專利名稱：一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置和方法，屬于計(jì)算機(jī) 人機(jī)交互接口設(shè)備領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)人機(jī)交互領(lǐng)域中，電子白板是一種將操作者從鼠標(biāo)和鍵盤解放出來(lái)的革 命性產(chǎn)品。目前電子白板類的產(chǎn)品主要采用了以下一些原理來(lái)實(shí)現(xiàn)電阻膜壓感技術(shù)、電磁 感應(yīng)技術(shù)、紅外線矩陣技術(shù)、超聲波技術(shù)、CCD掃描技術(shù)和光電感應(yīng)技術(shù)。電阻膜壓感技術(shù) 和電磁感應(yīng)技術(shù)都需要特制的白板，而且成本隨板面面積的增加而增加，而且板面一個(gè)區(qū) 域有損壞就會(huì)影響整個(gè)白板的使用，其他的一些技術(shù)雖然與板無(wú)關(guān)，只要板面足夠的平整 就可以了，總的來(lái)講成本都是比較高的，而且都有一些制約因素?zé)o法解決比如紅外線矩陣 技術(shù)和光電感應(yīng)技術(shù)比較容易受光線干擾，超聲波技術(shù)容易受溫度干擾等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置和方法， 通過(guò)這個(gè)裝置和方法可以實(shí)現(xiàn)一種能夠擺脫屏幕大小的局限，擺脫環(huán)境干擾，而且成本相 對(duì)比較低的電子白板。本發(fā)明所提出的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，包括發(fā)光筆或 激光器，光信號(hào)接收裝置，反射鏡，電機(jī)，信號(hào)處理模塊，計(jì)算機(jī)，其特征在于所述的光信號(hào) 接收裝置包含光信號(hào)接收二極管、發(fā)光二極管和遮光裝置；所述的反射鏡與電機(jī)連接并隨 電機(jī)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)；信號(hào)接收裝置與信號(hào)處理裝置連接并通過(guò)計(jì)算機(jī)接口連接計(jì)算機(jī)；所述 的發(fā)光筆在接觸屏幕的時(shí)產(chǎn)生亮光；所述的激光器通過(guò)反射鏡將激光器發(fā)射的激光反射到 手指等其他指示設(shè)備，同時(shí)手指等其他指示設(shè)備對(duì)激光的反射光通過(guò)反射鏡射入接收二極 管；所述的光信號(hào)接收裝置可設(shè)有濾鏡；所述的發(fā)光二極管、發(fā)光筆、激光器可按不同的頻 率發(fā)光。本發(fā)明所提出的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的方法，包括以下步 驟1)在屏幕邊緣設(shè)置兩個(gè)間隔一定距離L的光信號(hào)接收裝置，使激光器所發(fā)射激光 束射向屏幕反射鏡中心即電機(jī)的轉(zhuǎn)軸位置；2)已知電機(jī)的轉(zhuǎn)速為V，電機(jī)一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，記錄光信號(hào)接收裝置接收到反光 鏡所反射發(fā)光二極管光的時(shí)間t，記錄光信號(hào)接收裝置通過(guò)反射鏡接收到發(fā)光筆或者手及 其他指示器所反射的激光器發(fā)出的光信號(hào)時(shí)反射鏡的時(shí)間t'，發(fā)光筆或者手及其他指示 器與電機(jī)軸連線和接收二極管與電機(jī)軸連線的夾角ω =v*(t' -t)；3)根據(jù)兩個(gè)光信號(hào)接收裝置可獲得兩個(gè)夾角，結(jié)合L可以根據(jù)三角形定理得到屏 幕上的發(fā)光筆或手等指示器相對(duì)兩個(gè)信號(hào)接收裝置的距離和角度，兩個(gè)信號(hào)接收器在屏幕 上的安裝位置是已知的，可以求出發(fā)光筆或者手等指示器的相對(duì)兩個(gè)信號(hào)接收器的屏幕坐標(biāo)；4)將屏幕坐標(biāo)與計(jì)算機(jī)坐標(biāo)建立映射則可以通過(guò)屏幕上發(fā)光筆或手等指示器的 位置來(lái)獲得計(jì)算機(jī)光標(biāo)的坐標(biāo)；5)連續(xù)計(jì)算電機(jī)每個(gè)周期所獲得的光筆或手等其他指示器的信息，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)其 的追蹤。所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在于，所述的遮光 裝置，用于遮罩接收二極管并留有一條狹縫使接收二極管、狹縫和電機(jī)軸處于一條直線上。所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在于，所述的反 射鏡，置于電機(jī)軸上，鏡面與軸平行且基本重合，由電機(jī)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在于，所述的反 射鏡，可以是單面反射鏡或多面反射鏡。所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在于，所述的濾 鏡通透發(fā)光筆或激光器所產(chǎn)生的光，截止其他波段的光線。所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在于，所述的激 光器安裝位置和方向與接收二極管基本重合。所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在于，所述的光 信號(hào)接收裝置不少于兩組。附1是實(shí)施本發(fā)明的裝置連接圖；圖2是信號(hào)接收裝置的示意圖；圖3是反射鏡與電機(jī)的連接示意圖；圖4是光路示意圖；圖5是方法原理框具體實(shí)施例方式實(shí)例1如

圖1所示，本實(shí)例采用一個(gè)矩形白板101，該白板101用于顯示投影機(jī)107投影 畫(huà)面，在白板101的左右兩個(gè)上角分別安裝一個(gè)信號(hào)接收裝置103，用于接收發(fā)光筆所發(fā)出 的信號(hào)，每個(gè)信號(hào)接收裝置中采用紅外接收二極管201作為信號(hào)接收器件，信號(hào)接收器件 通過(guò)遮光裝置上的狹縫與電機(jī)軸處于一條直線，與紅外接收二極管201同一位置安置一個(gè) 紅外發(fā)光二極管202，反射鏡104安裝于電機(jī)301軸302上，其中心線與電機(jī)軸重合，信號(hào) 接收裝置103與信號(hào)處理裝置106連接并通過(guò)計(jì)算機(jī)USB接口連接計(jì)算機(jī)105，發(fā)光筆401 采用紅外光線，信號(hào)接收裝置103的接收二極管201前設(shè)置相應(yīng)的濾鏡過(guò)濾干擾光，為了識(shí) 別紅外發(fā)光二極管202與發(fā)光筆401所發(fā)出的紅外光，使其所發(fā)光按不同的脈沖頻率發(fā)射。發(fā)光筆的定位和追蹤方法1)兩個(gè)光信號(hào)接收裝置103之間的距離L已知；2)已知電機(jī)301的轉(zhuǎn)速為ν ；3)電機(jī)301 —個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，通過(guò)信號(hào)處理裝置記錄接收二極管201接收到反光 鏡104所反射的與紅外接收二極管201同一位置的紅外發(fā)光管202的光的時(shí)間t，記錄接收 二極管201通過(guò)反射鏡104接收到發(fā)光筆光信號(hào)401時(shí)的時(shí)間t'，發(fā)光筆401與電機(jī)軸連
4線和接收二極管與電機(jī)軸302連線402的夾角(0 = v*(t' -t0)；4)根據(jù)兩個(gè)光信號(hào)接收裝置可獲得兩個(gè)夾角，結(jié)合L可以根據(jù)三角形定理得到屏 幕上的發(fā)光筆相對(duì)兩個(gè)信號(hào)接收裝置的距離和角度，兩個(gè)信號(hào)接收器在屏幕上的安裝位置 是已知的，可以求出發(fā)光筆或者手等指示器的屏幕坐標(biāo)。5)將屏幕坐標(biāo)與計(jì)算機(jī)坐標(biāo)建立映射則可以通過(guò)屏幕上發(fā)光筆或手等指示器的 位置來(lái)獲得計(jì)算機(jī)光標(biāo)的坐標(biāo)。6)連續(xù)計(jì)算電機(jī)每個(gè)周期所獲得的光筆或手等其他指示器的信息，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)其 的追蹤。實(shí)例2如圖1所示，本實(shí)例采用一個(gè)矩形白板101，該白板101用于顯示投影機(jī)107投影 畫(huà)面，在白板101的左右兩個(gè)上角分別安裝一個(gè)信號(hào)接收裝置103，用于接收發(fā)光筆所發(fā)出 的信號(hào)，每個(gè)信號(hào)接收裝置中采用紅外接收二極管201作為信號(hào)接收器件，信號(hào)接收器件 通過(guò)遮光裝置上的狹縫與電機(jī)軸處于一條直線，與紅外接收二極管201同一位置安置一個(gè) 紅外發(fā)光二極管202和一個(gè)紅外激光器203，反射鏡104安裝于電機(jī)301軸302上，其中心 線與電機(jī)軸重合，信號(hào)接收裝置103與信號(hào)處理裝置106連接并通過(guò)計(jì)算機(jī)USB接口連接 計(jì)算機(jī)105，信號(hào)接收裝置103的接收二極管201前設(shè)置相應(yīng)的濾鏡過(guò)濾干擾光，為了識(shí)別 紅外發(fā)光二極管202與紅外激光器所發(fā)出的紅外光，使其所發(fā)光按不同的脈沖頻率發(fā)射。定位和追蹤方法1)兩個(gè)光信號(hào)接收裝置103之間的距離L已知；2)已知電機(jī)301的轉(zhuǎn)速為v ；3)電機(jī)301 —個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，通過(guò)信號(hào)處理裝置記錄光信號(hào)接收裝置103接收到 反光鏡104所反射的與紅外接收二極管201同一位置的紅外發(fā)光管202的光的時(shí)間t，記錄 光信號(hào)接收裝置103通過(guò)反射鏡104接收到手指或其他指示器反射的紅外激光器所發(fā)的光 的時(shí)間t'，手指或其他指示器與電機(jī)軸連線和接收二極管與電機(jī)軸302連線402的夾角 CO = v*(t' -to)；4)根據(jù)兩個(gè)光信號(hào)接收裝置可獲得兩個(gè)夾角，結(jié)合L可以根據(jù)三角形定理得到屏 幕上的發(fā)光筆相對(duì)兩個(gè)信號(hào)接收裝置的距離和角度，兩個(gè)信號(hào)接收器在屏幕上的安裝位置 是已知的，可以求出發(fā)光筆或者手等指示器的屏幕坐標(biāo)。5)將屏幕坐標(biāo)與計(jì)算機(jī)坐標(biāo)建立映射則可以通過(guò)屏幕上發(fā)光筆或手等指示器的 位置來(lái)獲得計(jì)算機(jī)光標(biāo)的坐標(biāo)。6)連續(xù)計(jì)算電機(jī)每個(gè)周期所獲得的手等其他指示器的信息，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)其的追蹤。
權(quán)利要求
一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，包括發(fā)光筆或激光器，光信號(hào)接收裝置，反射鏡，電機(jī)，信號(hào)處理模塊，計(jì)算機(jī)，其特征在于所述的光信號(hào)接收裝置包含光信號(hào)接收二極管、發(fā)光二極管和遮光裝置；所述的反射鏡與電機(jī)連接并隨電機(jī)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)；信號(hào)接收裝置與信號(hào)處理裝置連接并通過(guò)計(jì)算機(jī)接口連接計(jì)算機(jī)；所述的發(fā)光筆在接觸屏幕時(shí)產(chǎn)生亮光；所述的激光器通過(guò)反射鏡將激光器發(fā)射的激光反射到手指等其他指示設(shè)備，同時(shí)手指等其他指示設(shè)備對(duì)激光的反射光通過(guò)反射鏡射入接收二極管；所述的光信號(hào)接收裝置可設(shè)有濾鏡；所述的發(fā)光二極管、發(fā)光筆、激光器可按不同的脈沖頻率發(fā)光。
2.一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的方法，包括以下步驟1)在屏幕邊緣設(shè)置兩個(gè)間隔一定距離L的光信號(hào)接收裝置，使激光器所發(fā)射激光束射 向屏幕反射鏡中心即電機(jī)的轉(zhuǎn)軸位置；2)已知電機(jī)的轉(zhuǎn)速為v，電機(jī)一個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)，記錄接收二極管接收到反光鏡所反射 發(fā)光二極管光的時(shí)間t，記錄接收二極管通過(guò)反射鏡接收到發(fā)光筆或者手及其他指示器所 反射的激光器發(fā)出的光信號(hào)時(shí)反射鏡的時(shí)間t'，發(fā)光筆或者手及其他指示器與電機(jī)軸連 線和接收二極管與電機(jī)軸連線的夾角《 = v*(t' -t)；3)根據(jù)兩個(gè)光信號(hào)接收裝置可獲得兩個(gè)夾角，結(jié)合L可以根據(jù)三角形定理得到屏幕上 的發(fā)光筆或手等指示器相對(duì)兩個(gè)信號(hào)接收裝置的距離和角度，兩個(gè)信號(hào)接收器在屏幕上的 安裝位置是已知的，可以求出發(fā)光筆或者手等指示器的相對(duì)兩個(gè)信號(hào)接收器的屏幕坐標(biāo)；4)將屏幕坐標(biāo)與計(jì)算機(jī)坐標(biāo)建立映射則可以通過(guò)屏幕上發(fā)光筆或手等指示器的位置 來(lái)獲得計(jì)算機(jī)光標(biāo)的坐標(biāo)；5)連續(xù)計(jì)算電機(jī)每個(gè)周期所獲得的光筆或手等其他指示器的信息，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)其的追足示o
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在 于，所述的遮光裝置，用于遮罩接收二極管并留有一條狹縫使接收二極管、狹縫和電機(jī)軸處 于一條直線上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在 于，所述的反射鏡，置于電機(jī)軸上，鏡面與軸平行且基本重合，由電機(jī)帶動(dòng)其旋轉(zhuǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在 于，所述的反射鏡，可以是單面反射鏡或多面反射鏡。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在 于，所述的濾鏡通透發(fā)光筆或激光器所產(chǎn)生的光，截止其他波段的光線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在 于，所述的激光器安裝位置和方向與接收二極管基本重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置，其特征在 于，所述的光信號(hào)接收裝置不少于兩組。
全文摘要
一種在屏幕上精確定位并追蹤指示器位置的裝置和方法，包括發(fā)光筆或激光器，光信號(hào)接收裝置，反射鏡，電機(jī)，信號(hào)處理模塊，計(jì)算機(jī)，其特征在于所述的光信號(hào)接收裝置包含光信號(hào)接收二極管、發(fā)光二極管和遮光裝置；所述的反射鏡與電機(jī)連接并隨電機(jī)軸同步轉(zhuǎn)動(dòng)；信號(hào)接收裝置與信號(hào)處理裝置連接并通過(guò)計(jì)算機(jī)接口連接計(jì)算機(jī)；所述的發(fā)光筆在接觸屏幕的時(shí)產(chǎn)生亮光；所述的激光器通過(guò)反射鏡將激光器發(fā)射的激光反射到手指等其他指示設(shè)備，同時(shí)手指等其他指示設(shè)備對(duì)激光的反射光通過(guò)反射鏡射入接收二極管；所述的光信號(hào)接收裝置可設(shè)有濾鏡；所述的發(fā)光二極管、發(fā)光筆、激光器可按不同的頻率發(fā)光。
文檔編號(hào)G02B7/182GK101872267SQ20091003102
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者趙文龍 申請(qǐng)人:南京芒冠光電科技有限公司