确定显示面上的位置的方法和交互式显示系统技术方案

交互式显示系统包括基于像素的显示面和光笔。一系列图案被投射到显示面上。对于显示面的每个位置，所述一系列的图案具有唯一的一系列光强度。在投射所述一系列图案的同时，光笔感测任意位置的光的强度。对光的强度解码，以确定所述任意位置的坐标。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及与显示系统交互作用的输入装置，更具体地说，涉及和这样的显示系统一起使用的光笔。
技术介绍
光笔通常作为输入装置与图形用户界面一起使用，其简要历史参见Myers的“A Brief History of Human Computer InteractionTechnology”，ACM Interactions，Vol.5，no.2，pp.44-54，March 1998。虽然光笔自1954年就已被使用，不过正是Ivan Sutherland在LincolnLaboratories的工作普及了光笔与计算机的一同应用，Sutherland，“SketchpadThe First Interactive Computer Graphics”，Ph.D.Thesis，MIT，1963。作为一种输入装置，光笔具有优于鼠标的一些优点。鼠标是一种间接输入装置。鼠标在水平面上的移动导致光标在垂直显示画面上的移动。鼠标和光标的移动量，以及移动速度可能不同。相反，光笔的指示是直接的，从而更直观。现有技术中，典型的光笔如下所述与显示系统一起使用。多数CRT显示器是光栅扫描显示器。显示器上的各个像素在预定时间被照亮，取决于扫描顺序中该像素的位置。通过检测像素何时被照亮，能够确定显示面上该像素的位置。于是，典型的光笔包括与计时电路连接的光传感器。与光栅扫描同步的被感测像素的计时揭示其位置。一般来说，如果不与屏幕接触，光笔也非常接近于屏幕。不幸的是，传统的扫描CRT显示器正被面向像素的显示器，比如LCD屏幕，数字镜阵列和有机LED技术代替。这些基于像素的显示器不被扫描，从而基于光栅扫描的计时的传统光笔技术不适用于这些较新的显示模态。于是，需要一种使光笔与基于像素的显示器面接(interface)的系统。
技术实现思路
本专利技术把结构光(structured light)的不可察觉的图案(pattern)投射到基于像素的显示设备上。所述图案可以是黑白的，灰度，或者全红、绿、蓝(RGB)颜色。有色图案能够传递比二值黑白图案更多的信息。所述图案与可察觉的内容交织。图案被排列，以便对位置信息编码。虽然人类视觉系统不能察觉这些图案，不过所述图案可由光传感器探测。由于对于所有像素位置，编码是唯一的，因此能够对图案解码，以确定位置信息。在每个位置，结构光的图案可以是空间、时间或者时空上唯一的。在时间实施例中，编码完全在时域中。随着时间的过去，在每个像素的光强度的图案对位置信息编码。从而，随着时间的过去，对在单个像素的光强度采样就足以确定该像素的位置。在空间实施例中，位置由相邻区域的像素上的独特强度变化编码。于是，对相邻的像素采样，以便确定像素位置。该实施例使用多个光传感器。作为优于时间实施例的一个优点，空间实现能够根据单个图案确定位置。在时空实施例中，图案在空间和时间上变化。这种技术可使用与空间实施例相比更小的邻域，以及与时间实施例相比更少的图案。从而，成本和速度可被折衷，以便对于特定应用使系统最优化。可以使用许多不同的技术来使人类视觉系统不能察觉所述图案。首先，光可以是红外光(IR)或者在人类视觉范围之外的其它频率的光。在基于数字镜的投影仪中，可向这样的设备使用的色轮中增加红外滤光片。第二种技术使用均衡掩蔽。在这种实现中，光在可见光范围中。但是，随着时间的过去，到所有像素的光的总和是相等的。例如，每个图案后面紧接其负像(reverse)。当快速连续显示时，这两个图案形成连续的灰色调。如果图案被显示相当短的时间，那么唯一可察觉的后果是对比度的轻微降低。结构光图案可由光传感器探测。探测的图案被解码，以确定位置信息。对于红外光的时间图案，具有单个光传感器的光笔产生足以进行位置估计的信息。对于空间图案，使用光传感器阵列，例如照相机来探测相邻像素的光强度变化。附图说明图1是根据本专利技术的显示器和光笔系统的方框图；图2是产生根据本专利技术的觉察不到的图案的过程的流程图；图3是对根据本专利技术的图案解码，以获得位置信息的过程的流程图；图4是根据本专利技术的图案；图5是显示相拼图案的方框图；图6是具有弯曲面的显示系统的图。具体实施例方式图1表示用于基于像素的显示器的光笔系统100。该系统包括与图像发生器120，例如投影仪耦接的图案和内容发生器110。图像发生器在显示面130上呈现一系列的图案111。在优选实施例中，显示面是基于像素的显示面，而不是光栅扫描显示面，不过该系统也可与光栅扫描显示器一起工作。该系统还包括与位置解码器150耦接的光笔140。其任务是确定显示面130上的任意位置101的2D坐标。图像发生器120能够使用正投或背投模式的LCD屏幕，数字镜阵列，硅基液晶(LCOS)和有机LED技术。应注意本专利技术还可和常规的CRT显示器一起使用。光笔可使用单个光传感器141或者如同照相机中那样的传感器的阵列，例如CCD。光笔可包括压敏开关，当传感器被压在显示面上时，压敏开关被激活。这可避免假读取。在一个实施例中，利用红外(IR)光投射图案111。这可通过使光通过聚光镜(condensing lens)、安装在色轮上的红外颜色过滤器、修整透镜到达数字镜器件(DMD)，随后通过投影仪透镜到达显示面130来实现。这些技术众所周知。通过顺序改变镜的状态，产生所述一系列的图案111。由于图案由光传感器141探测，而不是由人类视觉系统探测，因此能够以极高的速率，例如大于1 KHz产生图案。已知人类视觉系统只对一定时间窗(称为可视性窗口)中的刺激敏感，参见Watson等的“Window ofVisibilitya psychophysical theory of fidelity in time-sampled visualmotion displays”，J.Opt.Soc.Am.A，Vol.3，No.3，pp.300-307，March1986。人类视觉系统不能理解超过一定时间频率极限的图像。本专利技术在1毫秒内产生约100种独特的图案，这完全在可视性的时间窗口之外。如图2中所示，所述一系列的图案被反复240产生200，并具有下述截然不同的部分。首先，产生210头部(header)图案。在头部图案中，如下所述一致地接通和断开所有像素。头部图案被用于指示序列的开始，产生图案的速率。头部还可被用于相对于图案的相对明暗强度，校准光笔。就多投影仪系统来说，如下所述，头部还可识别投影仪。随后，产生水平格雷(Gray)码220和垂直格雷码230图案，参见Gray的“Pulse Code Communication”，美国专利2632058，March17，1953。对于显示器130的每个单独的像素，这些图案具有唯一的时间序列的光强度。如果感测多组像素，那么每组具有唯一的图案。这样，随着时间的过去感测在特定像素的光强度，并对图案解码能够确定该像素的位置101的2D坐标。虽然格雷码不是获得该性质的唯一途径，不过格雷码具有其它益处。最重要的是，格雷码图案确保后续图案中的边缘不会对直(lineup)。在光笔140还感测相邻像素的多个部分的情况下，这使模糊度降至最小。图4表示4×4像素阵列的一系列图案400。第一个图案401全部明亮，第二个图案402与第一图案相反，即，全黑。该对图案是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种确定显示面上的位置的方法，包括：把一系列的图案投射到显示面上，对于显示面的每个位置，所述一系列的图案具有唯一的一系列光强度；在投射所述一系列的图案的同时，感测任意位置的光的强度；和对光的强度解码，以确定所述任意位 置的坐标。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-11-7 10/704,0981.一种确定显示面上的位置的方法，包括把一系列的图案投射到显示面上，对于显示面的每个位置，所述一系列的图案具有唯一的一系列光强度；在投射所述一系列的图案的同时，感测任意位置的光的强度；和对光的强度解码，以确定所述任意位置的坐标。2.按照权利要求1所述的方法，其中校准图案采取格雷码的形式。3.按照权利要求1所述的方法，其中显示面是平面，坐标是二维坐标。4.按照权利要求1所述的方法，其中显示面是二次曲面，坐标是三维坐标。5.按照权利要求1所述的方法，其中光笔和投影仪位于显示面的相对两侧。6.按照权利要求1所述的方法，其中光笔和投影仪位于显示面的同侧。7.按照权利要求1所述的方法，其中光传感器是单个光二极管。8.按照权利要求1所述的方法，其中光传感器是具有多个光敏元件的照相机。9.按照权利要求1所述的方法，其中光是红外光。10.按照权利要求1所述的方法，其中成对产生所述一系列图案，每对图案中的第二个图案是该对图案中的第一个图案的负像。11.按照权利要求1所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗H戴尔兹，达林L利，莱弥施拉斯卡，约翰尼C李，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]