專利名稱：通過解調(diào)圖像幀確定有源指示器屬性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交互式輸入系統(tǒng)和用于其的信息輸入方法。
背景技術(shù)：
下述交互式輸入系統(tǒng)是眾所周知的允許用戶使用有源指示器(例如，發(fā)出光、聲音或其他信號的指示器)、無源指示器(例如，手指、圓柱體或其他對象)或者諸如鼠標(biāo)或跟蹤球的其他適當(dāng)?shù)妮斎朐O(shè)備將輸入(例如，數(shù)字墨水、鼠標(biāo)事件等)注入應(yīng)用程序中。這些交互式輸入系統(tǒng)包括但不限于包括采用模擬電阻或機器視覺技術(shù)注冊指示器輸入的觸摸板的觸摸系統(tǒng)，諸如在轉(zhuǎn)讓給本申請的受讓人加拿大亞伯達省卡爾加里的SMART Technologies ULC 的美國專利 No. 5，448，263 ;6，141，000 ;6，337，681 ;6，747，636 ；
6,803, 906 ;7，232, 986 ;7，236，162以及7，274，356中所公開的那些，通過引用合并所述美 國專利的內(nèi)容；包括采用電磁的、電容的、聲音的或其他技術(shù)注冊指示器輸入的觸摸板的觸摸系統(tǒng)；平板個人計算機(PC);膝上型PC ;個人數(shù)字助理(PDA);以及其他類似設(shè)備。上述合并的Morrison等人的美國專利No. 6，803，906公開了采用機器視覺來檢測與在其上呈現(xiàn)計算機生成的圖像的觸摸表面的指示器交互的觸摸系統(tǒng)。矩形邊框或框架環(huán)繞觸摸表面并且支撐在其角落處的數(shù)字相機。數(shù)字相機具有包圍并且通常掃視觸摸表面的重疊視場。數(shù)字相機從不同視點獲取掃視觸摸表面的圖像并且生成圖像數(shù)據(jù)。數(shù)字相機所獲取的圖像數(shù)據(jù)由自帶的(on-board)數(shù)字信號處理器來進行處理，以確定在捕獲到的圖像數(shù)據(jù)中是否存在指示器。當(dāng)確定在捕獲到的圖像數(shù)據(jù)中存在指示器時，數(shù)字信號處理器將指示器特性數(shù)據(jù)傳遞給主控制器，該主控制器進而處理該指示器特性數(shù)據(jù)，以使用三角測量法來確定指示器相對于觸摸表面在(X，y)坐標(biāo)系中的位置。將該指示器坐標(biāo)傳遞給執(zhí)行一個或多個應(yīng)用程序的計算機。計算機使用指示器坐標(biāo)來對在觸摸表面上呈現(xiàn)的計算機生成的圖像進行更新。因此，觸摸表面上的指示器接觸能夠被記錄為寫或描畫，或用于控制由計算機執(zhí)行的應(yīng)用程序的執(zhí)行。Morrison等人的美國專利申請公開No. 2004/0179001公開了這樣的觸摸系統(tǒng)和方法，所述觸摸系統(tǒng)和方法區(qū)分用于接觸觸摸表面的無源指示器，使得可以按照用于接觸觸摸表面的指示器的類型來處理響應(yīng)于與觸摸表面的指示器接觸而生成的指示器位置數(shù)據(jù)。該觸摸系統(tǒng)包括待由無源指示器接觸的觸摸表面和具有通常沿著觸摸表面查看的視場的至少一個成像設(shè)備。至少一個處理器與至少一個成像設(shè)備通信，并且對至少一個成像設(shè)備所獲取的圖像進行分析，以確定用于接觸觸摸表面的指示器的類型以及在觸摸表面上進行指示器接觸的位置。所確定的指示器類型和在觸摸表面上進行指示器接觸的位置由計算機使用來控制計算機所執(zhí)行的應(yīng)用程序的執(zhí)行。Morrison等人的美國專利申請公開No. 2007/0165007公開了一種交互式輸入系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與感興趣區(qū)域相關(guān)聯(lián)的至少兩個成像設(shè)備。所述至少兩個成像設(shè)備從不同視點獲取感興趣區(qū)域的圖像并且具有重疊視場。當(dāng)指示器既在成像設(shè)備的視場內(nèi)又在成像設(shè)備的視場外時，至少一個接收器可操作用于接收有源指示器所輸出的與指示器狀態(tài)有關(guān)的數(shù)據(jù)。處理結(jié)構(gòu)對所述至少兩個成像設(shè)備和所述至少一個接收器所獲取的數(shù)據(jù)進行處理，以檢測有源指示器的存在并且確定指示器在感興趣區(qū)域內(nèi)的位置。盡管存在許多不同類型的交互式輸入系統(tǒng)，但是正不斷尋求對這樣的交互式輸入系統(tǒng)的改迸。因此，本發(fā)明的目的是，提供一種新穎的交互式輸入系統(tǒng)和用于其的信息輸入方法?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
因此，在ー個方面中，提供了包括下述的交互式輸入系統(tǒng)至少ー個成像組件，所述至少ー個成像組件具有查看感興趣區(qū)域的視場并且捕獲圖像幀；以及與至少ー個成像組件通信的處理結(jié)構(gòu)，當(dāng)在所捕獲的圖像幀中存在指示器時，所述處理結(jié)構(gòu)解調(diào)所捕獲的圖像幀以確定其頻率分量，并且檢查頻率分量以確定所述指示器的至少ー個屬性。在一個實施例中，在解調(diào)期間，處理結(jié)構(gòu)將變換應(yīng)用到所捕獲的圖像幀。指示器是將經(jīng)調(diào)制的輻射發(fā)射到感興趣區(qū)域中的筆工具。筆工具所發(fā)射的經(jīng)調(diào)制的輻射可以是紅外線輻射，以及屬性可以包括指示器輸入顏色和指示器功能性中的任何ー個。在一個實施例中，交互式輸入系統(tǒng)可以進ー步包括至少ー個光源，所述至少ー個光源被配置成將輻射發(fā)射到感興趣區(qū)域中。使至少ー個光源在接通和斷開狀態(tài)之間循環(huán)。至少ー個成像組件捕獲連續(xù)圖像幀。當(dāng)至少ー個光源處于接通狀態(tài)時捕獲ー個圖像幀，以及當(dāng)至少ー個光源處于斷開狀態(tài)時捕獲ー個圖像幀。處理結(jié)構(gòu)從當(dāng)至少ー個光源處于接通狀態(tài)時所捕獲的圖像幀減去當(dāng)至少ー個光源處于斷開狀態(tài)時所捕獲的圖像幀以形成差圖像幀，對差圖像幀求和以形成合成圖像幀，并且確定指示器在合成圖像幀中的位置。處理結(jié)構(gòu)可以進ー步定義與指示器位置相關(guān)聯(lián)的分析區(qū)，并且將分析區(qū)應(yīng)用到所捕獲的圖像幀以執(zhí)行檢查。在ー個形式中，筆工具包括壓敏末端，并且根據(jù)末端壓カ來對發(fā)射的輻射進行調(diào)制。在一個實施例中，至少ー個成像組件包括至少兩個成像組件。成像組件中的每ー個包括捕獲圖像幀的至少兩個光傳感器，所述至少兩個光傳感器具有感興趣區(qū)域的通常相同的視圖。至少兩個光傳感器具有通常交錯的曝光時段。邊框至少部分環(huán)繞感興趣區(qū)域，并且具有在至少兩個成像組件的視場中的表面。根據(jù)另ー個方面，提供了將信息輸入到交互式輸入系統(tǒng)中的方法，該方法包括捕獲感興趣區(qū)域的圖像幀；以及當(dāng)在所捕獲的圖像幀中存在指示器時，解調(diào)所捕獲的圖像幀以確定其頻率分量，并且檢查頻率分量以確定指示器的至少ー個屬性。


現(xiàn)在將參考附圖更全面地描述實施例，在附圖中圖I是交互式輸入系統(tǒng)的示意性立體圖；圖2是圖I的交互式輸入系統(tǒng)的示意性前視圖；圖3是形成圖I的交互式輸入系統(tǒng)的一部分的成像組件的框圖；圖4是形成圖I的交互式輸入系統(tǒng)的一部分的主控制器的框圖；圖5是用于與圖I的交互式輸入系統(tǒng)一起使用的有源筆工具的側(cè)高程視5
圖6示出當(dāng)圖5的有源筆工具在成像組件的視場中并且正發(fā)射根據(jù)子載波頻率組合調(diào)制的輻射吋，圖3的成像組件所捕獲的八個連續(xù)圖像幀序列；具.
虛構(gòu)位置；
程圖；面圖。
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7是圖I的交互式輸入系統(tǒng)所使用的圖像處理方法的示意8是環(huán)境光濾波器的頻率響應(yīng)的圖形曲線9是從圖6的圖像幀形成的合成圖像幀；
10示出通過將指示器分析區(qū)應(yīng)用到圖6的圖像幀形成的圖像幀序列；
11是圖10的圖像幀的光強度變化的圖形曲線12是圖11的圖像幀光強度變化的頻域表示的圖形曲線13a和13b是示出八個子載波頻率組合的頻域表示的圖形曲線14是圖I的交互式輸入系統(tǒng)的輸入表面的前視圖，示出了應(yīng)用壓敏輸入的筆エ
15a至15c是與圖14的壓敏輸入相對應(yīng)的頻域表示的圖形曲線16是圖I的交互式輸入系統(tǒng)的輸入表面的前視圖，示出了多個指示器的實際和
17a和17b是跨輸入表面的在圖16中被描繪為由各個成像組件看見的視圖；18是交互式輸入系統(tǒng)的另一個實施例的側(cè)視19是交互式輸入系統(tǒng)的又一個實施例的側(cè)視20a和20b分別是交互式輸入系統(tǒng)的又一個實施例的側(cè)剖視圖和立體21是用于在圖I的交互式輸入系統(tǒng)的成像組件中使用的圖像傳感器的側(cè)視高
22是用于圖21的圖像傳感器的操作的定時序列的示意23是用于與圖I的交互式輸入系統(tǒng)一起使用的成像組件的側(cè)剖視圖；以及24是用于與圖I的交互式輸入系統(tǒng)一起使用的輸入工具的另ー個實施例的平
具體實施例方式現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖I和2，示出了允許用戶將諸如數(shù)字墨水、鼠標(biāo)事件等的輸入注入應(yīng)用程序中的交互式輸入系統(tǒng)，并且該交互式輸入系統(tǒng)通常由參考數(shù)字20來標(biāo)識。在該實施例中，交互式輸入系統(tǒng)20包括組件22，組件22接合諸如等離子電視、液晶顯示(IXD)設(shè)備、平板顯示設(shè)備、陰極射線管(CRT)監(jiān)視器等的顯示單元(未示出)，并且環(huán)繞顯示単元的顯示表面24。組件22采用機器視覺來檢測與顯示表面24接近的、帶入感興趣區(qū)域的一個或多個指示器P1至P4,并且經(jīng)由通信線路28與數(shù)字信號處理器(DSP)単元26通信。通信線路28可以以串行總線、并行總線、通用串行總線(USB)、以太網(wǎng)連接或其他適當(dāng)?shù)挠芯€連接具體化。替選地，組件22可以使用諸如藍牙、WiFi、ZigBee, ANT、IEEE 802. 15. 4、Z-Wave等的適當(dāng)無線協(xié)議來通過無線連接與DSP單元26通信。DSP單元26進而經(jīng)由USB電纜32與執(zhí)行ー個或多個應(yīng)用程序的通用計算設(shè)備30通信。替選地，DSP単元26可以通過諸如并行總線、RS-232連接、以太網(wǎng)連接等的另ー個有線連接與通用計算設(shè)備30通信，或可以使用諸如藍牙、WiFi、ZigBee, ANT、IEEE 802. 15. 4、Z-Wave等的適當(dāng)無線協(xié)議通過無線連接與通用計算設(shè)備30通信。通用計算設(shè)備30對經(jīng)由DSP単元26接收到的組件22的輸出進
6行處理，并且對輸出到顯示單元的圖像數(shù)據(jù)進行調(diào)整，使得在顯示表面24上呈現(xiàn)的圖像反映指示器活動。以這種方式，組件22、DSP単元26和通用計算設(shè)備30允許接近于顯示表面24的指示器活動被記錄為寫或描畫或用于控制由計算機30執(zhí)行的一個或多個應(yīng)用程序的執(zhí)行。組件22包括機械地附設(shè)于顯示単元并且環(huán)繞顯示表面24的框架組件?？蚣芙M件包括具有三個邊框段40、43和44、四個轉(zhuǎn)角件46以及工具托盤段48的邊框。邊框段40和42沿著顯示表面24的相對側(cè)邊延伸，而邊框段44沿著顯示表面24的頂邊延伸。工具托盤段48沿著顯示表面24的底邊延伸并且托住ー個或多個筆工具P。鄰近顯示表面24的左上角和右上角的轉(zhuǎn)角件46將邊框段40和42耦接到邊框段44。鄰近顯示表面24的左下角和右下角的轉(zhuǎn)角件46將邊框段40和42耦接到工具托盤段48。在該實施例中，鄰近顯示表面24的左下角和右下角的轉(zhuǎn)角件46容納通常從不同視點掃視整個顯示表面24的成像組件60。使邊框段40、42和44定向成使得其向內(nèi)面向的表面被成像組件60看見?，F(xiàn)轉(zhuǎn)到圖3，更好地圖示了成像組件60中的ー個。如可以看見的，成像組件60包括圖像傳感器70，諸如Micron根據(jù)型號No. MT9V023制造的、裝配有Boowon根據(jù)型號No. BW25B制造的那個類型的880nm透鏡的圖像傳感器。透鏡在其上具有IR-通過/可見光閉塞濾波器(未示出)并且向圖像傳感器70提供大約98度視場，使得圖像傳感器70看見整個顯示表面24。圖像傳感器70經(jīng)由I2C串行總線被連接到接納通信線路28中的ー個的連接器72。圖像傳感器70還被連接到存儲圖像傳感器校準(zhǔn)參數(shù)的電可擦除可編程只讀存儲器(EEPR0M)74以及時鐘(CLK)接收器76、串行化器78和電流控制模塊80。時鐘接收器76和串行化器78還被連接到連接器72。電流控制模塊80還被連接到包括ー個或多個IR發(fā)光二極管(LED)和相關(guān)聯(lián)的透鏡組件的紅外線(IR)光源82以及電源84和連接器72。時鐘接收器76和串行化器78采用低電壓、差分信令(LVDS)以使得能夠通過便宜布線與DSP單元26進行高速通信。時鐘接收器76從DSP單元26接收定時信息，并且向圖像傳感器70提供確定圖像傳感器70捕獲并輸出圖像幀的速率的時鐘信號。圖像傳感器70所輸出的每ー個圖像幀被串行化器78串行化，并且經(jīng)由連接器72和通信線路28輸出到DSP單元26。在該實施例中，每ー個邊框段40、42和44的向內(nèi)面向的表面包括反光材料的單個、縱向延伸的條或帯。為了最佳利用反光材料的特性，邊框段40、42和44被定向成使得其向內(nèi)面向的表面在通常與顯示表面24的平面垂直的平面中延伸。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4，更好地圖示了 DSP單元26。如可以看見的，DSP單元26包括控制器120，諸如微處理器、微控制器、DSP、其他適當(dāng)?shù)奶幚斫Y(jié)構(gòu)等，其具有經(jīng)由解串器126連接到連接器122和124的視頻端ロ VP0控制器120還經(jīng)由I2C串行總線開關(guān)128被連接到每ー個連接器122、124。I2C串行總線開關(guān)128被連接到時鐘130和132，其中每ー個時鐘被連接到連接器122、124中的相應(yīng)ー個?？刂破?20與接納USB電纜32的USB連接器140和包括易失性和非易失性存儲器的存儲器142通信。時鐘130和132以及解串器126類似地采用低電壓、差分信令(LVDS )。在該實施例中，通用計算設(shè)備30是個人計算機等，其包括例如處理單元、系統(tǒng)存儲器(易失性和/或非易失性存儲器)、其他非可移除或可移除存儲器(例如，硬盤驅(qū)動器、RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM、DVD、閃速存儲器等)和將各種計算機組件耦接到處理單元的系統(tǒng)總線。通用計算設(shè)備還可以包括用來訪問共享或遠程驅(qū)動器、一個或多個聯(lián)網(wǎng)計算機或其他聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接。如將描述的，對通用計算設(shè)備從成像組件60接收到的指示器數(shù)據(jù)進行處理以生成指示器位置數(shù)據(jù)。交互式輸入系統(tǒng)20能夠檢測無源指示器，諸如用戶的手指、圓柱體或其他適當(dāng)對象；以及帶入與顯示表面24接近的地方并且在成像組件60的視場內(nèi)的有源筆工具P。 圖5示出用干與交互式輸入系統(tǒng)20—起使用的有源筆工具180。筆工具180具有在截頭圓錐末端184終止的主體182。末端184容納ー個或多個微型紅外線發(fā)光二極管(IR LED)(未示出)。紅外線LED由也容納在主體182中的電池(未示出)供電。自末端184的突出是類似于筆尖的致動器186。致動器186通過彈簧(未示出)偏向于末端184タト，但是當(dāng)將壓カ施加到其時可以被推入末端184。致動器186被連接到在主體182內(nèi)的開關(guān)(未示出)，其在推動致動器186緊靠彈簧偏向進入末端184時閉合電流以向IR LED供電。隨著IR LED被供電，筆工具180從其末端184發(fā)射紅外線光或輻射。在該實施例中，如將被描述的，根據(jù)多個子載波頻率組合中的一個對筆工具180所發(fā)射的紅外線光進行調(diào)制，以向交互式輸入系統(tǒng)20提供另外的指示器信息。在操作期間，控制器120制約時鐘130和132以輸出經(jīng)由通信線路28被傳遞給成像組件60的時鐘信號。每ー個成像組件60的時鐘接收器76使用時鐘信號來設(shè)置相關(guān)聯(lián)的圖像傳感器70的幀速率。在該實施例中，控制器120生成時鐘信號，使得每ー個圖像傳感器70的幀速率是期望的圖像幀輸出速率的八(8)倍?？刂破鱅 20還通過I2C串行總線向姆ー個成像組件60的電流控制模塊80發(fā)信號。作為響應(yīng)，姆ー個電流控制模塊80最初將IR光源82連接到電源84，然后使IR光源82與電源84斷開連接?？刂平油?斷開IR電源開關(guān)的定時，使得對于每一個圖像傳感器70所捕獲的連續(xù)圖像幀的任何給定序列，當(dāng)IR光源82接通時捕獲ー個圖像幀，并且當(dāng)IR光源82斷開時捕獲連續(xù)圖像幀。當(dāng)IR光源82接通吋，IR光源82用紅外線照明充斥顯示表面24上的感興趣區(qū)域。對邊框段40、42和44的反光帶102起作用的紅外線照明被返回到成像組件60。結(jié)果，在缺乏指示器P吋，每ー個成像組件60看見在其長度上具有大致均勻強度的亮帶160，如圖6的“圖像I”中所示。每ー個成像組件60還看見由環(huán)境光產(chǎn)生的假象702。當(dāng)指示器P被帶入與顯示表面24接近的地方時，指示器阻隔反光帶102所反射的紅外線照明。結(jié)果，每ー個成像組件看見在所捕獲的圖像幀中的打斷亮帶160的區(qū)域。如將被描述的，如果指示器P是有源筆工具180，則指示器將具有如每ー個成像組件60所看見的照亮的外觀。當(dāng)IR光源82斷開時，沒有紅外線照明對邊框段40、42和44的反光帶102起作用。因此，每ー個成像組件60的圖像傳感器70沒有看見反光帶102。然而，每ー個成像組件60看見由黑暗背景下的環(huán)境光產(chǎn)生的假象702，如圖6的“圖2”中所示。如果當(dāng)IR光源82斷開并且指示器是有源筆工具180時指示器接近顯示表面24，則每ー個成像組件60也將看見照亮的筆工具180。圖7中示出了交互式輸入系統(tǒng)20所采用的圖像幀處理方法的示意概述圖。如上所述，將每ー個成像組件60的圖像傳感器70所輸出的每ー個圖像幀302傳遞給DSP単元
26。為了減小環(huán)境光可能對指示器辨識カ的影響，DSP単元26使從每ー個成像組件60接收到的所捕獲的圖像幀經(jīng)受環(huán)境光移除處理304。通常存在對成像組件60可見的三個類別的不希望的光，并且其經(jīng)受環(huán)境光移除處理304的移除。這些類別的不希望的光包括源自環(huán)繞交互式輸入系統(tǒng)20的操作環(huán)境的光、由顯示單元發(fā)射的光以及由IR光源82發(fā)射的、從接近于成像組件60的對象散射出的紅外線照明。在環(huán)境光移除處理304期間，添加和減去從每ー個成像組件60接收到的連續(xù)圖像幀，其用作時間濾波器以移除不在IR光源82的頻率振蕩的源所貢獻的光。環(huán)境光移除處理還移除與IR光源82的振蕩頻率不同并且如下所述由有源筆工具180用來將信息傳送給交互式輸入系統(tǒng)20的某些調(diào)制頻率的光。如上所述，每ー個成像組件60使用交替照明來捕獲連續(xù)圖像幀302，其中在IR光源82接通(+ )情況下捕獲ー個圖像幀302以及在IR光源82斷開(_)情況下捕獲連續(xù)圖像幀302，并且將所捕獲的圖像幀傳遞給DSP単元26。在該實施例中，圖像幀捕獲速率是每秒960幀。當(dāng)每ー個圖像幀302被接收時，控制器120將圖像幀302存儲在緩沖器中。對于每ー個成像組件60，一旦八(8)個連續(xù)圖像幀302可用，DSP単元26就從先前(+ )圖像幀減去每ー個(_)圖像幀來產(chǎn)生四個不同圖像幀系列。然后，對四個不同圖像幀求和以形成單個合成圖像幀306，其實際上以每秒120幀的減小的幀速率被捕獲。在邊框段40,42和44上的反光帶在合成圖像幀306中顯現(xiàn)為亮帶160，并且由恒定的光源和由有源筆工具180所貢獻的光被過濾掉變?yōu)楹谏Ｌ砑雍蜏p去交替圖像幀的過程等同于將帶有由以下描述的傳遞函數(shù)的離散時間濾波器應(yīng)用到圖像幀序列中的每ー個像素Η(ζ)=1-ζ +ζ 2-ζ 3+ζ 4_ζ 5+ζ 6_ζ 1,后跟八個過濾的圖像幀系列的抽取，以便通過保持每第八濾波器輸出來將圖像幀速率從每秒960幀減少到實際每秒120幀。該離散時間濾波器的頻率響應(yīng)在圖8中被圖形化地標(biāo)繪，并且具有集中在480Hz的通帶，在該實施例中，480Hz對應(yīng)于IR光源82的振蕩頻率。480Hz通帶允許由IR光源82 (在480Hz)發(fā)射并且從邊框段40、42和44反射的光通過離散時間濾波器。另外，離散時間濾波器在OHz具有空頻，OHz對應(yīng)于存在大部分環(huán)境光的頻率。如將描述的，離散時間濾波器還具有集中在120Hz、240Hz和360Hz的空頻，它們對應(yīng)于用于對有源筆工具180發(fā)射的IR光進行調(diào)制的子載波頻率。在0Hz、l20Hz、240Hz和360Hz頻率調(diào)制的由有源筆工具180發(fā)射的光將被過濾棹，并且不會在合成圖像幀306中出現(xiàn)。在OHz和/或120Hz頻率的環(huán)境光也被過濾掉。在將圖像幀速率抽取下降到每秒120幀之后，在邊框段40、42和44上的反光帶在合成圖像幀306中顯現(xiàn)為通常恒定的亮帶160。因此，如果ー個或多個指示器與顯示表面24接近，則合成圖像幀306是在由ー個或多個區(qū)域162打斷的黑暗背景上的亮帶160的高對比圖像。如將理解的，使用離散時間濾波器的優(yōu)勢是，可以與無源指示器和有源筆工具兩者一起使用相同的三角測量算法。一旦已生成合成圖像幀306，控制器120就為表示邊框以及可能指示器的值檢查合成圖像幀的強度。特別地，控制器120為合成圖像幀306的像素列計算歸一化的強度值I (x)。如將理解的，對于與邊框沒有被指示器阻隔的區(qū)域相對應(yīng)的合成圖像幀306的像素列，強度值I (X)仍然是較高且不間斷的，并且在與指示器在合成圖像幀306中的位置相對應(yīng)的區(qū)域處，強度值IOO下降到較低值。一旦已確定了合成圖像幀306的像素列的強度值I (X)，就對合成圖像幀的作為結(jié)果的I(X)曲線進行檢查，以確定I(X)曲線是否落在表明指示器的存在的閾值之下，以及如果這樣的話，檢測在IOO曲線中的表示指示器的對邊的左邊緣和右邊緣。特別地，為了
9定位在合成圖像幀306中的左邊緣和右邊緣，計算I(X)曲線的ー階導(dǎo)數(shù)以形成梯度曲線▽ l(xU如果I(X)曲線下降在表明指示器的存在的閾值之下，則作為結(jié)果的梯度曲線VI(X)將包括由表示I(X)曲線中傾斜所形成的邊緣的負峰和正峰界定的區(qū)域。為了檢測所述峰以及因此區(qū)域的邊界，使梯度曲線Vl(X)經(jīng)受邊緣檢測器。特別地，首先，將閾值T應(yīng)用到梯度曲線VI(X)，使得對于每一個位所X，如果梯度曲線VI(X)的絕對值小于閾值，則將梯度曲線VI(X)的該值設(shè)置為零，如下所表示的:VI(X)= O，如果丨VI(X)^t在閾值化過程之后，閾值化的梯度曲線VI(X)包含與表示指示器的對邊的左邊緣和右邊緣相對應(yīng)的負尖峰和正尖峰，并且在別處為零。然后，從閾值化的梯度曲線VI(X)的兩個非零尖峰分別檢測左邊緣和右邊緣。為了計算左邊緣，根據(jù)以下，從閾值化的梯度曲線▽Ι(χ)的從像素列Xleft開始的左尖峰計算質(zhì)心距離CDlrft
權(quán)利要求
1.一種交互式輸入系統(tǒng),包括 至少一個成像組件，所述至少一個成像組件具有查看感興趣區(qū)域的視場并且捕獲圖像幀；以及 與所述至少一個成像組件通信的處理結(jié)構(gòu)，當(dāng)在捕獲的圖像幀中存在指示器時，所述處理結(jié)構(gòu)使所捕獲的圖像幀解調(diào)以確定其頻率分量，并且檢查所述頻率分量以確定所述指不器的至少一個屬性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中在解調(diào)期間，所述處理結(jié)構(gòu)將變換應(yīng)用到所捕獲的圖像幀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述指示器是將經(jīng)調(diào)制的輻射發(fā)射到所述感興趣區(qū)域中的筆工具。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述筆工具所發(fā)射的所述經(jīng)調(diào)制的輻射是紅外輻射。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4中的任一項所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述屬性包括指示器輸入顏色和指示器功能性中的任何一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述指示器功能性是右鼠標(biāo)點擊、左鼠標(biāo)點擊以及橡皮擦中的任何一個。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中的任一項所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述至少一個成像組件包括至少兩個成像組件。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至6中的任一項所述的交互式輸入系統(tǒng)，進一步包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置成將輻射發(fā)射到所述感興趣區(qū)域中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述至少一個光源在接通和斷開狀態(tài)之間循環(huán)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述至少一個成像組件捕獲連續(xù)圖像幀，當(dāng)所述至少一個光源處于所述接通狀態(tài)時捕獲一個圖像幀，并且當(dāng)所述至少一個光源處于所述斷開狀態(tài)時捕獲一個圖像幀。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述處理結(jié)構(gòu)從當(dāng)所述至少一個光源處于所述接通狀態(tài)時捕獲的圖像幀減去當(dāng)所述至少一個光源處于所述斷開狀態(tài)時捕獲的圖像幀以形成差異圖像幀，對所述差異圖像幀求和以形成合成圖像幀，并且確定所述指示器在所述合成圖像幀中的位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述處理結(jié)構(gòu)進一步定義與所述指示器位置相關(guān)聯(lián)的分析區(qū)，并且將所述分析區(qū)應(yīng)用到所述捕獲的圖像幀以用于執(zhí)行所述檢查。
13.根據(jù)權(quán)利要求2所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述筆工具包括壓敏末端，以及所述筆工具根據(jù)末端壓力對所發(fā)射的輻射進一步進行調(diào)制。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的交互式輸入系統(tǒng)，進一步包括至少一個光源，所述至少一個光源被配置成將輻射發(fā)射到所述感興趣區(qū)域中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述至少一個光源在接通和斷開狀態(tài)之間循環(huán)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述成像組件中的每一個包括捕獲所述圖像幀的至少兩個光傳感器，所述至少兩個傳感器具有所述感興趣區(qū)域的通常相同的視圖，所述至少兩個光傳感器具有通常交錯的曝光時段。
17.根據(jù)權(quán)利要求7、14或15中的任一項所述的交互式輸入系統(tǒng)，進一步包括邊框，所述邊框至少部分環(huán)繞所述感興趣區(qū)域，并且具有在所述至少兩個成像組件的所述視場中的表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求8至12或14至16中的任一項所述的交互式輸入系統(tǒng)，其中所述至少一個光源所發(fā)射的所述輻射是紅外輻射。
19.一種將信息輸入到交互式輸入系統(tǒng)中的方法,包括 捕獲感興趣區(qū)域的圖像幀；以及 當(dāng)在所捕獲的圖像幀中存在指示器時，使所捕獲的圖像幀解調(diào)以確定其頻率分量，并且檢查所述頻率分量以確定所述指示器的至少一個屬性。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述解調(diào)進一步包括將變換應(yīng)用到所捕獲的圖像幀。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，其中所述指示器是將經(jīng)調(diào)制的輻射發(fā)射到所述感興趣區(qū)域中的有源筆工具。
22.根據(jù)權(quán)利要求19至21中的任一項所述的方法，進一步包括從至少一個光源將輻射發(fā)射到所述感興趣區(qū)域中。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述至少一個光源在接通和斷開狀態(tài)之間循環(huán)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所捕獲的圖像幀包括在所述接通和斷開狀態(tài)下捕獲的圖像幀。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，進一步包括 通過從在所述接通狀態(tài)下捕獲的圖像幀減去在所述斷開狀態(tài)下捕獲的圖像幀以形成差異圖像幀、并且對所述差異圖像幀求和來生成合成圖像幀； 確定所述指示器在所述合成圖像幀中的位置；以及 定義與所述指示器的位置相關(guān)聯(lián)的分析區(qū)； 其中所述檢查在應(yīng)用到所捕獲的圖像幀的所述分析區(qū)內(nèi)執(zhí)行。
26.根據(jù)權(quán)利要求19至25中的任一項所述的方法，其中所述屬性從由指示器輸入顏色和指示器功能性組成的組中選擇。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法，其中所述指示器功能性是右鼠標(biāo)點擊、左鼠標(biāo)點擊以及橡皮擦中的任何一個。
全文摘要
一種交互式輸入系統(tǒng)，包括至少一個成像組件，該至少一個成像組件具有查看感興趣區(qū)域的視場并且捕獲圖像幀；以及與至少一個成像組件通信的處理結(jié)構(gòu)。當(dāng)在所捕獲的圖像幀中存在指示器時，所述處理結(jié)構(gòu)使所捕獲的圖像幀解調(diào)以確定其頻率分量，并且檢查頻率分量以確定所述指示器的至少一個屬性。
文檔編號G06F3/042GK102918480SQ201180026528
公開日2013年2月6日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者格蘭特·麥克吉布尼, 蒂姆·拉德克 申請人:智能技術(shù)無限責(zé)任公司