(shí)別和追蹤。在另一實(shí)施方式中，應(yīng)用可以擴(kuò) 展到背投影系統(tǒng)用于游戲和交互式制圖技術(shù)。2

0004圖l圖解說明了結(jié)合在光學(xué)投影裝置中的圖像傳感器；0005圖2圖解說明了所結(jié)合的光學(xué)捕獲/投影裝置的組件的電路框圖；0006圖3圖解說明了與輸入裝置耦合的所結(jié)合的光學(xué)捕獲/投影裝置; 300007圖4圖解說明了改進(jìn)的輸入裝置；以及0008圖5圖解說明了背投影應(yīng)用中的所結(jié)合的光學(xué)捕獲/投影裝置。
具體實(shí)施方式
0009圖1圖解說明了具有投影儀102的光學(xué)投影系統(tǒng)100，該系統(tǒng)用于 5通過投影透鏡104將圖像108投影到屏幕110上。圖像108也可以是幻燈片 展示或者視頻。在這個(gè)系統(tǒng)100屮還包括圖像捕獲裝置106，比如電荷耦 合器件(CCD)相機(jī)或者互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。 圖像捕獲裝置106可以嵌入在投影儀102中。本發(fā)明公開的實(shí)施方式將 CCD成像相機(jī)106并入到投影儀102中，用于在正投影系統(tǒng)100中監(jiān)視投影10的圖像108。 CCD相機(jī)106通過在投影儀102中的但是在現(xiàn)有的投影透鏡 104圓周之外的小孔而表現(xiàn)為小透鏡或者針孔成像(如圖l中所圖解說明 的)形式?？商娲?，CCD相機(jī)106可以與投影透鏡104共用相同的光路。 例如，如果現(xiàn)有投影透鏡104的下半?yún)^(qū)是未使用的(許多使用非遠(yuǎn)心光學(xué) 元件的桌面投影儀有時(shí)是這種情形)，那么CCD相機(jī)106可以使用現(xiàn)有投15影透鏡104的下半?yún)^(qū)作為其成像光路的一部分。0010將CCD相機(jī)106與投影儀102相結(jié)合提供了若干增值的功能。相 杉U06可以估算投影儀102和帶有環(huán)境光感測(cè)的顯示屏110之間的距離，并 且降低燈功率以便延長燈的壽命和減少熱量。這還可以通過査看投影圖 像108的表觀尺寸來實(shí)現(xiàn)，投影圖像108是通過在相機(jī)106中的圖像處理而20獲得的。例如，相機(jī)106中的圖像108越小，屏幕110就越遠(yuǎn)。這種技術(shù)還 可以與環(huán)境光感測(cè)相結(jié)合以測(cè)定燈功率的降低量。另外，CCD相機(jī)106還 可以根據(jù)需要來監(jiān)視和校正圖像108的亮度或者均衡色彩/強(qiáng)度以彌補(bǔ)燈 的老化。色彩/強(qiáng)度校正可以通過升高白標(biāo)準(zhǔn)或特定色階來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)光源 需要更換時(shí)，投影儀102還可以向使用者發(fā)出警示或警告。20011圖2是電路框圖，其圖解說明了一些電子處理部分和圖像捕獲硬 件/軟件。電子電路比如電子處理部分(processing electronics" 14和硬件傳 感器112與投影儀102相結(jié)合。硬件傳感器112可以與CCD相機(jī)106相結(jié)合 并嵌入在投影儀102中以提供環(huán)境光感測(cè)，并且監(jiān)視所顯示圖像108的亮 度并均衡其色彩/強(qiáng)度。根據(jù)來自硬件傳感器112的讀數(shù)和檢測(cè)，硬件傳感30器112可以是電子處理部分114，其調(diào)節(jié)投影儀102中的光源以延長燈壽命并降低整體投影系統(tǒng)100的發(fā)熱。因此，當(dāng)光源需要被更換時(shí)，電子處理 部分114還可以發(fā)射或者引起發(fā)射音頻或可視信號(hào)116來警示或警告使斤J 者。另外，硬件傳感器112和電子處理部分114可以具有實(shí)時(shí)圖像處理能 力(即，實(shí)吋地顯示、捕獲、處理、調(diào)節(jié)或者補(bǔ)償圖像108) 0012圖3圖解說明了另一種實(shí)施方式，其中在投影儀102中所結(jié)合的 CCD相機(jī)106可以檢測(cè)來自于輸入裝置118的記號(hào)120并提供"智能屏幕 (smart screen)"能力。輸入裝置l 18可以是激光指示器，且記號(hào)120可 以是激光斑。在這個(gè)實(shí)施方式中，激光斑120的位置可以被檢測(cè)并用作系 統(tǒng)100的輸入，由此使能了通常由計(jì)算機(jī)鼠標(biāo)執(zhí)行的各種功能，而不需要10系統(tǒng)100和激光指示器118之間的任何電氣通信。使用者可以如同在使用 鼠標(biāo)一樣，將激光指示器U8指向投影在屏幕110上的應(yīng)用軟件的動(dòng)作圖 標(biāo)/在所述圖標(biāo)上點(diǎn)擊激光指示器118 (例如，PowerPoint具有箭頭圖標(biāo)， 你可以點(diǎn)擊蓋圖標(biāo)以進(jìn)到下一張幻燈片)。通過改變激光指示器118來調(diào) 整它的輸出(例如，在開/關(guān)狀態(tài)之間切換)，通過按指示器118上的按鈕，15此調(diào)整也可以被系統(tǒng)100檢測(cè)到，并且可以有效地起到與典型的計(jì)算機(jī)鼠 標(biāo)輸入裝置的點(diǎn)擊功能性相類似的"點(diǎn)擊"功能性。而且，這種方法還 具有不需要從指示器118到系統(tǒng)100的電連接與電氣通信的優(yōu)點(diǎn)。0013可以提供實(shí)時(shí)圖像處理能力，比如通過數(shù)字信號(hào)處理器(DSP) 檢測(cè)來自激光指示器118的激光斑120的移動(dòng)。這樣的處理能力可以由如20前面描述的嵌入到投影儀102中的結(jié)合或集成的電子處理部分硬件112和 軟件114提供。當(dāng)投影儀102將圖像108投影到屏幕110上時(shí)，投影屏幕110 起到類似于智能板或電子白板(smart board)的作用。如圖4中圖解說明 的，展示者可以通過推動(dòng)第一標(biāo)準(zhǔn)操作按鈕122并且將激光斑120投射到 屏幕1I0上，來將激光指示器118用作標(biāo)準(zhǔn)的激光指示器118。另外，激光25指示器118可以被定制為具有第二瞬時(shí)接觸按鈕124，其將以某個(gè)頻率脈 動(dòng)或振蕩激光指示器118并使其進(jìn)入"命令模式"。例如，在"命令模式"， 激光指示器118可以以15赫茲脈動(dòng)(pulsed)。脈動(dòng)激光指示器118可以和 差分連續(xù)幀運(yùn)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)一起，被進(jìn)一步用于增強(qiáng)對(duì)在屏幕110上的激光 斑120的檢觀ij/靈敏度，由此使在屏幕110上的激光斑120更加容易被識(shí)別和30 追蹤。0014如果使用者想要實(shí)現(xiàn)"點(diǎn)擊"動(dòng)作，他可以更用力地按壓激光 指示器118的按鈕124或者增加在按鈕124上的壓力，之后激光指示器U8 的按鈕124以有可感覺的"點(diǎn)擊"反饋響應(yīng)作為響應(yīng)(非常象傳統(tǒng)鼠標(biāo)鍵 的"點(diǎn)擊"動(dòng)作)。然后這種動(dòng)作將閉合開關(guān)觸點(diǎn)對(duì)，之后其將引起激 5光指示器118以大約15赫茲發(fā)出脈沖。 一旦確定識(shí)別到鼠標(biāo)點(diǎn)擊事件，那 么之后將產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膭?dòng)作。系統(tǒng)100將繼續(xù)監(jiān)視和追蹤激光斑120在圖像 108中的位置，以便之后捕獲"拖動(dòng)"操作，并發(fā)送適當(dāng)?shù)氖髽?biāo)拖動(dòng)事件， 所述鼠標(biāo)拖動(dòng)事件包含在圖像108屮的當(dāng)前激光斑定位120的X、 Y像素位 置。然后系統(tǒng)將繼續(xù)監(jiān)視圖像108直到激光斑120停止跳動(dòng)，之后它在這10里發(fā)出左鼠標(biāo)鍵點(diǎn)擊"中斷"事件。通過監(jiān)控和追蹤激光斑120隨后的運(yùn) 動(dòng)，直到使用者釋放激光指示器118上的"鼠標(biāo)鍵"，激光指示器118以 這種方式兼作鼠標(biāo)的角色(可以是"點(diǎn)擊"、"拖動(dòng)"或者"釋放")， 由此提供了便攜的嵌入式"智能屏幕"能力。之后，隨后的"鼠標(biāo)命令" 可以被顯示器或者電視電子部件使用，或者發(fā)送到連接的系統(tǒng)，比如個(gè)15人計(jì)算機(jī)或者機(jī)頂盒。0015另外，在激光斑120的"追蹤"以捕捉"拖動(dòng)"操作的期間，圖 像108的鎖定的區(qū)域可以被放大，以降低實(shí)時(shí)處理的系統(tǒng)操作量。其原因 在于一旦激光指示器118已經(jīng)被識(shí)別為在命令模式，并且在圖像108內(nèi)激 光指示器點(diǎn)120的位置已經(jīng)被識(shí)別，那么從一個(gè)已獲得的CCD幀到下一個(gè)20已獲得的幀，在其位置上將存在最低限度的變化。因?yàn)榉治鲇糜谑髽?biāo)移 動(dòng)的圖像108是密集型處理操作，所以把分析限制在更小的部分(比如在 圖像108上放大)可以使密集型處理操作減到最少。0016在另一個(gè)實(shí)施方式中，激光指示器118的脈沖發(fā)送電路和/或頻率 可以在房間的交流配線和CCD相機(jī)106的幀速率之間被同步?？商娲兀?5借助于安裝在激光指示器118內(nèi)的小型光學(xué)傳感器(未顯示)，激光指示 器118的脈沖發(fā)送電路可以與投影儀102幀速率同步，所述小型光學(xué)傳感 器用于感測(cè)由投影儀屏幕110產(chǎn)生的環(huán)境光的閃爍率。在又一實(shí)施方式 中，投影儀102內(nèi)的小型無線發(fā)射機(jī)與激光指示器l 18內(nèi)的小型無線接收 機(jī)(未顯示)相結(jié)合，可以允許投影儀102向激光指示器118發(fā)送同步信30號(hào)。在這些情況下，不管是依賴于外界60赫茲的交流場(chǎng)、投影儀光閃爍還是無線信號(hào)，同步信號(hào)都將驅(qū)動(dòng)激光指示器118中的鎖相環(huán)電路(該鎖 相環(huán)電路將提供精確的鎖相同步信號(hào))，使得激光指示器118可以與投影 儀102禾n/或相機(jī)106幀速率嚴(yán)格同步地、隨意地發(fā)出脈沖。0017如上而所描述的脈沖激光的幀差可以增強(qiáng)圖像檢測(cè)和靈敏度。 5視頻處理器(未顯示)將對(duì)連續(xù)幀作常規(guī)的分析以檢測(cè)在15赫茲脈動(dòng)的 圖像區(qū)域108，且由此能夠一幵始就檢測(cè)到脈動(dòng)的激光斑120的存在。使 用相對(duì)緩慢的15赫茲頻率將保證在全部幀呈現(xiàn)期間，不論激光指示器118 是"開"還是"關(guān)"，在來自圖像108的任意兩個(gè)相繼捕獲的幀(以典型 的30赫茲幀每秒)之內(nèi)，這些幀的至少之一將以某種方式捕獲激光斑120。10相機(jī)106的幀速率與投影儀102的幀速率相同步不是必要的。檢測(cè)到有15 赫茲脈動(dòng)的激光指示器118存在的方法是相繼減去順序獲得的幀(對(duì)像素 強(qiáng)度逐個(gè)像素地作減法，并且找到這種"差別"圖像的絕對(duì)值)，之后 尋找突出轉(zhuǎn)換的突變(與脈動(dòng)的激光指示器118的上升和下降相聯(lián)系)。 另外，幀差技術(shù)可以與密切相關(guān)的同步檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合以提高靈敏度并15降低噪聲。在激光指示器斑120不容易被觀察到的情況下，所結(jié)合的技術(shù) 要求硬件傳感器112和電子處理部分114將鼠標(biāo)指針疊加在圖像108上，以 將音頻/視頻信號(hào)反饋116提供給使用者。0018在另一實(shí)施方式中，脈沖激光指示器118可以使用時(shí)間編碼信號(hào)。 多種時(shí)序模式和脈沖可以對(duì)應(yīng)于計(jì)算機(jī)"鼠標(biāo)"的動(dòng)作而產(chǎn)生。例如， 20 "鼠標(biāo)鍵按下"、"鼠標(biāo)鍵保持"、"鼠標(biāo)鍵抬起"事件可以用激光指 示器118的單個(gè)按鈕(122或者124)來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)你首先推動(dòng)"鼠標(biāo)鍵按下" 時(shí)，它以頻率f,發(fā)出脈沖列序列。在保持"鼠標(biāo)鍵按下"之后，它自動(dòng)地 將脈沖頻率改變?yōu)榈诙l率f2，其表示按鈕處于保持按下的狀態(tài)。當(dāng)按鈕 (122或124)被釋放，它以頻率f3發(fā)出表示鼠標(biāo)鍵已經(jīng)被釋放的短脈沖群。25變化的頻率使識(shí)別不同的事件更加容易。激光指示器118還可以具有另外 的按鈕(未顯示)，其發(fā)出其他頻率或者其他特殊編碼的時(shí)間模式。0019上面描述的實(shí)施方式可以用于背投影系統(tǒng)200，即用于游戲(射 擊類型游戲)、交互式制圖或者互聯(lián)網(wǎng)沖浪等的背投影電視(RPTV)或 者高清晰度電視(HDTV)。圖5圖解說明了用于背投影系統(tǒng)200的集成的30光學(xué)捕獲/投影裝置，通常從RPTV或者HDTV202開始。在電視202中存在與CCD相機(jī)106相結(jié)合的光學(xué)投影裝置102。當(dāng)光學(xué)投影裝置102可以通過 折疊反射鏡204將圖像投影到屏幕110上的過程中，CCD相機(jī)106可以從屏 幕110記錄并捕獲圖像。因此，如上面論述的，激光斑120也可以從激光 指示器118投影到屏幕110上。在背投影應(yīng)用200中，因?yàn)槠聊坏陌胪该餍裕?5激光斑120可以穿過電視屏幕110。因此，激光斑120可以被CCD相機(jī)106 識(shí)別、記錄和捕獲，并且信息可以被與前面描述的相類似的電子處理部 分處理。另外，可能需要其他的光學(xué)元件(未顯示)來利于屏幕110上圖 像的捕獲和投影。
0020這里所公開的實(shí)施方式僅僅是說明性而非限制性的。本領(lǐng)域普 io通技術(shù)人員將意識(shí)到許多其他的實(shí)施方式、以及所描述的示例性實(shí)施方 式的變化存在于本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍中。
權(quán)利要求
1.光學(xué)投影和捕獲裝置，其包括投影裝置，其可用于將第一圖像投影在屏幕上；圖像傳感器，其可用于從所述屏幕捕獲第二圖像；和輸入裝置，其可用于產(chǎn)生被投影到所述屏幕上的定向輸出光，其中所述定向輸出光的頻率脈動(dòng)利于識(shí)別和追蹤所述屏幕上的所述定向輸出光，且其中所述定向輸出光在所述圖像傳感器中被接收和檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述投影裝置可用于穿過所述屏幕投影所述第一圖像，以在所述屏幕 的前面觀看；所述圖像傳感器可用于在屏幕上捕獲來自于所述屏幕背部的所述第二 圖像；以及 所述輸入裝置可用于在所述屏幕的前面以及在所述屏幕的背面產(chǎn)生記 號(hào)，其中所述記號(hào)被圖像傳感器檢測(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述輸入裝置是激光指示器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述輸入裝置的所述頻率脈動(dòng)是大約15赫茲。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述輸入裝置的所述頻率脈 動(dòng)與所述投影裝置的所述第一圖像或者與所述圖像傳感器的所述第二圖像25相同步。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述定向輸出光被進(jìn)一步調(diào) 帝U，以向耦合至所述圖像傳感器的電子處理電路提供命令。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中所述輸入裝置的所述頻率脈動(dòng)包括時(shí)間編碼的信號(hào)和振蕩。
8. 光學(xué)背投影和捕獲裝置，其包括-投影裝置，其可用于穿過屏幕投影第一圖像，以在所述屏幕的前面觀 看.圖像傳感器，其可用于在所述屏幕上捕獲來自于所述屏幕背面的第二圖像；以及輸入裝置，其可用于在所述屏幕的前面以及穿過并在所述屏幕的后而 產(chǎn)生記號(hào)，其屮所述記號(hào)被圖像傳感器檢測(cè)。
9. 光學(xué)投影和捕獲的方法，其包括將第一圖像投影在屏幕上；在所述屏幕上產(chǎn)生定向輸出光，所述光具有頻率脈動(dòng)；以及 響應(yīng)于所述定向輸出光的所述頻率脈動(dòng)，使用圖像傳感器識(shí)別和追蹤 15在所述屏幕上的所述定向輸出光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述定向輸出光被進(jìn)一步調(diào)制， 以向耦合至所述圖像傳感器的電子處理電路提供命令。
全文摘要
本發(fā)明提供光學(xué)投影和捕獲系統(tǒng)(100)，其具有與光學(xué)投影裝置(102)相結(jié)合的圖像傳感器。另外，所結(jié)合的裝置可以與激光指示器相耦合用以作交互式展示。激光指示器可以被脈動(dòng)調(diào)制以改進(jìn)對(duì)投影圖像(108)上的激光斑的識(shí)別和追蹤。這些應(yīng)用可以擴(kuò)展到用于游戲和交互式制圖的背投影系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G03B21/00GK101238409SQ200680028614
公開日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2006年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月4日
發(fā)明者D·J·梅爾 申請(qǐng)人:德克薩斯儀器股份有限公司