一种应用于大型显示屏幕或投影屏幕的设备定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种应用于显示屏幕或投影屏幕的设备定位方法。其中设备定位方法包括如下步骤：通过在显示屏的图像中嵌入数字水印图像块，用带有摄像头的定位设备(如手写笔)抓拍到含有数字水印的图像块，再对图像进行水印检测处理，从而确定手写笔位置，由多个定位点可以得到定位设备的运动轨迹，从而实现手写输入的功能。该方法具有定位分辨率高、对画质影响小等特点，可在大尺寸、无触控介质的显示屏上直接实现手写输入功能，实现的可操作性强，成本相较于普通触控屏低，有很好的经济价值。

Device positioning method and device applied to large display screen or projection screen

The invention discloses a device positioning method applied to a display screen or projection screen. The method of equipment positioning includes the following steps: by embedding the digital watermark image block in the image of the display screen, using the positioning device (such as handwriting pen) with the camera (such as handwriting pen) to capture the image block containing the digital watermark, and then the watermark detection and processing to the image, so as to determine the position of the stylus, and the location can be located by multiple location points. The movement track of the device, so as to realize the function of handwriting input. The method has the characteristics of high positioning resolution and small impact on the quality of painting. It can realize handwritten input directly on the large size and non touch media display screen. It has strong operability and low cost compared with ordinary touch screen. It has good economic value.

【技术实现步骤摘要】
一种应用于大型显示屏幕或投影屏幕的设备定位方法及装置
本专利技术涉及一种应用于大型显示屏幕或投影屏幕的设备定位方法及装置。
技术介绍
手写输入已经成为计算机输入的一种重要方式，而手写输入所涉及的最主要的技术之一就是设备定位技术。目前采用的显示屏幕定位技术有多种形式，但以两类技术为主。一类定位方式需要通过触控介质或是在显示屏附加其他的装置来实现手写设备定位，从而实现手写输入功能，包括红外式触摸技术、电容式触摸技术、电阻式触摸技术、LED点阵屏检测技术等。这类技术比较成熟、易于实现，但成本较高，所以这类手写输入和定位技术大多应用于小屏幕的应用场景，如手机、平板电脑等，鲜有20寸以上的大屏幕手写输入技术投入大规模商用；另一类定位方式则通过在显示介质上加载特定的编码图案，通过光笔等设备读取码值，从而实现定位和手写轨迹输入。其中编码图案的实现多为可见图案，如二维码等，影响了阅读感受。专利CN102682265A公开了一种显示终端的手写输入方法、装置及手写输入系统。该方法需要一张印有二维码图案阵列的坐标纸，通过二维码读取设备在二维码坐标纸上移动，获得读取设备在移动时所经过的二维码坐标点的码值，根据该二维码值确定读取设备位置，并根据一系列位置坐标得到读取设备的轨迹，计算获得手写输入的轨迹特征，并根据该特征显示至少一个与上述轨迹匹配的字符，以供用户进行选择。该专利的不足之处在于需要借助二维码坐标纸，无法直接在电视机等显示设备上实现设备定位和手写输入。专利CN103098075A公开了一种使用光笔的绝对位置和其他信息的点码图案、打印点码方法、读取点码方法。此方法通过在显示介质上(如书本)印刷二维码图案，该图案由平行窄带的序列形成，嵌在两行文字中间的空白处。光笔扫描二维码图案，确定光笔位置，实现定位。该专利的不足之处在于分辨率有限，仅可确定光笔在文档上的哪一行，无法做到像鼠标一样自由定位，而且不能直接应用于大型显示屏幕上。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种新型的设备定位方法，在传统显示屏或投影屏幕上自由定位，直接实现手写输入的功能，并根据手写笔的姿态特性，显示具有不同笔锋和粗细等信息的线条。该方法可应用于大尺寸、无触控介质的显示屏，成本更低，但不影响阅读感受。该方法通过在显示屏的图像中嵌入数字水印图像块，用带有摄像头的定位设备(如手写笔)抓拍到含有数字水印的图像块，再对图像进行水印检测处理，从而确定手写笔位置，由多个定位点可以得到定位设备的运动轨迹，从而实现手写输入的功能。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：1.一种应用于大型显示屏幕或投影屏幕的设备定位方法，该定位方法包括以下步骤：【1】在屏幕中显示背景图像IMG。【2】如图1和图2所示，主控制设备在背景图像IMG的行位置X和列位置Y处嵌入一个固定的水印信息C，得到水印图像块W，该水印图像块的位置X，Y随着时间变化，比如从左向右，从上往下扫描，使得水印图像块扫描经过整个屏幕。同时，主控制设备记录水印图像块W在图像IMG的当前位置坐标X和Y。【3】水印信息C所嵌入的图像块W的形状可以为方形、圆形或任意形状。【4】当待定位的设备在屏幕上移动时，设备上的摄像头实时采集屏幕上的图像块W，得到图像块W’。【5】待定位的设备对该图像块W’进行水印检测处理，把检测结果等信息发送到主控制设备，或者通过通信模块，把图像块W’和设备的其他信息如IMU参数等信息，发送到主控制设备进行水印检测处理。【6】当水印检测成功时，说明前述带水印的图像块W被待定位的设备采集到，主控制设备结合所记录的图像块W的当前坐标X和Y，即可判断待定位的设备所处的屏幕位置为X，Y，从而完成设备在屏幕上的定位。2.一种如上任一项所述的设备定位方法，以手写笔为例，其特征在于：【1】背景图像IMG可以是一个图像序列IMG[I]。【2】水印信息C，可以根据图像的序列号变化，即水印C[I]，从而嵌入的图像块为W[I]。【3】水印检测时，可以采集得到图像序列W’[I]，采用多个图像序列上的水印信息组合在一起来检测，实现设备的定位。3.一种如上任一项所述的设备定位方法，以手写笔为例，其特征在于：【1】如图3所示，水印图像块W根据图像的位置X，Y变化，也即水印图像块W[X,Y]，水印随位置变化的方法可以是每个不同的X，Y位置，具有不同的水印。【2】通过检测出不同的水印图像块W’[X,Y]，可以对应到位置[X,Y]，从而实现手写笔的定位。4.一种如上所述的手写笔定位方法,其特征在于：【1】水印图像块W中可以嵌入辅助信息S，进行定位，比如S可以是水印图像块的当前位置信息[X,Y]，也即水印图像块Ws。【2】通过检测采集到的水印图像块Ws’，并直接从中提取出F，从而得到水印图像块的位置信息[X,Y]，从而实现手写笔的定位。5.一种上任一项所述的设备定位方法，以手写笔为例,其特征在于：【1】如图4所示，水印信息C可以是多个水印C1，C2，C3…Cn，嵌入生成水印图像块W，设备采集的水印图像块为W’。【2】通过检测水印图像块W’中的不同的水印C1，C2…Cn进行组合定位，比如将一帧图像分为m列，n行，C1为随X变化的水印信息，C2为随Y变化的水印信息，如果从W’分别检测水印C1和C2，即可实现手写笔的X，Y的初步定位。然后，结合C3的检测，则实现更精确的定位。6.一种上任一项所述的设备定位方法，以手写笔为例，其特征在于：【1】如图5所示，当对手写笔所采集的图像进行水印检测时，可以把手写笔采集的图像W’进行多个方向的逐级放大，以及多个角度的旋转后，再进行水印检测。【2】选择水印检测效果最好的角度α、β、γ，即可得到手写笔与屏幕的角度Pα，Pβ，Pγ。【3】选择水印检测效果最好的放大倍数A，即可得到手写笔笔尖与屏幕的距离PD。【4】上述经过图像处理得到的手写笔参数，可以用于控制手写笔的各种特性，包括笔画粗细，笔锋等。7.一种如上任一项所述的设备定位方法，以手写笔为例，其特征在于：手写笔上带有IMU(惯性传感器)，可以实时获取手写笔的姿态信息。手写笔可以单独使用IMU获得的参数来控制手写笔的特性。8.一种如上任一项所述的设备定位方法，以手写笔为例,其特征在于：手写笔上带有IMU(惯性传感器)，可以实时获取手写笔的姿态信息。手写笔可以结合IMU获得的参数和图像处理得到的手写笔参数，来控制手写笔的特性。9.一种如上任一项所述的设备定位方法，以手写笔为例，其特征在于：所嵌入的水印C采用正交码，比如m序列，Walsh码、ZC码等。优选地，可以在嵌入的水印C中加入校验码。10.一种如上任一项所述的水印信息嵌入方法，水印信息C以m序列为例，其特征在于：【1】嵌入的水印信息C可以由两部分组成，长度为L1的M序列m1和长度为L2的M序列m2。【2】背景图像IMG中，选取b*b大小的图像块B，b*b>＝L1且4(b+1)>＝L2。【3】在图像块B中，依次嵌入M序列m1的每一位，序列m1的嵌入顺序有两种方法，一种是按照从左到右、从上到下的顺序嵌入每一个像素点，另一种是先将序列m1按照一定规则置乱，再嵌入图像块B，如图6所示。m1嵌入像素点的位置为对应像素点低a位Wa…W1W0，a可以取3或4。若序列m1的某一位为0，则Wa本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于大型显示屏幕或投影屏幕的设备定位方法，其特征在于，该定位方法包括以下步骤：【1】在屏幕中显示背景图像IMG。【2】如图1和图2所示，主控制设备在背景图像IMG的行位置X和列位置Y处嵌入一个固定的水印信息C，得到水印图像块W，该水印图像块的位置X，Y随着时间变化，比如从左向右，从上往下扫描，使得水印图像块扫描经过整个屏幕。同时，主控制设备记录水印图像块W在图像IMG的当前位置坐标X和Y。【3】水印信息C所嵌入的图像块W的形状可以为方形、圆形或任意形状。【4】当待定位的设备在屏幕上移动时，设备上的摄像头实时采集屏幕上的图像块W，得到图像块W’。【5】待定位的设备对该图像块W’进行水印检测处理，把检测结果等信息发送到主控制设备，或者通过通信模块，把图像块W’和设备的其他信息如IMU参数等信息，发送到主控制设备进行水印检测处理。【6】当水印检测成功时，说明前述带水印的图像块W被待定位的设备采集到，主控制设备结合所记录的图像块W的当前坐标X和Y，即可判断待定位的设备所处的屏幕位置为X，Y，从而完成设备在屏幕上的定位。

【技术特征摘要】
1.一种应用于大型显示屏幕或投影屏幕的设备定位方法，其特征在于，该定位方法包括以下步骤：【1】在屏幕中显示背景图像IMG。【2】如图1和图2所示，主控制设备在背景图像IMG的行位置X和列位置Y处嵌入一个固定的水印信息C，得到水印图像块W，该水印图像块的位置X，Y随着时间变化，比如从左向右，从上往下扫描，使得水印图像块扫描经过整个屏幕。同时，主控制设备记录水印图像块W在图像IMG的当前位置坐标X和Y。【3】水印信息C所嵌入的图像块W的形状可以为方形、圆形或任意形状。【4】当待定位的设备在屏幕上移动时，设备上的摄像头实时采集屏幕上的图像块W，得到图像块W’。【5】待定位的设备对该图像块W’进行水印检测处理，把检测结果等信息发送到主控制设备，或者通过通信模块，把图像块W’和设备的其他信息如IMU参数等信息，发送到主控制设备进行水印检测处理。【6】当水印检测成功时，说明前述带水印的图像块W被待定位的设备采集到，主控制设备结合所记录的图像块W的当前坐标X和Y，即可判断待定位的设备所处的屏幕位置为X，Y，从而完成设备在屏幕上的定位。2.一种如权利要求1所述的设备定位方法,以手写笔为例，其特征在于：【1】背景图像IMG可以是一个图像序列IMG[I]。【2】水印信息C，可以根据图像的序列号变化，即水印C[I]，从而嵌入的图像块为W[I]。【3】水印检测时，可以采集得到图像序列W’[I]，采用多个图像序列上的水印信息组合在一起来检测，实现设备的定位。3.一种如权利要求1所述的设备定位方法,以手写笔为例，其特征在于：【1】如图3所示，水印图像块W根据图像的位置X，Y变化，也即水印图像块W[X,Y]，水印随位置变化的方法可以是每个不同的X，Y位置，具有不同的水印。【2】通过检测出不同的水印图像块W’[X,Y]，可以对应到位置[X,Y]，从而实现手写笔的定位。4.一种如权利要求1所述的手写笔定位方法,其特征在于：【1】水印图像块W中可以嵌入辅助信息S，进行定位，比如S可以是水印图像块的当前位置信息[X,Y]，也即水印图像块Ws。【2】通过检测采集到的水印图像块Ws’，并直接从中提取出F，从而得到水印图像块的位置信息[X,Y]，从而实现手写笔的定位。5.一种如权利要求1,2,3所述的设备定位方法，以手写笔为例,其特征在于：【1】如图4所示，水印信息C可以是多个水印C1，C2，C3…Cn，嵌入生成水印图像块W，设备采集的水印图像块为W’。【2】通过检测水印图像块W’中的不同的水印C1，C2…Cn进行组合定位，比如将一帧图像分为m列，n行，C1为随X变化的水印信息，C2为随Y变化的水印信息，如果从W’分别检测水印C1和C2，即可实现手写笔的X，Y的初步定位。然后，结合C3的检测，则实现更精确的定位。6.一种如权利要求1所述的设备定位方法，以手写笔为例，其特征在于：【1】如图5所示，当对手写笔所采集的图像进行水印检测时，可以把手写笔采集的图像W’进行多个方向的逐级放大，以及多个角度的旋转后，再进行水印检测。【2】选择水印检测效果最好的角度α、β、γ，即可得到手写笔与屏幕的角度Pα，Pβ，Pγ。【3】选择水印检测效果最好的放大倍数A，即可得到手写笔笔尖与屏幕的距离PD。【4】上述经过图像处理得到的手写笔参数，可以用于控制手写笔的各种特性，包括笔画粗细，笔锋等。7.一种如权利要求1所述的设备定位方法，以手写笔为例，其特征在于：手写笔上带有IMU(惯性传感器)，可以实时获取手写笔的姿态信息。手写笔可以单独使用IMU获得的参数来控制手写笔的特性。8.一种如权利要求7所述的设备定位方法，以手写笔为例,其特征在于：手写笔上带有IMU(惯性传感器)，可以实时获取手写笔的姿态信息。手写笔可以结合IMU获得的参数和图像处理得到的手写笔参数，来控制手写笔的特性。9.一种如权利要求1所述的设备定位方法，以手写笔为例，其特征在于：所嵌入的水印C采用正交码，比如m序列，Walsh码、ZC码等。优选地，可以在嵌入的水印C中加入校验码。10.一种如权利要求1所述的水印信息嵌入方法，水印信息C以m序列为例，其特征在于：【1】嵌入的水印信息C可以由两部分组成，长度为L1的M序列m1和长度为L2的M序列m2。【2】背景图像IMG中，选取b*b大小的图像块B，b*b>＝L1且4(b+1)>＝L2。【3】在图像块B中，依次嵌入M序列m1的每一位，序列m1的嵌入顺序有两种方法，一种是按照从左到右、从上到下的顺序嵌入每一个像素点，另一种是先将序列m1按照一定规则置乱，再嵌入图像块B，如图6所示。m1嵌入像素点的位置为对应像素点低a位Wa…W1W0，a可以取3或4。若序列m1的某一位为0，则Wa…W1W0＝0；若序列m1的某一位为1，则W...

【专利技术属性】
技术研发人员：段晓辉，周闻杰，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11